RU2643170C1 - Device for measuring disbalance of rotors - Google Patents
Device for measuring disbalance of rotors Download PDFInfo
- Publication number
- RU2643170C1 RU2643170C1 RU2016136189A RU2016136189A RU2643170C1 RU 2643170 C1 RU2643170 C1 RU 2643170C1 RU 2016136189 A RU2016136189 A RU 2016136189A RU 2016136189 A RU2016136189 A RU 2016136189A RU 2643170 C1 RU2643170 C1 RU 2643170C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- inputs
- resistor
- weight
- Prior art date
Links
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 29
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 6
- 238000009966 trimming Methods 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M1/00—Testing static or dynamic balance of machines or structures
- G01M1/14—Determining imbalance
- G01M1/16—Determining imbalance by oscillating or rotating the body to be tested
- G01M1/22—Determining imbalance by oscillating or rotating the body to be tested and converting vibrations due to imbalance into electric variables
Landscapes
- Testing Of Balance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано в горизонтальных балансировочных станках для определения веса и параметров дисбаланса роторов.The invention relates to balancing equipment and can be used in horizontal balancing machines to determine the weight and imbalance of the rotors.
Известно устройство для измерения дисбаланса ротора, содержащее опоры, опорные мостики, привод ротора, причем опорные мостики соединены с опорами через динамометрические элементы (датчики силы) [Патент России 2028590, МПК G01M 1/04, 04.03.1991, опубл. 09.02.1995].A device for measuring the imbalance of the rotor, containing supports, support bridges, rotor drive, and the support bridges are connected to the supports through dynamometric elements (force sensors) [Russian Patent 2028590, IPC G01M 1/04, 03/04/1991, publ. 02/09/1995].
Недостатком этого устройства является относительно низкая чувствительность, поскольку информационные сигналы о дисбалансе снимаются в вертикальном направлении с динамометрических элементов, а жесткость устройства в этом направлении относительно велика, в данном устройстве невозможно проведение измерений в зарезонансном режиме. Кроме того, устройство не содержит элементов обеспечивающих получение сигналов о весе, амплитудах и фазах дисбаланса ротора, т.е. имеет ограниченные функциональные возможности.The disadvantage of this device is the relatively low sensitivity, since the information signals about the imbalance are removed in the vertical direction from the dynamometer elements, and the stiffness of the device in this direction is relatively high, in this device it is impossible to measure in the resonance mode. In addition, the device does not contain elements providing signals about the weight, amplitudes and phases of the rotor unbalance, i.e. has limited functionality.
Известно устройство для измерения дисбаланса ротора, содержащее опоры, опорные мостики, на которые укладывают ротор, причем опорный мостик соединен с соответствующей опорой через пару упругих пластин [Patent US 2457718, приор. 24.05.1945]. Недостатком этого устройства являются ограниченные функциональные возможности.A device for measuring the imbalance of the rotor containing supports, support bridges on which the rotor is laid, and the support bridge is connected to the corresponding support through a pair of elastic plates [Patent US 2457718, prior. 05.24.1945]. The disadvantage of this device is its limited functionality.
Известно устройство для измерения дисбаланса ротора, содержащее опоры, опорные мостики, на которые укладывают ротор, причем опорный мостик соединен с соответствующей опорой через пару упругих пластин [Патент России 2425345, приор. 04.12.2008, опубл. 10.06.2010]. Недостатком этого устройства являются ограниченные функциональные возможности, поскольку это устройство не обеспечивает измерение веса, амплитуд и фаз дисбаланса, а также не позволяет контролировать вес ротора в процессе балансировки.A device for measuring the imbalance of the rotor containing supports, support bridges on which the rotor is laid, and the support bridge is connected to the corresponding support through a pair of elastic plates [Russian Patent 2425345, prior. 12/04/2008, publ. 06/10/2010]. The disadvantage of this device is its limited functionality, since this device does not provide measurement of weight, amplitudes and unbalance phases, and also does not allow controlling the weight of the rotor during the balancing process.
Известно устройство для определения массы и положения центра масс ротора, содержащее основание, которое соединено с опорным мостиком, на котором установлен ротор, через упругие элементы и динамометрические датчики [Патент России 2525629, МПК G01M 1/10, приоритет 21.03.2014, опубл. 20.08.2014]. Данное устройство имеет ограниченные функциональные возможности, поскольку не обеспечивает определение амплитуд и фаз дисбаланса.A device for determining the mass and position of the center of mass of the rotor, containing a base that is connected to a support bridge on which the rotor is mounted, through elastic elements and load cells [Russian Patent 2525629, IPC G01M 1/10, priority 03/21/2014, publ. 08/20/2014]. This device has limited functionality, because it does not provide the determination of the amplitudes and phases of the imbalance.
Известно устройство для измерения дисбаланса ротора, содержащее первую и вторую опоры, на которые через датчики силы установлен балансируемый ротор, который связан с приводом ременной передачей [ЕР 0133229 В1, МПК G01M 1/00, приор. 11.07.1984, опубл. 02.11.1988].A device for measuring the imbalance of the rotor containing the first and second bearings, on which through the force sensors mounted balancing rotor, which is connected to the drive by a belt drive [EP 0133229 B1, IPC
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения дисбаланса ротора, содержащее опоры, опорные мостики и привод ротора, причем опорный мостик каждой опоры соединен с соответствующей опорой через плоские пружины, на каждой из которых закреплен тензорезистор [Patent US 5600062, приор. 04.02.1997, МПК G01M 1/02, НКИ 73/463, фиг. 4].Closest to the proposed is a device for measuring the imbalance of the rotor containing supports, support bridges and the rotor drive, and the support bridge of each support is connected to the corresponding support through flat springs, on each of which a strain gauge is fixed [Patent US 5600062, prior. 02/04/1997, IPC
Данное устройство имеет ограниченные функциональные возможности и сравнительно низкую чувствительность, поскольку сигнал с тензорезистора от дисбаланса сравнительно мал, так как жесткость плоской пружины в направлении ее плоскости относительно велика, а также пониженную помехоустойчивость.This device has limited functionality and relatively low sensitivity, since the signal from the strain gauge from the imbalance is relatively small, since the stiffness of a flat spring in the direction of its plane is relatively large, as well as reduced noise immunity.
