Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России»
Скачать 1.32 Mb.
|
| Подшипники качения чрезвычайно чувствительны к ударным и вибрационным нагрузкам, которые приводят к выкрашиванию тел и дорожек качения, а подшипники скольжения обладают несомненным преимуществом, за счет демпфирующей способности смазочного слоя. Но при определенных сочетаниях рабочих и геометрических параметров подшипника скольжения смазочный слой может сам являться источником опасных самовозбуждающихся колебаний, но это явление стараются устранить на этапе проектирования путем специальных конструктивных решений: увеличение эксцентриситета, применение многоклиновых поверхностей и др. Электромагнитные подшипники, являясь полностью мехатронной системой, за счет электронной системы управления позволяют контролировать перемещения вала в радиальном зазоре, позиционировать ротор таким образом, чтобы вращение ротора происходило вокруг оси инерции, а также электронное управление позволяет активно гасить нежелательные колебания ротора. Перегрузка в аварийных ситуациях для подшипников качения ведет к заклиниванию, повышение температуры − к изменению механических свойств материалов. Перекосы вызывают резкое повышение момента трения, в меньшей мере это относится к самоустанавливающимся подшипникам. Подшипник скольжения чувствителен к перекосам, но допускает вращение, если температура в зоне контакта не приведет к схватыванию поверхностей цапфы и втулки. Износ втулки с одной стороны приводит к уменьшению грузоподъемности, а с другой ротор перемещается в область высоких эксцентриситетов, что ведет к повышению устойчивости. Касание недопутимо в агрегатах с лекговоспломеняющимися жидкостями. Для электромагнитного подшипника работоспособность в аварийных ситуациях зависит от чувствительности или быстродействия системы контроля, плюсом является наличие страховочного подшипника качения. Любой процесс, приводящий к повреждениям, можно контролировать с помощью первичных преобразователей той или иной физической величины, например износ с помощью датчиков перемещений, неустойчивость с помощью акселерометров, повышенное трение с помощью датчиков температуры и т.п. Введение сенсорных элементов в конструкцию опорного узла превращает его в чисто мехатронную систему, состоящую из механической части (деталей подшипника), электрической (сенсоры, микроконтроллеры управлениялектрической ()каэлементов в конструкцию опорного узла превращает его в чисто мехатронную систему, состоящую из механической ча) и программной (программное обеспечение по управлению сигнальной системой). Можно сделать вывод о том, что введение сенсорных элементов в конструкцию подшипников скольжения и качения может быть эффективно использовано для контроля за износом рабочих поверхностей и прогнозирования возможных отказов. Все это предъявляет к новым мехатронным опорным узлам роторов требования по их детальному изучению, как в плане проектирования и расчетов, так и технологических особенностей. Целью проекта является повышение надежности функционирования роторных машин за счет применения мехатронных подшипников с функциями диагностики и контроля за состоянием роторно-опорного узла. В результате выполнения 4-х этапов проекта были решены следующие задачи: а) 1 этап: 1) проведен обширный информационный поиск по доступным электронным источникам информации, открытой печати и базам данных патентов; 2) было проведено обоснование выбора объекта исследований с позиций актуальности, научной новизны и патентной чистоты; 3) было проведено обоснование экономической эффективности проекта с позиций перспективности внедрения опытных образцов мехатронных подшипников в роторных машинах новых поколений; 4) были разработаны базовые математические модели мехатронных подшипников; 5) был проведен патентный поиск в области мехатронных подшипников, охватывающий в себя базы данных патентов России, США, Японии и др. стран; б) 2 этап: 1) разработаны эффективные алгоритмы управления для повышения надежности опорного узла; 2) проведен комплекс численных экспериментов по выявлению закономерностей функционирования мехатронных подшипников; 3) разработано программное обеспечение по расчету характеристик мехатронных подшипников. в) 3 этап: 1) разработаны принципиально новые конструкции мехатронных подшипников, основанные на синергетической интеграции механических, электронных и контрольно-измерительных компонентов в опорном узле; 2) проведены проектировочные расчеты рабочих характеристик разработанных подшипниковых узлов, полученные с помощью математических моделей и специализированных