ЭЛЕКТРОИСКРОВОЙ ОТМЕТЧИК ДИСБАЛАНСА И ФОРМИРОВАТЕЛЬ ВРЕМЕНИ РАЗРЯДА Российский патент 1997 года по МПК G01M1/08 

Изобретение относится к области балансировочной техники и может быть применено в конструкциях балансировочных станков для электроискровой отметки дисбаланса на изделии, вращающемся с частотой не менее 220 250 Гц, например веретене или расчесывающем барабанчике, применяемых в прядильно-ткацком производстве.

Известны измерители места дисбаланса с помощью стробоскопа и визуальной отметки места дисбаланса электронного осциллографа с синхронизацией хода развертки, имеющие низкую производительность балансировки. Простейшим приспособлением является механическая чертилка, оставляющая на закопченной поверхности ротора метки резонансных колебаний рамы балансировочной машины во время выбега ротора, имеющая низкую точность при больших оборотах [1]
Существует фазоискатель с искровым отметчиком дисбаланса, имеющий станину, маятниковую раму, держатель, позволяющий приводить иглу в соприкосновение с поверхностью ротора. Игла отметчика включается при помощи рамных контактов и контактов реле в цепь батареи электролитических конденсаторов. Между иглой и поверхностью вращающегося ротора проскакивает искра, которая оставляет на роторе фазовую отметку в виде пятнышка.

Однако такой отметчик дисбаланса имеет низкие точность и надежность из-за низкой чувствительности фазоискателя в области высоких частот вращения ротора 200 300 Гц, электромеханические устройства в искровом отметчике, большое количество контактных элементов, включаемых при возрастании амплитуды колебаний рамы.

Наиболее близким к заявленному отметчику является электроискровой отметчик дисбаланса [2] содержащий станину, раму, колеблющуюся относительно станины, содержащей электрод, образующий скользящий контакт с ротором балансируемой детали, энергонакопительный конденсатор с источником питания, подключенный к электроду, датчик колебаний рамы, выполненный в виде блокинг-генератора с трансформаторными обмотками, установленного на станине, щупа, установленного на раме с возможностью перемещения между обмотками, и формирователя сигналов, подключенного к выходу блокинг-генератора, тиристорный ключ с входом, подключенным к формирователю, и с выходом к конденсатору.

Недостатками электроискрового отметчика являются трудности в определении точного места дисбаланса при одноразовом пуске ротора вследствие значительного фазового сдвига колебаний рамы, низкая чувствительность сложного электромеханического датчика при высоких частотах вращения балансируемой детали, отсутствие управляющего импульса от формирователя на отключение после разряда тиристорного ключа в разрядной цепи. Указанные недостатки снижают точность и функциональную надежность отметчика.

Известны формирователи, которые можно применять для формирования прямоугольных импульсов, используемых в электроискровом отметчике дисбаланса для формирования времени разряда. Формирователь искаженного сигнала постоянного тока содержит две пороговые схемы, срабатывающие от высокого и низкого уровней сигнала, схемы совпадения и задержки [3]
Недостаток формирователя заключается в том, что если на вход поступит гармонический сигнал, соответствующий сигналу дисбаланса, то на выходе будет формироваться импульс, передний фронт которого изменяется от времени задержки, а задний остается постоянным, образуя несимметричные прямоугольные сигналы относительно максимальной амплитуды входного сигнала, что снижает точность формирования времени момента разряда при включении ключа электроискрового отметчика.

Наиболее близким к заявляемому формирователю является двухфункциональный компаратор, преобразующий гармонические колебания в прямоугольные [4]
Недостатком его является то, что при изменении величины амплитуды входного сигнала меняются параметры выходного импульса или его вовсе может не быть при уменьшении амплитуды, что снижает эксплуатационность надежность электроискрового отметчика.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить точность и надежность электроискрового отметчика дисбаланса, в том числе для высокоскоростных балансируемых деталей.

Для этого в предлагаемом отметчике дисбаланса к балансировочному станку, имеющему станину, электропривод, двигатель привода, мультипликатор, раму с фиксированной плоскостью колебаний относительно оси вращения ротора, содержащем электронный разрядник, установленный на раме, энергонакопительный конденсатор с силовым источником питания, подключенным к электродному разряднику, датчик колебаний рамы, формирователь сигнала, электронный ключ, датчик колебаний рамы выполнен в виде полупроводникового вибропреобразователя и подключен к частотно-избирательному усилителю, Формирователь сигнала содержит формирователь времени разряда, вход которого соединен с частотно-избирательным усилителем, а выход через согласующий каскад ключа на транзисторе VT1 с вспомогательным источником питания, усилительный каскад на транзисторе VT2 подключен к силовому транзистору VT3 ключа, включенного в отрицательную цепь разрядника, установленного с воздушным промежутком относительно балансируемой детали, а положительная цепь энергоемкого конденсатора через регулируемое сопротивление соединена с коллектором детали.