Для обеспечения возможности контроля веса ротора, в котором из-за его значительного веса необходимо измерять сравнительно большие силы, действующие на весоизмерительные элементы, в то время как при контроле сил вибрации, связанных с дисбалансом, необходимо измерять малые по величине силы. Это может быть обеспечено, если в качестве силоизмерительного элемента использовать плоские пружины, жесткость которых имеет большое значение в направлении изменения веса (т.е. в направлении плоскости пружины), а в направлении действия вибрации, т.е. изгиба пружины, ее жесткость мала. Кроме того, для выполнения балансировки необходимо определить величины амплитуд и фаз вибрационных сигналов на каждой из опор, что позволит выполнить как статическую, так и динамическую балансировку. Для этого устройство должно содержать соответствующие измерительные элементы, а также датчик фазовой метки. Для повышения чувствительности и помехоустойчивости измерения следует выполнять по дифференциальной схеме.To provide the possibility of controlling the weight of the rotor, in which, due to its considerable weight, it is necessary to measure the relatively large forces acting on the load-measuring elements, while when controlling the vibration forces associated with an imbalance, it is necessary to measure small forces. This can be achieved if flat springs are used as the force measuring element, the stiffness of which is of great importance in the direction of the weight change (i.e., in the direction of the spring plane), and in the direction of vibration, i.e. bending of the spring, its rigidity is small. In addition, to perform balancing, it is necessary to determine the magnitudes of the amplitudes and phases of the vibrational signals on each of the supports, which will allow performing both static and dynamic balancing. For this, the device must contain appropriate measuring elements, as well as a phase mark sensor. To increase the sensitivity and noise immunity, measurements should be performed according to a differential circuit.
Реализация таких особенностей функционирования достигается тем, что в устройстве для измерения дисбаланса ротора, содержащем опоры, опорные мостики и привод ротора, причем опорный мостик каждой опоры соединен с соответствующей опорой через две плоские пружины, на каждой из которых закреплен тензорезистор, на каждой плоской пружине симметрично тензорезистору относительно ее плоскости установлен дополнительный тензорезистор, все тензорезисторы ориентированы с вертикальной осью чувствительности, выходы каждого из тензорезисторов соединены с входом соответствующего согласующего усилителя, выходы которых соединены с входами блока вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов, дополнительный вход которого соединен с выходом датчика фазовой метки, а привод связан с балансируемым ротором ременной передачей.The implementation of such operational features is achieved by the fact that in the device for measuring the imbalance of the rotor, containing supports, support bridges and the rotor drive, and the supporting bridge of each support is connected to the corresponding support through two flat springs, each of which is mounted a strain gauge, on each flat spring symmetrically an additional strain gauge is installed relative to its plane to the strain gauge, all strain gauges are oriented with a vertical axis of sensitivity, the outputs of each of the strain gauges are are connected to the input of the corresponding matching amplifier, the outputs of which are connected to the inputs of the unit for calculating the weight, amplitudes and phases of imbalances, the additional input of which is connected to the output of the phase mark sensor, and the drive is connected to a balanced rotor by a belt drive.
Другое отличие состоит в том, что в устройстве для измерения дисбаланса ротора блок вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов содержит первый, второй и третий операционные усилители, генератор, восемь аналоговых умножителей, четыре фильтра нижних частот, первый и второй сумматоры, первый и второй аналоговые делители, первый и второй элементы вычисления корня квадратного, а также первый и второй элементы вычисления функции арктангенса, входы блока вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов соединены через соответствующие суммирующие резисторы с прямым входом первого операционного усилителя, выход которого является выходом сигнала веса ротора блока вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов, который соединен через первый резистор обратной связи с инверсным выходом первого операционного усилителя, который соединен его выходом и общей шиной через соответственно конденсатор обратной связи и первый дополнительный резистор, а прямой вход первого операционного усилителя соединен через второй дополнительный резистор с подвижным контактом первого подстроечного резистора, неподвижные выводы которого соединены с шинами опорных напряжений, первый и четвертый входы блока вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов соединены через соответственно первый разделительный конденсатор и третий дополнительный резистор, которые соединены последовательно, и второй разделительный конденсатор и четвертый дополнительный резисторы, которые также соединены последовательно, с прямым входом второго операционного усилителя, выход которого является выходом первого сигнала вибрации, который соединен через второй резистор обратной связи с инверсным входом второго операционного усилителя, который через пятый дополнительный резистор и третий разделительный конденсатор, которые соединены последовательно, а также через шестой дополнительный резистор и четвертый разделительный конденсатор, которые соединены последовательно, подключен соответственно к второму и третьему входам блока вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов, а прямой вход второго операционного усилителя через седьмой дополнительный резистор соединен с подвижным контактом второго подстроечного резистора, неподвижные контакты которого соединены с шинами опорных напряжений, пятый и восьмой входы блока вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов соединены через соответственно пятый разделительный конденсатор и восьмой дополнительный резистор, которые соединены последовательно, и через шестой разделительный конденсатор и девятый дополнительный резисторы, которые соединены последовательно, с прямым входом третьего операционного усилителя, выход которого является выходом второго вибрационного сигнала, который соединен через третий резистор обратной связи с инверсным входом третьего операционного усилителя, который через десятый дополнительный резистор и седьмой разделительный конденсатор, которые соединены последовательно, а также через одиннадцатый дополнительный резистор и восьмой разделительный конденсатор, которые соединены последовательно, подключен соответственно к шестому и седьмому входам блока вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов, а прямой вход третьего операционного усилителя соединен через двенадцатый дополнительный резистор с подвижным контактом третьего подстроечного резистора, неподвижные контакты которого соединены с шинами опорных напряжений, выход второго операционного усилителя соединен с первыми входами первого и второго аналоговых умножителей, вторые входы которых соединены с выходами синусного и косинусного сигналов генератора, а выходы первого и второго аналоговых умножителей соединены с входами соответственно первого и второго фильтра нижних частот, выход первого фильтра нижних частот соединен с входом делителя первого аналогового делителя и с входами третьего аналогового умножителя, выход второго фильтра нижних частот соединен с входами четвертого аналогового умножителя и с входом делимого первого аналогового делителя, выход которого