САЕ-систем и позволившие оценить требуемые геометрические и конструктивные параметры опорных узлов для проведения экспериментальных исследований, а также параметры быстродействия и разрядности элементов контрольно-измерительной системы; 3) разработаны и подобранны программно-аппаратные средства для реализации информационно-измерительной системы по управлению и контролю мехатронными подшипниками, основанные на последних достижениях в области автоматического управления техническими системами; 4) подготовлена документация для патентования разработанных конструкций мехатронных подшипников, выполненная в соответствие с требованиями патентного законодательства РФ; 5) разработаны алгоритмы оптимального проектирования мехатронных подшипников, позволившие получить математический инструмент получения наилучших характеристик работоспособности опорного узла за счет варьирования параметрами механической и контрольно-измерительной частей мехатронного подшипника. г) 4 этап: 1) разработана конструкторская документация модельных мехатронных подшипников и экспериментальной установки для их испытаний; 2) разработана методика экспериментальных исследований; 3) изготовлены опытные образцы мехатронных гидростатических подшипников и экспериментальная установка; 4) проведен комплекс экспериментов по изучению работоспособности мехатронных подшипников и отработки алгоритмов управления и контроля; 5) сопоставлены результаты экспериментов с результатами расчетов и математического моделирования; 6) скорректирована разработанная документация по результатам испытаний. В результате заключительного 5-го этапа проекта были решены следующие задачи: 1) разработана окончательная (скорректированная) конструкторская и технологическая документация опытных образцов патентованных мехатронных подшипников; 2) разработан бизнес-план по внедрению результатов проекта на предприятиях энергетического и транспортного машиностроения; 3) написана и опубликована монография «Мехатронные подшипниковые узлы: принципы расчета и проектирования»; 4) разработано учебно-методическое пособие для проведения лабораторных работ «Мехатронные технологии в роторно-опорных узлах»; 5) проведены организационно-рекламных мероприятий по подготовке внедрения результатов проекта; 6) проведена оценка возможности создания конкурентоспособной продукции и услуг и разработка рекомендаций по использованию результатов проведенных НИР, включая предложения по коммерциализации. Результаты проведенных исследований используются при проектировании перспективных турбонасосов на ОАО «Конструкторское бюро химической автоматики» в рамках договора о совместном научно-техническом сотрудничестве. 1 Основные результаты работы за 4 этапа Объектом исследования данного проекта являются роторные машины, в которых используются мехатронные технологии создания опорных узлов и управления движением роторов. Особый акцент делается на разработку технических решений, теоретических основ расчета и инструментария проектирования высокоскоростных агрегатов с турбинным приводом – компрессоров, насосов, детандеров, двигателей, а также роторно-опорных узлов тяжелых энергетических машин. В результате выполнения проекта проведен обширный информационный поиск по доступным электронным источникам информации, открытой печати и базам данных патентов. Основной целью информационного поиска было выяснить состояние научных достижений в области создания и внедрения мехатронных подшипников в мире. Информационный поиск проводился по следующему алгоритму с применением современных методов библиографической эвристики: 1) анализ научно-технической литературы по печатным источникам и электронным базам данных; 2) анализ периодических изданий и сборников трудов научных конференций в соответствующей предметной области; 3) патентный поиск по отечественным и зарубежным базам данных; 4) поиск с использованием электронных платных библиотек. В результате информационного поиска было просмотрено и проанализировано более 600 различных источников научно-технической информации, охватывающих издания России, США, Японии, Китая и др. технологически развитых стран. Н 18 а основании информационного поиска был сделан вывод о недостаточности работ в области проектирования, расчета и применения мехатронных подшипников скольжения. Опорные узлы роторных машин во многом определяют наработку на отказ и основные параметры работоспособности данных механических устройств. В свою очередь, обеспечение удовлетворительной работы ротора – стабильность вращения, приемлемый уровень вибраций, передача внешней нагрузки на корпус – обеспечивается