Для повышения точности электроискровой отметчик дисбаланса выполнен с формирователем времени разряда, содержащим в цепи сравнивающее устройство, цепь задержки, в который дополнительно включены однополупериодный выпрямитель, среднеквадратический измеритель и дифференцирующая цепочка, вход которой присоединен к выходу сравнивающего устройства, два входа которого соответственно присоединены к однополупериодному выпрямителю и через задерживающую цепочку к среднеквадратическому измерителю, вход которого соединен с входом однополупериодного выпрямителя, а выход формирователя - выход дифференцирующей цепочки.

В предлагаемом электроискровом отметчике дисбаланса указанная цель достигается за счет увеличения чувствительности датчика к высоким частотам колебаний высокоскоростных балансируемых деталей путем включения в электрическую измерительную цепь полупроводникового вибропреобразователя, повышения точности и функциональной надежности за счет введения в цепь формирователя времени разряда, управляющего открытием и закрытием транзисторного ключа в разрядной цепи, а также за счет наличия воздушного промежутка между балансируемой деталью и электродным разрядником.

Точность и эксплуатационная надежность отметчика дисбаланса, выполненного с формирователем времени разряда, повышаются путем формирования прямоугольного короткого импульса, поступающего на вход транзисторного ключа, в момент, когда текущие значения положительной амплитуды, характеризующие дисбаланс в горизонтальной плоскости, превышают среднеквадратическое значение сигнала, определенного за период, полного поворота ротора, при этом максимум положительной амплитуды гармонического сигнала колебаний дисбаланса детали в горизонтальной плоскости соответствует моменту разряда за счет введения в цепь однополупериодного выпрямителя, среднеквадратического измерителя, сравнивающего устройства и дифференцирующей цепочки.

На фиг. 1 представлена блок-схема электроискрового отметчика дисбаланса. На фиг. 2 представлен эскиз установки устройства для балансировки (вид сверху). На фиг. 3 представлена электрическая схема транзисторного ключа. На фиг. 4 представлен формирователь времени разряда.

На фиг. 1, 2, 3 изображены электропривод 1, ось вращения 2, турбинка балансируемой детали 3, рама с фиксированной плоскостью колебаний - горизонтальной 4 (станина станка и мультипликатор не изображены).

Предлагаемый электроискровой отметчик дисбаланса содержит электродный разрядник 5, установленный на раме 4 таким образом, что между электродом 5 и турбинкой 3 образуется воздушный зазор. Электронакопительный конденсатор C1 с силовым источником питания и выпрямителем VD1 подключены к электродному разряднику 5, датчик колебаний рамы, выполненный в виде полупроводникового вибропреобразователя 6, подключен к частотно-избирательному усилителю 7 и формирователю времени разряда 8, при этом вибропреобразователь установлен на пластине 9, конец которой прижат к раме 19 таким образом, чтобы датчик воспринимал колебания рамы в горизонтальной плоскости, возбуждаемые турбинкой балансируемой детали 3. 12 устройство крепления турбинки. Как показано на фиг. 1, 3, выход формирователя времени разряда 8 подключен в высокоомному делителю R3, R4 согласующего каскад ключа эмиттерного повторителя на транзисторе VT1 с вспомогательным источником питания и выпрямителем VD2, усилительный каскад которого на транзисторе VT2 подключен к силовому транзистору ключу 10. Силовой транзистор VT3 включен в отрицательную цепь электродного разрядника 5, а положительная цепь энергоемкого конденсатора C1 через регулируемое сопротивление R11 подключена к коллектору 11 балансируемой детали.