соединен с входом первого элемента вычисления функции арктангенса, выход которого является выходом сигнала фазы на первой опоре блока вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов, выход третьего операционного усилителя соединен с первыми входами пятого и шестого аналоговых умножителей, вторые входы которых соединены с выходами соответственно синусного и косинусного сигналов генератора, выход пятого аналогового умножителя соединен с входом третьего фильтра нижних частот, выход которого соединен с входами седьмого аналогового умножителя и входом делителя второго аналогового делителя, выход которого соединен с входом второго элемента вычисления функции арктангенса, выход которого является выходом сигнала фазы вибрации на второй опоре, выход шестого аналогового умножителя соединен с выходом четвертого фильтра нижних частот, выход которого соединен с входами восьмого аналогового умножителя и с входом делимого второго аналогового делителя, выходы третьего и четвертого аналоговых умножителей соединены с входами первого сумматора, выход которого соединен с входом первого элемента вычисления корня квадратного, выход которого является выходом сигнала амплитуды вибрации на первой опоре, а выходы седьмого и восьмого аналоговых умножителей соединены с входами второго сумматора, выход которого соединен с входом второго элемента вычисления корня квадратного, выход которого является выходом сигнала амплитуды вибрации на второй опоре блока вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов, дополнительный вход которого соединен с входом синхронизации генератора.Another difference is that in the rotor imbalance measuring device, the unit for calculating the weight, amplitudes and unbalance phases contains the first, second and third operational amplifiers, a generator, eight analog multipliers, four low-pass filters, the first and second adders, the first and second analog dividers, the first and second elements of calculating the square root, as well as the first and second elements of calculating the arctangent function, the inputs of the unit for calculating the weight, amplitudes and phases of imbalances are connected through the corresponding summing resistors with direct input of the first operational amplifier, the output of which is the rotor weight signal of the unit for calculating the weight, amplitudes and unbalance phases, which is connected through the first feedback resistor to the inverse output of the first operational amplifier, which is connected by its output and the common bus through the feedback capacitor, respectively and a first additional resistor, and the direct input of the first operational amplifier is connected through a second additional resistor to the movable contact of the first tuning resistor Ora, the fixed terminals of which are connected to the voltage reference buses, the first and fourth inputs of the unit for calculating the weight, amplitudes and phases of the imbalances are connected through respectively the first isolation capacitor and the third additional resistor, which are connected in series, and the second separation capacitor and the fourth additional resistors, which are also connected sequentially, with a direct input of the second operational amplifier, the output of which is the output of the first vibration signal, which is connected through the second feedback source with an inverse input of the second operational amplifier, which through the fifth additional resistor and the third isolation capacitor, which are connected in series, as well as through the sixth additional resistor and the fourth separation capacitor, which are connected in series, respectively connected to the second and third inputs of the weight calculation unit, amplitudes and phases of imbalances, and the direct input of the second operational amplifier through the seventh additional resistor is connected to the movable contact of the second o trimmer resistor, the fixed contacts of which are connected to the reference voltage buses, the fifth and eighth inputs of the unit for calculating the weight, amplitude and phase of the imbalances are connected through the fifth isolation capacitor and the eighth additional resistor, which are connected in series, and through the sixth isolation capacitor and the ninth additional resistors, which are connected in series with the direct input of the third operational amplifier, the output of which is the output of the second vibration signal, which connected through the third feedback resistor to the inverse input of the third operational amplifier, which through the tenth additional resistor and the seventh isolation capacitor, which are connected in series, as well as through the eleventh additional resistor and the eighth separation capacitor, which are connected in series, respectively connected to the sixth and seventh inputs of the block calculating the weight, amplitudes and phase imbalances, and the direct input of the third operational amplifier is connected through the twelfth additional the first resistor with a movable contact of the third tuning resistor, the fixed contacts of which are connected to the reference voltage buses, the output of the second operational amplifier is connected to the first inputs of the first and second analog multipliers, the second inputs of which are connected to the outputs of the sine and cosine signals of the generator, and the outputs of the first and second analog multipliers are connected to the inputs of the first and second low-pass filters, respectively, the output of the first low-pass filter is connected to the input of the divider of the first analogs the first divider and the inputs of the third analog multiplier, the output of the second low-pass filter is connected to the inputs of the fourth analog multiplier and to the input of the divisible first analog divider, the output of which is connected to the input of the first element of the arctangent function calculation, the output of which is the output of the phase signal on the first support of the calculation unit weights, amplitudes and phases of imbalances, the output of the third operational amplifier is connected to the first inputs of the fifth and sixth analog multipliers, the second inputs of which are connected to the outputs respectively, the sine and cosine signals of the generator, the output of the fifth analog multiplier is connected to the input of the third low-pass filter, the output of which is connected to the inputs of the seventh analog multiplier and the input of the divider of the second analog divider, the output of which is connected to the input of the second element of the calculation of the arc tangent function, the output of which is the signal output phase vibration on the second support, the output of the sixth analog multiplier is connected to the output of the fourth low-pass filter, the output of which is connected to the inputs and the eighth analog multiplier and with the input of the divisible second analog divider, the outputs of the third and fourth analog multipliers are connected to the inputs of the first adder, the output of which is connected to the input of the first square root calculation element, the output of which is the output of the vibration amplitude signal on the first support, and the outputs of the seventh and of the eighth analog multiplier connected to the inputs of the second adder, the output of which is connected to the input of the second element of the calculation of the square root, the output of which is the output of the signal the amplitude of vibration on the second support of the unit for calculating the weight, amplitudes and phases of imbalances, the additional input of which is connected to the synchronization input of the generator.