подшипниками. Актуальность постоянного совершенствования опорных узлов роторов агрегатов энергетического и транспортного машиностроения определяется весомостью повреждений всей машины вследствие внезапных или постепенных отказов опорных узлов. Неправильный выбор подшипника качения или ошибочное проектирование подшипника скольжения может приводить к поломке роторного агрегата и выходу из строя всей машины. В настоящее время существует три принципиально различных вида подвеса роторов: подшипники качения, опоры жидкостного трения и электромагнитные подшипники. Каждому виду опорных узлов свойственны свои преимущества и недостатки, относительно которых определяется возможность их применения для различных условий работы Ограничивающими факторами для подшипников качения является параметр предельной быстроходности, для подшипников скольжения – число пусков и остановов, для электромагнитных подшипников – сложность и стоимость системы электропитания и управления. Механизм выхода из строя опорных узлов заключается в превышении действующих нагрузок и/или скоростей сверх допустимых, что приводит к повышенному износу рабочих поверхностей и последующему неустранимому функциональному отказу. Любой процесс, приводящий к повреждениям, можно контролировать с помощью первичных преобразователей той или иной физической величины, например износ с помощью датчиков перемещений, неустойчивость с помощью акселерометров, повышенное трение с помощью датчиков температуры и т.п. Введение сенсорных элементов в конструкцию опорного узла превращает его в чисто мехатронную систему, состоящую из механической части (деталей подшипника), электрической (сенсоры, микроконтроллеры управления) и программной (программное обеспечения по управлению сигнальной системой). Можно сделать вывод о том, что введение сенсорных элементов в конструкцию подшипников скольжения и качения может быть эффективно использовано для контроля за износом рабочих поверхностей и прогнозирования возможных отказов. Все это предъявляет к новым мехатронным опорным узлам роторов требования по их детальному изучению, как в плане проектирования и расчетов, так и технологических особенностей. Тенденцию расширения применения мехатронных устройств можно проследить на количественном уровне, согласно рисунку 1.1. Можно констатировать, что в современных машинах электронные устройства и информационные системы выполняют более половины функций изделий.  Рисунок 1.1 – Тенденции увеличения интеллектуального уровня машин Разработка нового мехатронного узла должна выполняться с позиции достижения очевидных преимуществ по сравнению с типовой конструкцией опорного узла, который включает в себя только механическую часть. Критерии рациональности и их приоритеты проектировщик устанавливает самостоятельно в зависимости от назначения, сложности и важности роторной машины. Такими критериями могут быть: грузоподъемность, коэффициенты жесткости и демпфирования, масса, стоимость, наличие функций самодиагностики и контроля и др. Одним из ключевых принципов конструирования мехатронных подшипников является определение базовых механических составляющих, элементов системы управления, сенсоров и актуаторов различной природы. При выборе базового подшипника необходимо принимать во внимание их достоинства и недостатки по сравнению друг с другом, соотнося предельные характеристики и ограничения по условиям работы, а также технологические аспекты изготовления и стоимостные показатели. Выбор элементов системы управления должен основываться на обеспечении необходимого быстродействия в соответствии с частотой контролируемого процесса и требуемой точности измерений. Выбор актуаторов зависит от среды, в которой работают подшипники, удобства размещения, вида контролируемой величины и т.д. По природе своей они могут быть: механические, гидравлические, тепловые, электромагнитные, электромеханические. Обобщая вышесказанное, предлагается обобщенная классификация мехатронных подшипников, представленная на рисунке 1.2. Приведенная классификация отражает только основные функционально-конструктивные разновидности мехатронных подшипников. В настоящее время в технических системах применяют сотни различных вариантов мехатронных опор, проектирование которых требует не типовых решений. Крупнейшим в мировой подшипниковой отрасли разработчиком и изготовителем мехатронных устройств является компания SNR. Компания известна как пионер в области «сенсорных» подшипников, создавшая «ноу-хау» технологию c использованием многополюсных магнитных колец и измерительных компонентов, интегрированных в механические детали.  