Файл: Быстрова, В. И. Проектирование механизмов и приборов для целлюлозно-бумажных производств учебное пособие.pdf

Рассмотрим взаимодействие отдельных элементов спускового регулятора при его работе на примере регулятора с маятником (рис. 105, а). При указанном направлении вращения ходового ко­ леса 7 палетта А называется входной, палетта В — выходной. На этих палеттах различают поверхности покоя 1 , 4 и импульсные плоскости 2, 5. Нормали, проведенные к поверхностям 1 и 4,. про­ ходят через ось вращения 6 анкера 3, поэтому давление зуба ходового колеса на поверхность покоя не создает момента по отно­ шению к оси вращения анкера. При подходе маятника 8 к верти­ кальному положению зуб ходового колеса попадает на импульсную

а - с маятником; б — с системой «баланс-спираль»; в — без собственных колебаний.

плоскость палетты и создает момент по отношению к оси 6. Ходо­ вое колесо поворачивается на ползуба и перебрасывает анкер до тех пор, пока зуб колеса, находящийся под выходной палеттой, не дойдет до ее поверхности покоя. При этом повороте ходовое колесо передает маятнику импульс энергии. Маятник продолжает двигать­ ся влево, зуб ходового колеса скользит по поверхности покоя вы­ ходной палетты, которая при этом опускается. Ходовое колесо не­ подвижно. Дойдя до крайнего левого положения, маятник под действием силы тяжести (вращающей силы) движется обратно, выходная палетта поднимается, а ходовое колесо продолжает оставаться неподвижным. Затем зуб ходового колеса попадает на импульсную плоскость 5 выходной палетты, анкеру снова сообща­ ется энергия, ходовое колесо повернется еще на ползуба и т. д. Таким образом, за полный период колебания маятника ходовое колесо поворачивается на один зуб. Если пх.к — число оборотов ходового колеса, zx.K— число зубьев, Т — период колебаний маят-

159

пика, то ях.к= 60/Т zx.KНедостатком регулятора с маятником явля­ ется зависимость его работы от положения в пространстве.

Система «баланс — спираль» (рис. 105, б) представляет собой совокупность баланса 9 —.массивного колеса, укрепленного на оси 10, и волоска 11, один конец которого крепится на втулке ба­ ланса, другой — на плате. Баланс регулятора точно уравновешен, поэтому работа регулятора не зависит от положения в пространстве. Период колебаний баланса меньше периода колебаний маятника, составляет 0,4—0,1 с. Это объясняется тем, что габаритные размеры малы, следовательно, мал и запас кинетической энергии, велико влияние трения. Последнее может быть уменьшено, если увеличить кинетическую энергию путем увеличения угла отклонения и умень­ шения периода колебаний Т.

Регуляторы без собственных колебаний

Регулятор без собственных колебаний представлен на рис. 105, в. Баланс выполняется в виде стержня с двумя инерционными гру­ зами. Центр тяжести колебательной системы находится на оси вра­ щения анкера. Колебания баланса происходят благодаря взаимо­ действию анкера и ходового колеса. Входная и выходная палетты расположены таким образом, что давление со стороны зуба ходо­ вого колеса всегда создает момент относительно оси вращения ан­ кера. Период колебаний баланса определяется формулой

где йб — коэффициент пропорциональности; / б — момент инерции баланса относительно его оси вращения; Мх.к — момент на оси хо­ дового колеса.

К преимуществам регулятора данного типа следует отнести про­ стоту конструкции, возможность регулировки периода (Т) переме­ щением вдоль стержня инерционных грузов, устойчивость в работе при различных толчках, безотказность трогания с места, независи­ мость работы от положения в пространстве. Основным недостатком регулятора является зависимость периода колебаний от величины момента на ходовом колесе.

Эти регуляторы применяются в тех случаях, когда нет необхо­ димости в стабилизации скорости с высокой точностью или требует­ ся малая выдержка времени (менее 1 мин).

§ 7. УСПОКОИТЕЛИ

Успокоители предназначены для снятия собственных (свобод­ ных) колебаний подвижных систем приборов, которые появляются при сотрясениях, толчках приборов, а также при резком изменении измеряемой величины. Энергия свободных колебаний расходуется на преодоление сил сопротивления, возникающих при перемещении

160

элементов успокоителя, связанных с подвижной системой прибора. В зависимости от природы сил сопротивления успокоители могут быть с воздушным, жидкостным, сухим, внутренним сопротивлени­ ем, а также магнитоиндукционными. Классификация успокоителей представлена на схеме 2. Наибольшее распространение получили воздушные, жидкостные и магнитоиндукционные успокоители.

Работа успокоителя характеризуется коэффициентом успокое­ ния С и степенью успокоения (3. Коэффициент успокоения численно равен силе (или моменту силы) торможения при линейной (или угловой) скорости подвижной системы, равной единице. Сила успо­ коения, создаваемая успокоителем, P=cdx/dt, где л: — линейное перемещение подвижной системы прибора. Момент силы успокое­ ния M = cdy/dt (ф — угол поворота подвижной системы). Отсюда коэффициент успокоения для поступательного движения с = = P/dx/dt, для вращательного движения c—M/dy/dt. Степень успо­ коения для поступательного движения определяется по формуле

р = с/2 "|/' кт\ для вращательного движения

Р = с12УЩ

где <7 — жесткость подвеса подвижной системы прибора; т — масса подвижной системы; / — момент инерции подвижной системы отно­ сительно оси вращения.