Другое отличие состоит в том, что в устройстве для измерения дисбаланса ротора блок вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов содержит узел аналого-цифрового преобразования, входы которого являются входами блока вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов, выход узла аналого-цифрового преобразования соединен с входом вычислительного узла, выходы которого являются выходами сигналов веса, амплитуды вибрации на первой и второй опорах, а также фаз вибрации на первой и второй опорах, а вход таймера вычислительного узла является дополнительным входом блока вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов.Another difference is that in the rotor imbalance measuring device, the unit for calculating the weight, amplitudes and unbalance phases contains an analog-to-digital conversion unit, the inputs of which are inputs of the unit for calculating the weight, amplitudes and unbalance phases, the output of the analog-to-digital conversion unit is connected to the input the computing node, the outputs of which are the outputs of the weight signals, the amplitude of the vibration on the first and second supports, as well as the phases of the vibration on the first and second supports, and the timer input of the computing node is an additional the first input of the unit for calculating the weight, amplitudes and phases of imbalances.
Другое отличие состоит в том, что в устройстве для измерения дисбаланса ротора вычислительный узел выполнен в виде микроконтроллера.Another difference is that in the device for measuring the imbalance of the rotor, the computing unit is made in the form of a microcontroller.
Другое отличие состоит в том, что в устройстве для измерения дисбаланса ротора вычислительный узел выполнен в виде процессора обработки сигналов.Another difference is that in the device for measuring the imbalance of the rotor, the computing node is made in the form of a signal processor.
Другое отличие состоит в том, что в устройстве для измерения дисбаланса ротора вычислительный узел выполнен в виде компьютера.Another difference is that in the device for measuring the imbalance of the rotor, the computing node is made in the form of a computer.
Другое отличие состоит в том, что в устройстве для измерения дисбаланса ротора согласующий усилитель содержит инструментальный усилитель, выход которого является выходом согласующего усилителя, входы которого соединены соответственно с первым входом инструментального усилителя и первой шиной питания, первый вход инструментального усилителя соединен через первый резистор с второй шиной питания, которая через второй резистор соединена с первым неподвижным контактом балансирующего резистора, подвижный контакт и второй неподвижный контакты которого соединены соответственно с вторым входом инструментального усилителя и через третий резистор с первой шиной питания, а регулирующий переменный резистор включен между входами задания коэффициента усиления инструментального усилителя.Another difference is that in the device for measuring rotor imbalance, the matching amplifier contains a tool amplifier, the output of which is the output of a matching amplifier, the inputs of which are connected respectively to the first input of the tool amplifier and the first power bus, the first input of the tool amplifier is connected through the first resistor to the second a power bus, which through a second resistor is connected to the first fixed contact of the balancing resistor, a movable contact and a second fixed contact The contacts of which are connected respectively to the second input of the instrument amplifier and through the third resistor to the first power bus, and the control variable resistor is connected between the inputs of the gain of the instrument amplifier.
Сущность предлагаемого решения поясняется следующими чертежами.The essence of the proposed solution is illustrated by the following drawings.
На фиг. 1 представлена структура устройства.In FIG. 1 shows the structure of the device.
На фиг. 2 показан опорный мостик, закрепленный на плоских пружинах, на которых установлены тензорезисторы.In FIG. 2 shows a supporting bridge mounted on flat springs on which strain gages are mounted.
На фиг. 3 показан пример структурной схемы блока вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов, реализованный с использованием аналоговой схемотехники.In FIG. Figure 3 shows an example of a block diagram of a unit for calculating weight, amplitudes, and unbalance phases, implemented using analog circuitry.
На фиг. 4 показан пример структурной схемы блока вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов, реализованный с использованием цифрового вычислительного узла.In FIG. Figure 4 shows an example of a block diagram of a unit for calculating the weight, amplitudes, and unbalance phases implemented using a digital computing unit.
На фиг. 5. показан пример структурной схемы согласующего усилителя.In FIG. 5. An example structural diagram of a matching amplifier is shown.