Рисунок 1.2 − Обобщенная классификация мехатронных подшипников Объединение механической, электронной и информационной частей в единый узел позволяет существенно снизить габариты в целом. Именно SNR впервые предложила использовать колесные подшипники с интегрированным датчиком скорости вращения на основе уникальной магнитной технологии – ASB® (Active Sensor Bearing) (рисунок 1.3), которые в настоящее время являются стандартом, признанным и используемым почти всеми крупнейшими автопроизводителями в Европе и Японии. Основными преимуществами подшипников ASB® являются: 1) возможность измерения скорости вращения колеса при скоростях, близких или равных нулю; 2) уменьшение габаритов и веса ступичного узла; 3) упрощение монтажа и установки подшипника; 4) унификация компонентов.   Рисунок 1.3 – Мехатронный подшипник качения фирмы SNR [1] Технология ASB® или Active Sensor Bearing заключается в замене пассивного датчика (зубчатого венчика и индуктивного сенсора) на активный (сенсор с магнитным энкодером) (рисунок 1.4). Кольцо с последовательным чередованием полюсов, вращаясь, передаёт сигнал со скоростью вращения колеса на сенсор. Получатели этих сигналов – электронная система стабилизации (ESP) и антиблокировочная тормозная система (ABS), помогающие контролировать скорость вращения каждого из колес, давление в тормозной системе, следить за поворотами руля, боковым ускорением автомобиля, режимами работы двигателя и трансмиссии. Промышленный узел ASB способен обеспечить измерение: углового положения, скорости вращения, направления вращения, количества оборотов, температуры. Рекомендованы к применению: в конвейерах, в робототехнике, в транспортных средствах, в подъемниках, в системах управления, в системах измерения и позиционирования. Подшипник, оснащенный активным датчиком скорости ASB, также устанавливается как традиционный подшипник ступицы. ASB подшипник обеспечивает мгновенную передачу информации от каждого из четырех колес автомобиля на бортовой компьютер, а также к другим автомобильным системам, установленным на автомобиле, и предотвращает блокировку колес при резком торможении, предотвращает скатывание автомобиля на подъеме, позволяет сохранять устойчивость в случае потери сцепления шин с дорогой. В 2008 году SNR объединилась с японской компанией NTN в холдинг NTN-SNR, что позволило им стать одним из самых узнаваемых и интенсивно развивающихся предприятий на рынке мехатронных подшипниковых узлов, выпускающихся серийно. Это поспособствовало появлению технологии ASB 2-го поколения, которая заключается в более глубокой интеграции электронных и магнитных компонентов с механическими частями с целью уменьшения массы, габаритов и снижению себестоимости.
а – зубчатый венчик, б – пассивный сенсор; в – активный сенсор Рисунок 1.4 – Особенности ASB® [1] Совместное использование датчиков угла поворота рулевого колеса ASB® 2 с электромагнитным двухполюсным энкодером позволило оптимизировать работу электронных систем автомобиля и увеличить уровень безопасности и комфорта. Повышенная функциональность в измерениях нескольких показателей при движении автомобиля – основное преимущество ASB® 2 по сравнению с традиционным ASB®, способным измерять только скорость вращения. С очень схожей идеологией и подходом работает шведская компания SKF. Мехатронный подшипник качения этой фирмы представляет собой мехатронное устройство, в котором объединены универсальный (типовой) шарикоподшипник и активный датчик вращения компактной конструкции. Такое сочетание обеспечивает точное измерение скорости и направления вращения практически до нулевого значения. Главными деталями датчика являются импульсное кольцо, корпус датчика и соединительный кабель (рисунок 1.5а). Композитное магнитное импульсное кольцо крепится к внутреннему кольцу подшипника. В зависимости от размера подшипника оно разделено на определенное количество северных и южных полюсов. Количество импульсов за один оборот, как правило, находится в пределах от 32 до 80. Корпус датчика крепится к наружному кольцу подшипника и имеет два чувствительных элемента, способных определять направление вращения. Два датчика, установленных в корпусе, смещены относительно друг друга. Их миниатюрные интегральные платы вмещают не только датчики Холла, используемые в качестве активного элемента, но и электронные блоки усиления и преобразования сигнала. Аналоговый синусоидальный сигнал, поступающий от датчика Холла, усиливается и преобразуется в прямоугольные импульсы триггером Шмита (рисунок 1.5б). Направление вращения определяется по фазе сигнала [2].