На транзисторе VT1 настроен первый каскад электронного ключа 10. Он представляет собой схему эмиттерного повторителя, который обеспечивает высокое входное сопротивление ключа. Входной управляющий сигнал, поступающий на ключ, приходит на делитель из резисторов R3 и R4, подключенный к базе транзистора VT1, коллектор которого через сопротивление R2 подключен к вспомогательному источнику питания, содержащему выпрямитель VD2 и фильтрующий конденсатор C2, эмиттер транзистора VT1 связан с базой транзистора VT2 усилительного каскада ключа, коллектор транзистора VT2 через резисторы R6 и R7 подключен к положительной цепи силового источника питания, содержащего выпрямитель и энергоемкий конденсатор C1, эмиттер VT2 связан с базой силового транзистора, коллектор которого подключен к разряднику 5 и через световой индикатор HL1, диод VD3 и резисторы R9 и R10 к положительной цепи силового источника питания. Стабилитрон VD4, подключенный параллельно цепи, содержащей диод VD3, индикатор HL1 и транзистор VT3, ограничивает напряжение, поступающее на индикатор HL1. К общей цепи подсоединены эмиттеры транзисторов VT3 и VT2, VT1 соответственно через резисторы R8 и R5. Переменный резистор R11 включен между положительной цепью силового источника питания и коллектором балансируемой детали.

Работает электроискровой отметчик дисбаланса следующим образом.

Перед началом работы балансировочного станка на нем устанавливают балансируемую деталь 3 при помощи устройства крепления 12 и отводят электрод 5 разрядника от поверхности детали на 4 8 мм. Включается силовой источник питания и через выпрямитель VD1 заряжается электронакопительный конденсатор C1. Транзисторный ключ находится в закрытом состоянии. Включается электропривод станка и через мультипликатор и пассик 1 приводится во вращение балансируемая деталь 3. Ось вращения детали фиксируется при помощи устройства крепления 12 и рамы 19 в горизонтальной плоскости. При достижении деталью необходимой скорости вращения возникшие ее колебания из-за наличия достаточной величины дисбаланса передаются раме 19. Эти колебания передаются на устройство, воспринимающее дисбаланс, которое представляет собой две упругие пластины 9. Концы пластины прижаты к раме таким образом, что воспринимают колебания балансируемой детали в горизонтальной плоскости. Для преобразования механических колебаний в электрический сигнал на пластины жестко устанавливают, например, полупроводниковый вибропреобразователь 6, электрический сигнал от которого усиливается на частотно-избирательном усилителе 7.

С выхода усилителя 7 снимают сигнал, близкий к гармоническому, величина амплитуды которого указывает на наличие дисбаланса, а фаза сигнала определяется фазой колебаний балансируемой детали в горизонтальной плоскости. Гармонический сигнал поступает на вход формирователя времени разряда, с выхода которого снимается напряжение сигнала управления Uc₄, представляющее собой периодически короткие положительные импульсы прямоугольной формы, синхронизированные по положительной амплитуде гармонического сигнала, которое поступает на делитель из резисторов R3 и R4 и далее эмиттерный повторитель на транзисторе VI1, усилительный каскад на транзисторе VT2 и силовой транзистор VT3 электронного ключа 10, который периодически открывается на время наличия положительного управляющего импульса, и тем самым коммутируется положительная цепь электроискрового отметчика, при этом начинает мерцать лампа HL1, которая запитывается через транзистор VT3 и показывает готовность электроискрового отметчика к работе.

Вращением ручки 18 микровинта плавно подводят электрод разрядника к вращающейся поверхности балансируемой детали, но не до ее соприкосновения. При достаточно малом расстоянии между электродом и деталью между ними происходят электроискровые разряды, представляющие собой периодические разряды тока, действующие на время, когда электронный ключ 10 открыт или открыт силовой транзистор VT3. Переменным резистором R11 осуществляется предварительная регулировка величины разрядного тока, которая должна быть достаточной, чтобы электроотметка на детали была видимой. Параметрический стабилизатор на стабилитроне VD4 и резисторах R9 и R10 ограничивает напряжение, поступающее на лампу HL1. Резистор R1 снимает напряжение с конденсатора C1 после включения устройства. После появления электроискровых разрядов, которые должны быть ясно видны, электрод разрядника отводят в исходное положение и включают электропривод. Вращение детали прекращается, а на ее поверхности остается пятно от точных разрядов тока, которое указывает на место дисбаланса. Как показано на фиг. 4, формирователь времени разряда 8 состоит из одного полупроводникового выпрямителя 13, среднеквадратического измерителя 14, последовательно соединенного с цепью задержки 15, сравнивающего устройства 16 и дифференцирующей цепочки 17, при этом вход однополупериодного выпрямителя 13 связан с входом среднеквадратического измерителя 14, а его выход и выход цепи задержки 15 связаны с входами сравнивающего устройства 16, выход которого подключен к дифференцирующей цепочки 17.