Устройство для измерения дисбаланса ротора 1 содержит опоры 2 и 3, опорные мостики 4 и 5, привод 6 ротора, причем опорный мостик 4 или 5 каждой опоры 2 или 3 соответственно соединен с соответствующей опорой через две плоские пружины 7 и 8 (для первой опоры) и 9 и 10 (для второй опоры 3), на каждой из которых закреплен тензорезистор 11, на каждой плоской пружине симметрично тензорезистору 11 относительно ее плоскости установлен дополнительный тензорезистор 12, все тензорезисторы 11 и 12 ориентированы по вертикальной оси чувствительности, выводы каждого из тензорезисторов 11 и 12 соединены с входом соответствующего согласующего усилителя 13-20, выходы которых соединены с входами 21-28 блока 29 вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов, дополнительный вход 30 которого соединен с выходом датчика 31 фазовой метки, а привод 6 связан с балансируемым ротором 1 ременной передачей 32.The device for measuring the imbalance of the
На выходах 33-37 блока 29 вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов формируются соответствующие сигналы результатов измерения.At the outputs 33-37 of the
Как показано на фиг. 3, блок 29 вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов содержит первый 38, второй 39 и третий 40 операционные усилители, генератор 41, восемь аналоговых умножителей 42-49, четыре фильтра нижних частот 50-53, первый 54 и второй 55 сумматоры, первый 56 и второй 57 аналоговые делители, первый 58 и второй 59 элементы вычисления корня квадратного, генератор 41 имеет вход 60 синхронизации, а также первый 61 и второй 62 элементы вычисления функции арктангенса, входы 21-28 блока 29 вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов соединены через соответствующие суммирующие резисторы 63-70 с прямым входом первого 38 операционного усилителя, выход которого является выходом 33 сигнала веса ротора блока 29 вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов, который соединен через первый резистор 71 обратной связи с инверсным выходом первого 38 операционного усилителя, который соединен его выходом 33 и общей шиной 72 через соответственно конденсатор 73 обратной связи и первый дополнительный резистор 74, а прямой вход первого 38 операционного усилителя соединен через второй дополнительный резистор 75 с подвижным контактом первого подстроечного резистора 76, неподвижные выводы которого соединены с шинами 77 и 78 опорных напряжений, первый 21 и четвертый 24 входы блока 29 вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов соединены через соответственно первый разделительный конденсатор 79 и третий дополнительный резистор 80, которые соединены последовательно, и второй разделительный конденсатор 81 и четвертый дополнительный резисторы 82, которые также соединены последовательно, с прямым входом второго 39 операционного усилителя, выход которого является выходом 83 первого сигнала вибрации, который соединен через второй резистор 84 обратной связи с инверсным входом второго 39 операционного усилителя, который через пятый дополнительный резистор 85 и третий разделительный конденсатор 86, которые соединены последовательно, а также через шестой дополнительный резистор 87 и четвертый разделительный конденсатор 88, которые соединены последовательно, подключен соответственно к второму 22 и третьему 23 входам блока 29 вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов, а прямой вход второго 39 операционного усилителя через седьмой дополнительный резистор 89 соединен с подвижным контактом второго подстроечного резистора 90, неподвижные контакты которого соединены с шинами 77 и 78 опорных напряжений, пятый 25 и восьмой 28 входы блока 29 вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов соединены через соответственно пятый разделительный конденсатор 91 и восьмой дополнительный резистор 92, которые соединены последовательно, и через шестой разделительный конденсатор 93 и девятый дополнительный резисторы 94, которые соединены последовательно, с прямым входом третьего 40 операционного усилителя, выход 95 которого является выходом второго вибрационного сигнала, который соединен через третий резистор 96 обратной связи с инверсным входом третьего 40 операционного усилителя, который через десятый дополнительный резистор 97 и седьмой разделительный конденсатор 98, которые соединены последовательно, а также через одиннадцатый дополнительный резистор 99 и восьмой разделительный конденсатор 100, которые соединены последовательно, подключен соответственно к шестому 26 и седьмому 27 входам блока 29 вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов, а прямой вход третьего 40 операционного усилителя соединен через двенадцатый дополнительный резистор 101 с подвижным контактом третьего подстроечного резистора 102, неподвижные контакты которого соединены с шинами 77 и 78 опорных напряжений, выход 83 второго 39 операционного усилителя соединен с первыми входами первого 42 и второго 43 аналоговых умножителей, вторые входы которых соединены с выходами 103 и 104 соответственно синусного и косинусного сигналов генератора 41, а выходы первого 42 и второго 43 аналоговых умножителей соединены с входами соответственно первого 50 и второго 51 фильтров нижних частот, выход первого 50 фильтра нижних частот соединен с входом делителя первого 56 аналогового делителя и с входами третьего 44 аналогового умножителя, выход второго 51 фильтра нижних частот соединен с входами четвертого 45 аналогового умножителя и с входом делимого первого 56 аналогового делителя, выход которого соединен с входом первого 61 элемента вычисления функции арктангенса, выход которого является выходом 35 сигнала фазы на первой опоре 2 блока 29 вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов, выход 95 третьего 40 операционного усилителя соединен с первыми входами пятого 46 и шестого 47 аналоговых умножителей, вторые входы которых соединены с выходами 103 и 104 соответственно синусного и косинусного сигналов генератора 41, выход пятого 46 аналогового умножителя соединен с входом третьего 52 фильтра нижних частот, выход которого соединен с входами седьмого 48 аналогового умножителя и входом делителя второго 57 аналогового делителя, выход которого соединен с входом второго 62 элемента вычисления функции арктангенса, выход которого является выходом 37 сигнала фазы вибрации на второй опоре 3, выход шестого 47 аналогового умножителя соединен с выходом четвертого 53 фильтра нижних частот, выход которого соединен с входами восьмого 49 аналогового умножителя и с входом делимого второго 57 аналогового делителя, выходы третьего 44 и четвертого 45 аналоговых умножителей соединены с входами первого 54 сумматора, выход которого соединен с входом первого 58 элемента вычисления корня квадратного, выход которого является выходом 34 сигнала амплитуды вибрации на первой 2 опоре, а выходы седьмого 48 и восьмого 49 аналоговых умножителей соединены с входами второго 55 сумматора, выход которого соединен с входом второго 59 элемента вычисления корня квадратного, выход которого является выходом 36 сигнала амплитуды вибрации на второй 3 опоре блока 29 вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов, дополнительный вход 30 которого соединен с входом 60 синхронизации генератора 41.As shown in FIG. 3, the
