Способ ускоренных ресурсных испытаний электродвигателей Советский патент 1993 года по МПК H02K17/32 G01M15/00 G01M13/04 

Изобретение относится к способам проведения ускоренных ресурсных испытаний электродвигателей и может быть использовано для сокращения времени испытаний, приближения условия испытаний к эксплуатационным и индивидуального прогнозирования ресурса работы электродвигателей с длительным ресурсом работы.

Цель изобретения - сокращение времени испытаний, приближение условий испытаний к эксплуатационным и обеспечение возможности индивидуального прогнозирования и сохранения работоспособности исследуемых объектов.

На фиг,1 представлена функциональная схема для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 приведены графики изменения скорости принудительного углового движения (а) электродвигателя, создаваемой нагрузки (б), общего уровня вибрации в ультразвуковом (в) и звуковом (г) диапазонах частот в пределах нескольких циклов испытаний. На фиг.З изображены экспериментальные графики изменения коэффициента ускорения для двух типов электродвигателей ЭД - I (а) и ЭД - II (б) в зависимости от номера цикла.

Установка (фиг. 1) содержит испытуемый электродвигатель 1, который с помощью

00

ч

N5 О О

кронштейна 2 соединен с приводом 3 принудительного знакопеременного углового движения таким образом, чтобы ось собственного вращения ротора электродвигателя 1 была ориентирована перпендикулярно оси привода 3. На испытуемом электродвигателе 1 в зоне установки опор 4.1 и 4.2 закреплены вибропреобразователь 5 звукового диапазона частот и вибропреобразователь 6 ультразвукового диапазона частот, оси чувствительности которых ориентированы в радиальном направлении к опорам 4.1 и 4,2. Выход преобразователя 5 соединен со входом измерителя 7 вибрации звукового диапазона частот, а выход вибропреобразователя 6 ультразвукового диапазона частот соединен через фильтр 8 верхних частот со входом высокочастотого вольтметра 9. В качестве привода 3 может быть использован электродинамический возбудитель угловых колебаний типа МКП 8 (4). В качестве вибропреобразователя 5, б стандартные пьезоакселерометры КД91, измерителя 7 - S M211, фильтра 8 - фильтр типа 01014, вольметра 9 - селективный вольтметр В 6-9 (5).

Способ ускоренных испытаний осуществляется следующим образом.

Испытуемый электродвигатель 1 устанавливается в условия, соответствующие эксплуатационным и задается собственное вращение его ротора. При достижении номинального режима собственного вращения ротора измеряются начальный уровень вибрации аэо в звуковом диапазоне частот с помощью вибропреобразователя 5 и измерителя 7 вибрации, а также начальный уровень вибрации U0 в ультразвуковом диапазоне частот с помощью вибропреобразователя 6, фильтра 8 и вольтметра 9. Электродвигатель 1 соединяют с помощью кронштейна 2 с приводом 3 и задают знакопеременное угловое движение вокруг оси, перпендикулярной оси собственного вращения ротора электродвигателя 1, плавно изменяя угловую скорость привода 3 до момента достижения уровня вибрации электродвигателя в ультразвуковом диапазоне частот заданного значения, контролируемого по вольтметру 9, соответствующего предельной нагрузке на опоры 4.1 и 4.2 электродвигателя 1. Нагрузка Р на опоры связана со скоростью принудительного углового движения корпуса электродвигателя соотношением (6):

P Kmg ±,(1)

где kmg - статическая нагрузка на опоры, обусловленная весом ротора (К 1): 3- момент инерции ротора;

и

и

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Q- собственная частота вращения;

о) - угловая скорость принудительного вращения корпуса электродвигателя;

С-- расстояние между опорами.

После достижения предельного значения нагрузки Рпред на опоры 4.1 и 4.2 фиксируют начальную угловую скорость ufe (фиг.2,а) принудительного знакопеременно- то движения, включают привод 3, после чего измеряют уровень вибрации в звуковом диапазоне частот при воздействии знакопере- менного принудительного углового движения а0ф. Коэффициент ускорения определяют из соотношения + Э|фчз v-CftiP ю

где g 9,8 м/с2 - ускорение свободного падения;.

i - номер цикла испытаний. Затем начинают циклические ускоренные испытания. При заданной начальной скорости углового принудительного движения на опоры 4.1 и 4.2 электродвигателя 1 действуют гироскопические силы (фиг.2б), определяемые выражением (1), которым соответствует заданный уровень вибрации Do в ультразвуковом диапазоне частот (фиг.2,в), контролируемый с помощью вибропреобразователя 6, фильтра 8, вольтметра 9. Изменяя направление принудительного углового движения с помощью привода 3, создают циклы форсированного режима длительностью Ту при изменении нагрузки

от Р (Kmg до Р (Kmg. ±3-).