Формирователь преобразует гармонический сигнал в короткие прямоугольные импульсы, синхронизированные с этим сигналом. На вход однополупериодического выпрямителя 13 и одновременно среднеквадратического измерителя 14 поступает почти гармонический сигнал. Текущие значения амплитуды гармонического сигнала указывают на наличие величины дисбаланса, а фаза этого сигнала жестко определяется фазой колебаний балансируемой детали в горизонтальной плоскости. Полный период гармонического сигнала соответствует повороту балансируемой детали на 360^o. За это время измеряется среднеквадратическое значение сигнала, затем устройство сравнения 15 формирует прямоугольный симметрично относительно максимального значения входного сигнала импульс в моменты, когда положительная амплитуда, поступающая с выпрямителя, превышает уровень среднеквадратических значений напряжения и по переднему фронту импульса в дифференцирующей цепочке 17 формируют короткий прямоугольный импульс, который открывает транзисторный ключ 10 в цепи разряда на время его наличия, в итоге момент разрядного тока приходится на момент максимума положительной амплитуды гармонического сигнала, измеренного вибропреобразователем дисбаланса балансируемой детали в горизонтальной плоскости.

Для регулировки и обеспечения устойчивой работы электроискрового отметчика дисбаланса в цепи среднеквадратического измерителя подключена цепь задержки 15.

Использование: балансировочная техника, в частности балансировочные станки для электроискровой отметки дисбаланса на изделии. Сущность изобретения: электроискровой отметчик дисбаланса к балансировочному станку, имеющему раму, предназначенную для установки балансируемой детали, содержит электродный разрядник, энергонакопительный конденсатор с силовым источником питания, подключенный к электродному разряднику, датчик колебаний рамы, формирователь сигнала и электронный ключ. Электродный разрядник установлен с воздушным промежутком относительно балансируемой детали. Датчик колебаний рамы выполнен в виде полупроводникового вибропреобразователя и подключен к частотно-избирательному усилителю. Формирователь сигнала включает в себя формирователь времени разряда, вход которого соединен с частотно-избирательным усилителем, а выход - с электронным ключом. Последний выполнен в виде согласующего транзисторного каскада со вспомогательным источником питания, усилительного транзисторного каскада, вход которого подключен к выходу согласующего каскада и подключенного к выходу усилительного каскада силового транзисторного каскада, коммутирующего отрицательный электрод разрядника. Положительный электрод энергоемкого конденсатора через регулируемое сопротивление соединен с коллектором балансируемой детали. Формирователь времени разряда содержит вход, предназначенный для подключения к источнику задающего сигнала, сравнивающее устройство и цепь задержки, подключенную к одному входу последнего. Однополупериодный выпрямитель подключен входом к входу формирователя, а выходом к второму входу сравнивающего устройства. Среднеквадратический измеритель подключен входом к входу формирователя, а выходом к входу цепи задержки. Вход дифференцирующей цепочки подключен к выходу сравнивающего устройства, а выход является выход формирователя. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электроискровой отметчик дисбаланса к балансировочному станку, имеющему раму, предназначенную для установки балансируемой детали, содержащий электродный разрядник, энергонакопительный конденсатор с силовым источником питания, подключенный к электродному разряднику, датчик колебаний рамы, формирователь сигнала и электронный ключ, отличающийся тем, что он снабжен частотно-избирательным усилителем, электродный разрядник установлен с воздушным промежутком относительно балансируемой детали, датчик колебаний рамы выполнен в виде полупроводникового вибропреобразователя и подключен к частотно-избирательному усилителю, формирователь сигнала включает в себя формирователь времени разряда, вход которого соединен с частотно-избирательным усилителем, а выход с электронным ключом, выполненным в виде согласующего транзисторного каскада со вспомогательным источником питания, усилительного транзисторного каскада, вход которого подключен к выходу согласующего каскада и подключенного к выходу усилительного каскада силового транзисторного каскада, коммутирующего отрицательный электрод разрядника, а положительный электрод энергоемкого конденсатора через регулируемое сопротивление соединен с коллектором балансируемой детали. 2. Формирователь времени разряда применительно для электроискрового отметчика дисбаланса, содержащий вход, предназначенный для подключения к источнику задающего сигнала, сравнивающее устройство и цепь задержки, подключенную к одному входу последнего, отличающийся тем, что он снабжен однополупериодным выпрямителем, подключенным входом к входу формирователя, а выходом к второму входу сравнивающего устройства, среднеквадратическим измерителем, подключенным входом к входу формирователя, а выходом к входу цепи задержки, и дифференцирующей цепочкой, вход которой подключен к выходу сравнивающего устройства, а выход к выходу формирователя.