Блок 29 вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов, показанный на фиг. 4, содержит узел 105 аналого-цифрового преобразования, входы которого являются входами 21-28 блока 29 вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов, выход узла 105 аналого-цифрового преобразования соединен с входом вычислительного узла 106, выходы которого являются выходами сигналов веса 33, амплитуды вибрации на первой 34 и второй 36 опорах соответственно 2 и 3, а также фаз вибрации на первой 35 и второй 37 опорах 2 и 3 соответственно, а вход 107 таймера вычислительного узла 106 является дополнительным входом 30 блока 29 вычисления веса, амплитуд и фаз дисбалансов.The
Вычислительный узел 106 может быть выполнен в виде микроконтроллера, процессора обработки сигналов или компьютера.The
Согласующий усилитель (13-20), как показано на фиг. 5, содержит инструментальный усилитель 108, выход которого является выходом согласующего усилителя, входы которого соединены соответственно с первым входом инструментального усилителя 108 и первой шиной 109 питания, первый вход инструментального усилителя 108 соединен через первый резистор 110 с второй шиной 111 питания, которая через второй резистор 112 соединена с первым неподвижным контактом балансирующего резистора 113, подвижный контакт и второй неподвижный контакты которого соединены соответственно с вторым входом инструментального усилителя 108 и через третий резистор 114 с первой шиной 109 питания, а регулирующий переменный резистор 115 включен между входами задания коэффициента усиления инструментального усилителя 108.Matching amplifier (13-20), as shown in FIG. 5 contains a
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Плоские пружины 7-10 под действием собственного веса и веса опорных мостиков 4 и 5 испытывают продольную деформацию в вертикальном направлении. Эта деформация вызывает деформацию тензорезисторов 11 и дополнительных тензорезисторов 12. Эта деформация вызывает изменение сопротивления этих тензорезисторов, которое преобразуется согласующими усилителями 13-20 в соответствующие напряжения. При отсутствии ротора 1, уложенного на опорные мостики 4 и 5 балансировкой согласующих усилителей, напряжение на их выходах может быть установлено равным нулю. Обозначим напряжения, формируемые согласующими усилителями 13 и 15, которые соединены с тензорезисторами 11, установленными на внешней стороне плоских пружин этой опоры как U1x и U2x, а напряжения на выходах согласующих усилителей 14 и 16, входы которых соединены с дополнительными тензорезисторами 12, которые установлены на внутренней стороны плоских пружин первой опоры 2, как U1y и U2y. Соответственно для второй опоры 3 согласующие усилители 17-20 формируют напряжения U3x, U3y, U4y и U4x.Flat springs 7-10 under the influence of their own weight and the weight of the
После установки ротора 1 его вес вызывает появление дополнительных сил растяжения плоских пружин, которое приведет к изменению указанных напряжений. Поскольку сила веса распределена между всеми плоскими пружинами, суммарное напряжение, вызванное воздействием силы веса, может быть оценено по величине суммы напряжений на выходах согласующих усилителей 13-20, так как эти изменения направлены одинаково:After installing the
P=KP⋅(U1x+U1y+U2x+U2y+U3x+U3y+U4x+U4y),P = K P ⋅ (U1x + U1y + U2x + U2y + U3x + U3y + U4x + U4y),
здесь P – сигнал, характеризующий вес ротора;here P is the signal characterizing the weight of the rotor;
KP - коэффициент пропорциональности.K P is the coefficient of proportionality.
Для повышения точности возможно подавление быстрых изменений сигналов, которые могут быть вызваны воздействием деформаций от вибраций и/или помехами или шумами за счет придания интегрирующих свойств при формировании этого сигнала в случае аналоговой реализации (фиг. 3) или за счет усреднения при оценке веса цифровыми вычислительными методами вычислительным узлом 106 (фиг. 4):To improve accuracy, it is possible to suppress rapid changes in signals that can be caused by deformations from vibrations and / or interference or noise due to imparting integrating properties during the formation of this signal in the case of analog implementation (Fig. 3) or due to averaging in the estimation of weight by digital computing methods of the computing node 106 (Fig. 4):
здесь UP0 - величина собственного веса, фиксируемая цифровым вычислительным узлом 106 до установки ротора 1, если начальная балансировка согласующих усилителей 13-20 не была выполнена.here UP0 is the self-weight value fixed by the
При аналоговой реализации вычислений, как показано на фиг. 3, интегрирующие свойства обеспечиваются использованием конденсатора 73.In an analog implementation of calculations, as shown in FIG. 3, integrating properties are provided using a
Установленный на опорные мостики 4 и 5 ротор 1 приводится во вращение с помощью привода 6 через ременную передачу 32.Mounted on the
При наличии дисбаланса ротор 1 испытывает колебания, которые через опорные мостики 4 и 5 передаются на плоские пружины 7-10. В зависимости от скорости вращения система, состоящая из ротора и предложенного устройства, может характеризоваться вибрацией с различными амплитудами и фазами колебаний на каждой из опор. При раскручивании ротора до достаточно высокой скорости вращения ротор может вращаться в зарезонансном режиме, что можно использовать для балансировки ротора со всеми преимуществами, присущими такому режиму. Это обеспечивается сравнительно малой жесткостью плоских пружин в направлении изгибных деформаций в направлении, перпендикулярном их плоскости.In the presence of imbalance, the
Следует учитывать, что деформации, вызванные горизонтальной вибрацией, вызывают изменения величины тензорезисторов и дополнительных тензорезисторов, а также соответствующие изменения сигналов на выходах согласующих усилителей, к которым они подключены, в противоположном направлении. Если формировать сигнал, характеризующий соответствующую вибрацию, как разностный, можно обеспечить повышенную помехоустойчивость к помехам, наводимым на пары тензорезисторов и дополнительных тензорезисторов.It should be borne in mind that deformations caused by horizontal vibration cause changes in the value of strain gages and additional strain gages, as well as corresponding changes in the signals at the outputs of the matching amplifiers to which they are connected in the opposite direction. If you generate a signal that characterizes the corresponding vibration, as a differential, you can provide increased noise immunity to interference induced by pairs of strain gages and additional strain gages.
