Технические науки/4. Транспорт

Гончаров А.В., д.т.н., проф. Костоглотов А.А., к.т.н., проф. Решенкин А.С.

Донской государственный технический университет, Россия

Силоизмерительная система

Решение задач по повышению эффективности функционирования элементов оборудования и совершенствованию их конструкций требует обладания информацией об внутренних усилиях и нагрузках, возникающих в них при работе. При постановке такого рода задач выделяются по существу следующие шаги: выбор подходящего способа измерения силы и выбор подходящей силоизмерительной системы. Особенностью исследовательских работ при совершенствовании опытных конструкций является, зачастую, невозможность применения стандартных силоизмерителей. Это часто обусловлено в первую очередь специфическими конструктивными особенностями оборудования и характером требуемой информации.

Наиболее эффективным способом бесконтактного определения величины крутящего момента приводного вала работающего механизма является метод, в основе которого, лежит хорошо известный эффект Холла [1].

Для реализации метода разработана экспериментальная установка, общий вид которой показан на рисунке 1, включающая в себя: механизм вращения 1 с тормозным устройством и измерительный комплекс 2. На рисунке 2 представлено взаимное положение испытуемого образца 3 и устанавливаемых на определенном расстоянии по его длине датчиков Холла 4. Датчики чувствительны только к направлению магнитного поля и нечувствительны к его напряженности, благодаря этому возможен большой воздушный зазор (до 30 мм). На самом валу (3) в зоне установки датчиков закрепляются постоянные магниты.

Рисунок 1 - Общий вид экспериментальной установки

Рисунок 2 - Положение образца и датчиков

При протекании тока через датчики Холла и при воздействии на них магнитного поля (от постоянных магнитов на вращающемся валу), перпендикулярного плоскости датчиков, возникает напряжение Холла, перпендикулярное протекающему току и пропорциональное магнитному потоку, регистрируемое в виде импульсов.

При вращении вала без нагрузки, от датчиков Холла поступают два согласованных сигнала на регистрирующие приборы. При приложении к валу нагрузки, тормозящего момента, осуществляется скручивание вала в упругой области, при этом происходит рассогласование сигналов, поступающих с датчиков Холла (рисунки 3-6). По величине расхождения сигналов и таррировочному графику, представленному на рисунке 7, определяется угол закручивания вала.

Рисунок 3 - ∆ ℓ=0 Ms при ф=0' Рисунок 4 - ∆ ℓ=2,2*5 Ms при ф=10'

Рисунок 5 - ∆ ℓ=3,5*5 Ms при ф=20' Рисунок 6 - ∆ ℓ=5,8*5 Ms при ф=30'

Рисунок 7- Зависимость разницы между сигналами датчиков Холла (l) от угла закручивания (ф).

Для нахождения искомой зависимости момента вращения вала от его угла закручивания, при разных нагрузках можно воспользоваться следующими соотношениями:

(1)

где - момент вращения вала;

- касательное напряжение в поперечном сечении вала;

- полярный момент сопротивления поперечного сечения вала;

Т.к.

(2)

и , (3)

то искомое выражение для крутящего момента будет следующим:

, (4)

где - модуль сдвига;

- угол закручивания;

- диаметр вала;

- длина вала.

Представленный в докладе, метод бесконтактного определения величины крутящего момента приводного вала работающего механизма, позволяет повысить эффективность работы элементов оборудования за счет получения достоверной информации о нагрузках, возникающих в них при работе. Благодаря разработанному методу устанавливаются корреляционные зависимости между измеряемыми сигналами и действующими на образцы нагрузками при работе, что позволяет разрабатывать систему текущего контроля передаваемого валом усилия, тем самым, способствуя предупреждению поломок и неисправностей оборудования.

Литература:

1. Илюкович А.М. Эффект Холла и его применение в измерительной технике / «Измерительная техника», 1960, № 7.