Рисунок 1.5 − Мехатронный подшипник качения SKF [2] Анализ отечественного и иностранного опыта показывает, что машины с гидродинамическими опорами отличает более высокая прочность и жесткость валов, повышенная надежность и нагрузочная способность подшипников. Перечисленные качества предопределили широкое распространение этих подшипников. Однако в ряде случаев при проектировании машин возникают новые проблемы, не всегда удовлетворительно разрешаемые конструкциями гидродинамических подшипников жидкостного трения. Требования к технологическому процессу приводят к тому, что нагрузка варьируется в широком диапазоне скоростей, приходится работать на переходных режимах работы. В частности при реверсе и пуске под нагрузкой станов, при работе на ползучих скоростях смазка выдавливается из рабочей зоны подшипников и жидкостное трения в них не обеспечивается. В результате существенно снижается долговечность ПЖТ. Изменение скорости в гидродинамическом подшипнике сопровождается изменением толщины слоя смазки. Изменение толщины смазочного слоя в опорах, если рассмотреть прокатный стан, вызывает изменение межосевого расстояния валков на двойную толщину смазочного слоя, это обстоятельство является одной из причин продольной разнотолщинности листа и снижению его сортности. Перечисленные требования к опорам и особенности работы гидродинамических ПЖТ предопределили необходимость создания подшипников, несущая способность которых в меньшей степени зависит от скорости вращения вала. В технике при необходимости обеспечения постоянной (независимой от режимов работы) толщины смазочного слоя в ряде случаев используют гидростатические подшипники. В таком подшипнике воспринимает нагрузку слой смазки, подаваемый под давлением в зону трения. Гидростатические подшипники в последнее время все больше применяют в тех случаях, когда необходима высокая точность радиальной фиксации вращающегося вала, например в шлифовальных станках, или, если необходимо разделить поверхности трения при малых скоростях их относительного смещения, например в больших телескопах, или в рудоразмольных мельницах. Для обеспечения самоустановки как в осевом, так и в тангенциальном направлениях наилучшие результаты дает применение четырехкарманной схемы (рисунок 1.6).  1 – цапфа; 2 – вкладыш; 3 – корпус; 4 – гидростатический карман; 5 – дроссели; 6 – сливные карманы в корпусе; 7 – предохранительный клапан; 8 – манометр; 9 – обратный клапан; 10 – насос высокого давления; 11 – напорный трубопровод низкого давления Рисунок 1.6 – Схема гидростатодинамического подшипника На рисунке 1.7 представлена запатентованная конструкция двухстороннего осевого гидростатического подшипника, функционирующая по схожему принципу. Рабочая жидкость подается во взаимно противоположных направлениях в соответствующие камеры, где создается гидростатическое давление. Давление и расход жидкости регулируется сервоклапаном, связанным с датчиком осевого перемещения, который реагирует на перемещение вала, связанное с изменением осевой нагрузки.  1 – вал; 2,3 – втулки подшипников; 4,5,.6 – насосы; 7 – двигатель насосов 4 и 5; 8 – гидрораспределитель; 9 – обратный клапан; 10 – сервопривод Рисунок 1.7 − Схема конструкции осевого гидростатического подшипника (патент US №4915510) В работе [3] обосновывается принципиальная возможность нелинейного активного управления сегментного подшипника скольжения. Предлагается активный подшипник с шарнирными вкладышами (рисунок 1.8а), в котором линейные исполнительные приводы перемещают каждую пару вкладыш-шарнир в радиальном направлении. Управление с обратной связью (рисунок 1.8б) используется для автоматического, непрерывного регулирования положения вкладыша в процессе работы вращающейся машины. Гидродинамическая сила, развиваемая пленкой жидкости, моделируется как комбинация из нелинейного демпфера и отталкивающей пружины. Основанный на модели нелинейный регулятор синтезирован для экспоненциального приведения оси ротора в нулевое положение. Концептуальный эксперимент показал, что активная стратегия улучшает характеристики подшипника по сравнению с характеристиками подшипника пассивного типа. Экспериментами также продемонстрировано, что нелинейное управление имеет сравнимые характеристики с линейным ПИД-управлением, но требует намного меньших затрат энергии.  