Теория и методы проектирования механо-электрических преобразователей для испытаний и диагностирования транспортной техники

• Автор: Люфт Мирослав
• Шифр специальности: 05.22.07, 05.02.11
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 328 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
Развитие и совершенствование транспортной техники и методов ее эксплуатации требуют новых подходов к контролю эксплуатационных режимов и особенно колебательных процессов, характерных для взаимодействия подвижного состава со стационарными компонентами транспортной инфраструктуры. К последним относятся путевая структура, искусственные сооружения мосты, тоннели, а также здания и сооружения, расположенные в непосредственной близости от пути, контактная сеть с опорами и проводами.

Замер колебаний указанных элементов транспортной техники необходим

при испытаниях с целью контроля соответствия расчетных и фактических режимов

при эксплуатации для обнаружения возможных дефектов, т. е. в целях диагностирования исправного состояния
в процессе регулирования эксплуатационных режимов, например, при управлении движением поезда в кривом участке пути с принудительным наклоном кузова к центру кривой с целью компенсации поперечного ускорения, действующего на пассажира.
Основной проблемой диссертационного исследования является разработка теории и методов расчета устройств для контроля и диагностирования элементов транспортной техники непосредственно в процессе их испытаний или эксплуатации. В рамках этой проблемы рассмотрены датчики для замера параметров колебаний, преобразователи выходных сигналов этих датчиков, а также датчики физических величин давление, ускорение, перемещение, измерение которых необходимо для диагностического контроля технического состояния элементов транспортной техники. Основное внимание в работе уделено датчикам низкочастотных колебаний, поскольку именно в диапазоне частот ниже
2Гц, процесс измерения вибрации наименее освоен при помощи стандартных измерительных систем. В этом диапазоне наиболее сильно проявляются нелинейные эффекты и различные случайные факторы, которые обычно приводят к появлению значительных ошибок измерений.

Актуальность

Принцип работы индукционного ИП позволяет применять его для измерения любых высокочастотных вибраций с широким диапазоном амплитуд. Индукционные ИП отличаются простотой конструкции и надежностью в эксплуатации. Основной их недостаток связан с принципом работы, практически ограничивающим нижний диапазон измеряемых частот вибрации пределом 8 Гц. Индукционный ИП состоит из корпуса, инерционной массы сейсмомассы и индукционного элемента, включенного между сейсмомассой и корпусом прибора. Индукционный элемент содержит постоянный магнит и электрическую катушку, установленные таким образом, что придвижении сейсмомассы относительно корпуса прибора изменяется магнитный поток через катушку, в результате чего появляется выходной сигнал преобразователя. Используют различные способы изменения магнитного потока через катушку. Наибольшее распространение получили электродинамические способы, основанные на перемещении катушки в магнитном поле, образованным постоянным магнитом специальной формы. Основные схемы подвески сейсмомассы в индукционных преобразователях показаны на рисунке 1. Рис. Схемы подвески сейсмомассы в индукционных ИП. Маятниковая подвеска характеризуется тем, что сейсмомасса совершает колебания вращения вокруг оси подвески, причем кратчайшая линия, соединяющая центр тяжести массы с осью подвески, перпендикулярна направлению колебательного движения. Маятниковая подвеска дает возможность добиться сравнительно низких собственных частот при относительно малых габаритах и массе индукционного преобразователя. Е недостатком является необходимость сравнительно частой регулировки положения маятника и собственной частоты преобразователя, так как при колебаниях температуры длина пружины изменяется. Недостатком также является повышенная чувствительность индукционных преобразователей с маятниковой подвеской к поворотам корпуса прибора. Осевая подвеска сейсмомассы характеризуется тем, что центры тяжести и жесткости лежат на одной линии, имеющей направление измеряемого колебательного движения, или совпадают. Преобразователи с осевой подвеской менее чувствительны к поворотам корпуса и в большинстве случаев не требуют регулировки. Однако они имеют достаточно высокую собственную частоту больше 6 Гц. Важное значение имеет линейная зависимость индуктированной ЭДС от амплитуды перемещения катушки. Чувствительность индукционных ИП к неконтролируемым вибрациям другого направления горизонтального не превышает 5. Действие индуктивных ИП основано на изменении индуктивности системы измерения в функции перемещения одного е элемента. Наиболее широко применяют индуктивные ИП с переменной величиной или площадью зазора, а также с подвижным цилиндрическим сердечником рис. Рис. Индуктивные преобразователи с переменной величиной зазора позволяют измерять перемещение от долей микрона до нескольких миллиметров. ИП с переменной площадью зазора имеют лучшую линейность характеристики и позволяют измерять перемещения до мм. Самые большие перемещения до мм измеряют с помощью ИП соленоидного типа с подвижным сердечником. Линейный участок характеристики индуктивных ИП простейшей конструкции составляет 0,1 от номинальной величины зазора, а для дифференциального исполнения 0,,6 от среднего значения зазора. В связи с этим в большинстве случаев применяют дифференциальные индуктивные ИП. В последнее время для измерения малых зазоров 1 мкм получили распространение индуктивные трансформаторные ИП карандашного типа, представляющие собой сравнительно длинный мм цилиндрический сердечник с двумя встречно включенными измерительными обмотками и расположенной между ними на сердечнике задающей обмоткой. Индуктивные ИП отличаются простотой устройства и надежностью. Их чувствительность достаточно велика и во многих случаях перед регистрацией не требует дополнительно усиливать выходной сигнал. Выходная мощность сигнала индуктивных ИП может достигать 5 В А. Для увеличения чувствительности ИП следует максимально использовать длину и площадь зазора, уменьшая начальный зазор. Индуктивные преобразователи используют в основном для измерения низкочастотных вибраций.