Кроме этого, изгиб плоских пружин по разные стороны ротора на одной опоре также происходит в противофазе, что также учитывается при формировании сигнала, характеризующего вибрацию. Наконец, поскольку такой сигнал V1, который характеризует вибрацию, должен учитывать только переменную составляющую, при аналоговой реализации может быть выделена переменная составляющая использованием разделительного конденсатора на каждом входе или вычитанием постоянного смещения, соответствующего среднему значению вибрационного сигнала при цифровой реализации. Для сигналов вибрации для первой и второй опор соответствующие выражения имеют вид:In addition, the bending of flat springs on opposite sides of the rotor on one support also occurs in antiphase, which is also taken into account when generating a signal characterizing vibration. Finally, since such a signal V1, which characterizes the vibration, should take into account only the variable component, in the analog implementation, the variable component can be isolated by using an isolation capacitor at each input or by subtracting the constant bias corresponding to the average value of the vibration signal during digital implementation. For vibration signals for the first and second supports, the corresponding expressions are of the form:
где j – индекс, характеризующий момент времени процесса вибрации;where j is the index characterizing the point in time of the vibration process;
Δ - показывает, что соответствующие изменения вызваны вибрацией ротора.Δ - indicates that the corresponding changes are caused by vibration of the rotor.
При аналоговой реализации сигнал V1 формируется на выходе 83 на выходе операционного усилителя 39, а сигнал, соответствующий вибрации V2, на выходе 95 операционного усилителя 40.In an analog implementation, the signal V1 is generated at the
Для оценки амплитуды и фазы сигналов вибрации V1 на оборотной частоте можно использовать определение оценок действительного В1 и мнимого А1 коэффициентов Фурье, умножением сигнала V1 на опорные синусный и косинусный сигналы с помощью аналоговых умножителей 42 и 43 при аналоговой реализации с последующей фильтрацией фильтрами нижних частот 50 и 51 соответственно.To estimate the amplitude and phase of the vibration signals V1 at the reverse frequency, you can use the definition of the estimates of the actual B1 and imaginary A1 Fourier coefficients by multiplying the signal V1 by the reference sine and cosine signals using
При дискретной реализации с использованием вычислительного узла соответствующие соотношения:In a discrete implementation using a computing node, the corresponding relationships are:
где Δtj - шаг квантования по времени.where Δt j is the time quantization step.
Для сигнала вибрации V2, соответствующего второй опоре 3, соответствующие соотношения имеют вид:For the vibration signal V2 corresponding to the
Результирующие оценки амплитуды АV1 и фазы ϕ1 для вибрации V1 формируются как корень квадратный из суммы квадратов оценок коэффициентов Фурье и как арктангенс их отношения первыми элементами вычисления корня квадратного 58 и вычисления функции арктангенса 61 из суммы, который формируется сумматором 54, для сигналов соответственно квадратов коэффициентов Фурье, формируемых аналоговыми умножителями 44 и 45, и их отношения, формируемого аналоговым делителем 56. При цифровой реализации вычисление выполняется в соответствии с соотношениями:The resulting estimates of the amplitude АV1 and phase ϕ1 for vibration V1 are formed as the square root of the sum of the squares of the estimates of the Fourier coefficients and as the arctangent of their ratio by the first elements of the calculation of the root of the square 58 and the calculation of the
Для вибрации V2, соответствующей второй опоре, измерение выполняется аналогичным образом в соответствии с соотношениями:For vibration V2 corresponding to the second support, the measurement is performed in a similar manner in accordance with the relations:
При цифровой реализации, показанной на фиг. 4, могут использоваться и другие алгоритмы определения амплитуды и фазы на соответствующей оборотной частоте, например алгоритм Герцеля.In the digital implementation shown in FIG. 4, other algorithms for determining the amplitude and phase at the corresponding revolution frequency can be used, for example, the Goertzel algorithm.