а)  б) Рисунок 1.8 – Активный сегментный подшипник скольжения Еще одним типом мехатронных подшипников скольжения являются опоры со встроенными датчиками нагрузок. На рисунке 1.9 изображен гидродинамический подшипник, который включает волоконно-оптический датчик для измерения статических и динамических нагрузок в период эксплуатации. Волоконно-оптический датчик расположен внутри подшипника в месте контакта вкладыша с корпусом. Дополнительно датчик также расположен: 1) на опорной поверхности подшипника скольжения; 2) перпендикулярно оси вала. Изменение места расположения датчика необходимо для процедуры калибровки; для определения отношения между радиальной нагрузкой и измеренной деформацией для конкретного подшипника.  Рисунок 1.9 − Гидродинамический подшипник с датчиком деформаций (патента US №6766697) Подшипник скольжения содержит корпус и размещенную в нем втулку из биметаллического материала (рисунок 1.10). В слое антифрикционного материала расположен изолированный провод, а корпус снабжен элементом электрического питания, соединенным с изолированным проводом и сигнальным устройством, причем изолированная часть провода выступает в слое антифрикционного материала втулки на величину равную предельному износу, что позволяет контролировать наступление предельного состоянии подшипника скольжения и, тем самым, повысить надежность всего роторно-опорного узла. Данный мехатронный подшипник классифицируется как радиальный подшипник скольжения с контролируемым износом, высокой степенью интеграции, без актуаторов. Высокая степень интеграции объясняется тем, что конструкторское решение, использованное в патенте, фактически не меняет базовую конструкцию биметаллического подшипника скольжения.  1 – корпус, 2 − втулка подшипника скольжения из биметаллического материала, 3 − заизолированный провод, 4 − источник питания, 5 − сигнальное устройство, 6 − вал Рисунок 1.10 − Мехатронный подшипник скольжения (патент РФ №2398112) Экономическая эффективность внедрения мехатронных опор в конструкцию роторных машин вместо базовых конструкций подшипников качения и скольжения базируется на тех положительных эффектах, которые возникают в мехатронных объектах при совмещении механической (подшипник), электрической (система питания. интерфейсы) и информационной (датчики, система обработки и контроля информации) систем. Рассмотрим, например, конструкцию роторно-опорного узла с функцией измерения частоты вращения (используются в двигателях постоянного тока). Как видно из рисунка 1.11а, отдельный оптический датчик частоты вращения занимает относительно большие габариты, увеличивая как осевую протяженность вала, так и радиальные размеры корпусной детали в месте установки датчика. В то время как замена стандартного подшипника качения на мехатронный подшипник качения с датчиком частоты вращения, основанным на эффекте Холла (технология ASB) (рисунок 1.11б), существенно уменьшает габариты роторно-опорного узла, как следствие, массо-габаритные характеристики корпуса электродвигателя и в конечном итоги затраты на производство гораздо ниже. Оценивая эффективность внедрения активных магнитных подшипников (АМП), в первую очередь, необходимо рассмотреть влияние преимуществ АМП на затраты по эксплуатации, так как стоимость производства магнитных подшипников достаточно высока из-за сложной системы контроля и управления. 