Обычно в приборах применяют успокоитель со степенью успо­ коения р < 1 . При этом амплитуда собственных колебаний подвиж­ ной системы будет с течением времени уменьшаться, т. е. колебания

161

будут затухающими. При р=1 подвижная система без колебаний плавно подходит к положению равновесия. При р)>1 подвижная си­ стема также без колебаний, но более медленно подходит к положе­ нию равновесия. Наименьшее время успокоения, как правило, по­ лучается при р < 1 .

Рис. 106. Воздушные успокоители.

Рассмотрим некоторые типы успокоителей. На рис. 106, а пред­ ставлен воздушный успокоитель поршневого типа. При перемеще­ нии поршня 2 внутри цилиндра 1 воздух проталкивается через очень узкий кольцевой зазор между поршнем и цилиндром и через капилляр 3, рабочее сечение которого можно менять с помощью специального винта 4.

Крыльчатый воздушный успокоитель (рис. 106,6) состоит из камеры/и одного или двух крыльев 2, жестко связанных с подвиж­ ной системой прибора. При перемещении крыла в камере получа­ ется перепад давлений, что и создает силу успокоения. Крыльчатый воздушный успокоитель можно получить без применения специаль­ ной камеры (с открытым крылом).

Для создания больших сил торможения применяются жидкост­ ные успокоители. Поршневой жидкостный успокоитель (рис. 107, а) состоит из поршня 1, перемещающегося в цилиндре 2, заполненном жидкостью. Для регулировки коэффициента успокоения предусма­ тривают капилляр 3, сечение которого можно менять винтом 4.

На рис. 107, б изображен пластинчатый успокоитель. Необходи­ мый коэффициент успокоения получают подбором вязкости жид­ кости, глубины погружения пластин и расстояния между ними.

Капиллярный успокоитель (рис. 107, в) представляет собой си­ стему двух взаимно перпендикулярных капилляров. Через рабочий капилляр проходит одна из растяжек 3, на которых подвешена -под­ вижная система прибора. Капилляр 2 предусмотрен для обеспече­ ния постоянного заполнения жидкостью рабочего капилляра 1. Ве­

162

личина необходимого успокоения устанавливается подбором вяз­ кости жидкости опытным путем. Можно отметить также резерву­ арные успокоители. Резервуарный успокоитель прост по устройству. В резервуар, заполненный жидкостью, помещают всю подвижную

__J

Рис. 107. Жидкостные успокоители.

систему прибора. Величина торможения приблизительно равна пер­ вой степени скорости движения системы.

Строго линейную зависимость сил торможения от скорости пере­ мещения подвижной системы прибора обеспечивают магнитоиндук-

Рис. 108. Магнитоиндукционные успокоители.

ционные успокоители (рис. 108). В них сила или момент торможе­ ния создаются в результате возбуждения вихревых токов в про­ воднике, перемещающемся в магнитном поле постоянного магнита (или электромагнита). В качестве проводника могут быть исполь­ зованы диски (рис. 108, а) или секторы из алюминия или меди, а также металлические каркасы (рис. 108, б), на которых обычно располагают обмотки подвижных систем.

163

ГЛАВА 12. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ВИБРАЦИИ

§ 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ КОЛЕБАНИЙ

Вибрацией называют колебательный процесс в механических системах. Колебательный процесс характеризуется таким движе­ нием материальной точки, при котором наблюдается периодическое прохождение этой точкой одного и того же положения устойчивого равновесия. Понятия вибрация и механические колебания являются синонимами. Однако в технике принято называть одни колебатель­ ные процессы механическими колебаниями (например, колебание электрона на орбите, колебание маятника и т. п.), а другие — вибра­ циями (например, вибрация станка при обработке деталей, вибра­ ция фундаментов сооружений и т. п.). Как правило, вибрациями в технике называют вредные колебательные процессы. Вибрация возникает в механизмах, приборах и их элементах, различных со­ оружениях вследствие несовершенства их конструкции. Она может появиться в результате периодических толчков, сотрясений, при больших ускорениях движущихся неуравновешенных масс, при периодическом изменении давления пара в паровых котлах и т. д. Значение вибрации в технике очень велико. Явление вибрации не­ обходимо учитывать при проектировании, производстве и эксплуа­ тации зданий, судов, самолетов, металлорежущих и деревообраба­ тывающих станков, турбин, паровых котлов и т. д.

В целлюлозно-бумажном производстве с непрерывным произ­ водственным циклом при больших скоростях протекания техноло­ гических процессов и больших мощностях периодические меняю­ щиеся параметры процессов вызывают нежелательные, вредные колебания машин, аппаратов, котлов, компрессорных установок, фундаментов, измерительной и регулирующей аппаратуры и т. д. Вибрации бумагоделательных машин возникают вследствие зазо­ ров в подшипниках, неуравновешенности валов, из-за несовершен­ ства их формы, а также неоднородности материала. При больших размерах валов и больших скоростях их вращения подобные ошиб­ ки приводят к появлению значительных периодических сил, создаю­ щих вибрации.

Если частота вредных колебаний (вибрации) совпадет с собст­ венной частотой какого-либо устройства, наступит явление резо­ нанса, в результате которого могут произойти поломки, разруше­ ния, а если речь идет об измерительной аппаратуре, то появятся недопустимо большие погрешности измерения того или иного пара­ метра технологического процесса. По статистическим данным около 70—80% поломок и аварий в машиностроении являются результа­ том недопустимо больших вибраций.

Для снижения степени воздействия вибрации на различные объ­ екты широко применяют амортизаторы и гасители колебаний. При этом систему амортизации целесообразно проектировать таким об­ разом, чтобы частота вредной вибрации объекта оказывалась

1 6 4