Для привязки оценки фазы к геометрическому угловому положению ротора 1 в предлагаемом устройстве использован датчик фазовой метки 31, который обеспечивает синхронизацию по начальной фазе генератора 41, а также привязку частоты синусного и косинусного сигналов, формируемых генератором 41, к оборотной частоте. При цифровой реализации аналогичные функции в вычислительном узле 106 обеспечиваются подачей такого сигнала ДФМ от датчика фазовой метки 31 на соответствующий вход узла 106, например на вход прерывания встроенного таймера.To link the phase estimate to the geometric angular position of the
В предлагаемом устройстве сравнительно большой вес ротора вызывает относительно малые изменения сопротивления тензорезисторов, поскольку в направлении плоскости плоских пружин их жесткость сравнительно велика, а изменения сопротивления тензорезисторов из-за изгиба плоских пружин, связанных с колебаниями ротора из-за дисбаланса, относительно велики, что позволяет с повышенной точностью контролировать малые дисбалансы даже для тяжелых роторов, вес которых также измеряется.In the proposed device, the relatively large weight of the rotor causes relatively small changes in the resistance of the strain gages, since in the direction of the plane of the flat springs, their stiffness is relatively large, and changes in the resistance of the strain gages due to the bending of the flat springs associated with oscillations of the rotor due to the imbalance are relatively large, which allows to control small imbalances with increased accuracy even for heavy rotors, the weight of which is also measured.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016136189A RU2643170C1 (en) | 2016-09-08 | 2016-09-08 | Device for measuring disbalance of rotors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016136189A RU2643170C1 (en) | 2016-09-08 | 2016-09-08 | Device for measuring disbalance of rotors |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2643170C1 true RU2643170C1 (en) | 2018-01-31 |
Family
ID=61173384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016136189A RU2643170C1 (en) | 2016-09-08 | 2016-09-08 | Device for measuring disbalance of rotors |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2643170C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108827536A (en) * | 2018-03-27 | 2018-11-16 | 江苏大学 | Online dynamic balance detection system and detection method are assembled by a kind of combination revolution system |
| CN114740164A (en) * | 2022-05-07 | 2022-07-12 | 中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司 | Device for testing expansion performance of expansion filling body under pressure condition |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0133229A2 (en) * | 1983-07-28 | 1985-02-20 | Fmc Corporation | Wheel balancer two plane calibration method |
| RU2028590C1 (en) * | 1991-03-04 | 1995-02-09 | Полетило Андрей Владимирович | Balancing machine |
| US5600062A (en) * | 1993-12-14 | 1997-02-04 | Hofmann Maschinenbau Gmbh | Apparatus for measuring unbalance on a rotary member |
| RU2425345C2 (en) * | 2008-12-04 | 2011-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "НПП "Технопарк" | Device for items dynamic balancing |
| RU2525629C1 (en) * | 2013-03-21 | 2014-08-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Bench to measure mass and coordinates of centre of mass of items |
-
2016
- 2016-09-08 RU RU2016136189A patent/RU2643170C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0133229A2 (en) * | 1983-07-28 | 1985-02-20 | Fmc Corporation | Wheel balancer two plane calibration method |
| RU2028590C1 (en) * | 1991-03-04 | 1995-02-09 | Полетило Андрей Владимирович | Balancing machine |
| US5600062A (en) * | 1993-12-14 | 1997-02-04 | Hofmann Maschinenbau Gmbh | Apparatus for measuring unbalance on a rotary member |
| RU2425345C2 (en) * | 2008-12-04 | 2011-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "НПП "Технопарк" | Device for items dynamic balancing |
| RU2525629C1 (en) * | 2013-03-21 | 2014-08-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Bench to measure mass and coordinates of centre of mass of items |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108827536A (en) * | 2018-03-27 | 2018-11-16 | 江苏大学 | Online dynamic balance detection system and detection method are assembled by a kind of combination revolution system |
| CN114740164A (en) * | 2022-05-07 | 2022-07-12 | 中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司 | Device for testing expansion performance of expansion filling body under pressure condition |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Karlsson | Identification of external structural loads from measured harmonic responses | |
| EP0133229B2 (en) | Wheel balancer two plane calibration method | |
| CN106017758B (en) | A kind of synchronous online testing device of motor static torque and test method | |
| US4467271A (en) | Test apparatus for determination of vibration characteristics of piezoelectric transducers | |
| EP3839468B1 (en) | Method for balancing a rotor | |
| RU2643170C1 (en) | Device for measuring disbalance of rotors | |
| WO2001006208A1 (en) | Methods and systems for dynamic force measurement | |
| JPH06281527A (en) | Method and equipment for balancing rotating body | |
| JP2008516226A (en) | Rotor balancing method and apparatus | |
| KR102139240B1 (en) | Control device of dynamometer system | |
| Klaus et al. | Determination of model parameters for a dynamic torque calibration device | |
| Fakhari et al. | A theoretical and experimental disturbance analysis in a product of inertia measurement system | |
| RU2562273C2 (en) | Test bench for measurement of mass-inertia characteristics of item | |
| Overton et al. | The vertical response characteristics of the non-rolling tyre | |
| De Falco et al. | Wheel force transducer for shimmy investigation | |
| EP3839469A1 (en) | Rotor balancer | |
| RU2780360C1 (en) | Method for determining non-stationary pitch and roll angles and device for its implementation | |
| JPS6140331B2 (en) | ||
| RU2743778C1 (en) | Method for determining the non-stationary force and a device for its implementation | |
| SU1651124A1 (en) | Electrodynamic calibrating shaker unit | |
| Huo et al. | Unbalance identification for mainshaft system of 2-DOF precision centrifuge: a displacement sensor-based approach | |
| Zhang et al. | A new multi-disk shaft balancing method for rotating machinery using strain gauges | |
| RU2052779C1 (en) | Method of balancing three correction plane crankshafts (variants) | |
| RU2471149C2 (en) | Compensation-type micromechanical gyroscope | |
| Klyuchnikov | VERIFICATION OF DYNAMIC BALANCING STAND ACCURACY |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180909 |