Рисунок 1.11 – Электродвигатели с мехатронным и стандартным подшипником Можно говорить о том, что стоимость мехатронной продукции на данный момент завышена. Это связано с тем, что положительные эффекты от синергетической интеграции механической, электрической и информационной составляющих позволяют получить заметное улучшение конструкции, повышение надежности опорного узла и, как следствие, уменьшение затрат на эксплуатацию и обслуживание роторной машин. В процессе выполнения проекта для выбранных объектов исследования были разработаны математические модели и эффективные алгоритмы управления, которые основывались на фундаментальных положений теории электромагнитного поля, гидродинамической смазки, теории управления. Для описания математической модели и алгоритма управления мехатронного упорного гидростатического подшипника рассмотрим систему управления движением ротора, которая включает ротор, опору подшипника, сенсорные элементы, блок сбора данных, блок управления, сервопривод, систему управления (рисунок 1.12). Опора создает силы, воздействующие на ротор, которые способствуют удержанию ротора в положении, при котором достигается наиболее эффективный режим работы подшипника, подавление внешних воздействий и нежелательных реакций на них ротора. В подшипниках скольжения воздействие на ротор осуществляется с помощью смазочного слоя, который не дает соприкасаться ротору с опорой. Состояние подшипника постоянно отслеживается специальными сенсорами, информация с которых собирается блоком сбора данных и в преобразованном виде передается на схему управления подшипником. Упорный ГСП в простейшем случае можно рассматривать как одномассовую систему, где вал M воздействует на опору силой FM (рисунок 1.13). Зазор h=h0-Δh (обычно в диапазоне 10..30 мкм) создает гидравлическое сопротивление Rh. Сила реакции опоры FR на рисунке 1.13 может быть определена через площадь активной зоны подшипника Aeff, рабочий зазор h0, изменение зазора Δh и геометрические параметры с учетом некоторых допущений как:  , где  . (1.1)Отсюда видно, FR зависит от изменения расхода Q. Динамическое изменение расхода / давления P обеспечивается высокоскоростным линейным сервоклапаном, согласно управляющему воздействию U системы управления (рисунок 1.13) [4]. Система управления, в зависимости от сложности, реализует функцию П-, ПИ-, ПД- или ПИД- регулятора [5]. Назначение регулятора − в поддержании заданного значения h0 величины зазора h с помощью изменения выходной величины U. Также в системе управления реализуется функция прогнозирования, позволяющая эффективно подавлять периодические колебания ротора вдоль вертикальной оси.  Рисунок 1.12 – Принципиальная схема управления ротором адаптивного осевого гиростатического подшипника (ГСП)  Рисунок 1.13 – Схема одномассовой системы активного УГСП В качестве мехатронной опоры рассматривается адаптивный упорный гидростатический подшипник (УГСП) – интеллектуальная роторная опора, работоспособность которой обеспечивается за счет давления подачи смазочного материала в питающие камеры подшипника на торцевой поверхности (рисунок 1.14). Причем давление подачи P смазочного материала регулируется в зависимости от величины зазора между ротором и опорой. При жидкостном трении поверхности фрикционной пары гарантированно разделены слоем смазочного материала h. Минимально допустимый зазор hmax определяется таким образом, чтобы он был больше суммы максимальных величин шероховатостей поверхностей кинематической пары RZ1, RZ2, kZ – коэффициент запаса:  . (1.2)При этом условно принимается максимальная величина зазора hmax, которому будет соответствовать минимальное управляющее воздействие Umin. Очевидно, что минимально допустимой величине зазора соответствует максимальная величина давления смазочного материала. В нормальном режиме работы текущие зазор и управляющее воздействие находятся в пределах:  ;  . (1.3) Рисунок 1.14 – УГСП с кольцевой камерой, расчетная схема подшипника При рассмотрении геометрии УГСП основными исходными параметрами являются: R2 – радиус внешней окружности; R1 – радиус внутренней окружности; k – число колодок УПЖТ или θ – угол одной колодки УПЖТ. Осевой зазор УГСП при отсутствии перекосов пяты и подпятника постоянный, т.е. не зависит от радиуса и угловой координаты, а при перекосе может быть определен  .. (1.4)где h0 – номинальный осевой зазор,  – угол перекоса.Определив величину осевого зазора  , можно непосредственно приступить к рассмотрению вопросов, связанных с течением смазочного материала в осевом зазоре. | ||||||||||
Похожие:
 | Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы | | Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы |
| Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы | | Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы |
| Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы |  | Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы |
| Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы | | Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы |
| Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы | | Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы |
| Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... Санкт-петербургский государственный электротехнический университет «лэти» им. В. И. Ульянова (ленина) | | Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Отчет о научно-исследовательской работе в рамках федеральной целевой... «Разработка новых методов индивидуальной коррекции сводно-радикального статуса при бактериальных инфекциях» |