Через некоторое число циклов, составляющих промежуток времени Ту (фиг.2), вследствие повышения вибрации в звуковом диапазоне частот (фиг.2,г), являющейся одной из основных причин разрушения опор 4.1 и 4.2 электродвигателя, изменяется нагрузка (фиг,2,б) на опоры 4.1 и 4.2, что контролируется по превышению уровня вибрации в ультразвуковом диапазоне частот заданного значения Do (фиг,2,в), что свидетельствует о необходимости изменения скорости принудительного углового движения. При этом необходимо измерить в единицах виброускорения уровень вибрации в звуковом диапазоне частот при действии принудительного углового движения 31ф и в эсплуатационном режиме работы электродвигателя 1 ais при отключенном приводе. 3, изменив его скорость (фиг.2,а) таким образом, чтобы уровень вибрации в ультразвуковом диапазоне частот не превысил заданного значения и0(фиг.2,в). Коэффициент КУ1 ускорения испытаний за время ТУ1 рассчитывается по формуле (2) по виброускорениям Э1ф и ai3. Продолжают циклическое знакопеременное воздействие при из- менной скорости углового принудительного движения до момента Ту2, соответствующего изменению нагрузки (фиг.2,6), контроли- руемого по превышению уровня вибрации в ультразвуковом диапазоне частот заданного значения Ik (фиг.2,в). После этого снова измеряют уровень вибрации в звуковом диапазоне частот в соответствующих режимах а2ф и Э2э, рассчитывают коэффициент ускорения КУ2 по формуле и частичный ресурс Тэ2част в эксплуатационном режиме. Затем изменяют снова скорость принудительного углового движения и продолжают испыта- ния. Ускоренные испытания проводят в течение нескольких циклов.

Экспериментально установлено, что вследствие приработки элементов электродвигателей, малого изменения вибрации в звуковом диапазоне частот в эксплуатационном режиме и других факторов коэффициент ускорения на первых циклах испытаний изменяется нестабильно, но через несколько циклов коэффициент ускорения при предлагаемом способе стабилизируется и в дальнейшем изменяется незначительно (фиг.З). Вследствие этого, после того цикла, на котором коэффициент ускорения равен коэффициенту на предыдущем цикле (или отличается с погрешностью не более 5%) испытания можно прекратить. Затем проводится индивидуальное прогнозирование ресурса работы электродвигателя путем определения частичного

. Ку| Ту|

и полного ресурса работы электродвигателя в эксплуатационных условиях

Тэ 2, Kyi ту| 1

где Kyi - коэффициент ускорения на i-ом цикле испытаний;

Tyi - время проведения 1-го цикла; . : п - число циклов ускоренных испыта-

НИИ.

Таким образом, электродвигатель остается работоспособным, а индивидуальное прогнозирование производится для каждого конкретного объекта по сумме частичных ресурсов.

5 0 5

0 5 0 5

0

с

n

Таким образом, использование предлагаемого способа по сравнению с прототипом позволяет

- приблизить условия испытаний к эксплуатационным;

- повысить эффективность ускоренМых:| испытаний за счет сокращения их продолжительности;

- оценить изменение динамических процессов в опорах каждого конкретного электродвигателя;

- проводить индивидуальное прогнозирование ресурса работы каждого двигателя.

Формулаизобретения Способ ускоренных ресурсных испытаний электродвигателей, заключающийся в том, что создают форсированный режим путем динамического воздействия на опоры электродвигателя гироскопическими силами, создаваемыми принудительным знакопеременным угловым движением ротора электродвигателя, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени испытаний, приближения условий испытаний к эксплуатационным, сохранения работоспособности электродвигателя при испытаниях и обеспечения возможности индивидуального прогнозирования ресурса его работы, испытания в форсированном режиме проводят циклически, скорость принудительного движения на каждом цикле изменяют до достижения уровня вибрации в ультразвуковом диапазоне частот заданного значения, соответствующего предельной нагрузке на опоры электродвигателя, между смежными циклами измеряют уровень вибрации в звуковом диапазоне частот в форсированном и эксплатационном режимах и по соотношению этих уровней определяют коэффициент ускорения на каждом цикле, по длительности цикла и коэффициенту ускорения рассчитывают частичный ресурс работы электродвигателя, при равенстве коэффициентов ускорения предшествующего и последующего циклов испытания прекращают, а затем проводят индивидуальное прогнозирование, определяя общий ресурс как сумму частичных ресурсов.

ЬпО

$00

4200 -f600 2 DO О

Tt ae

Сущность изобретений: создают форсированный режим путем динамического воздействия на опоры электродвигателя гироскопическими силами, создаваемыми принудительным знакопеременным угловым движением ротора электродвигателя. Благодаря тому, что испытания в форсированном режиме проводят циклически, скорость принудительного движения на каждом цикле изменяют до достижения уровня вибрации в ультразвуковом диапазоне частот значения, соответствующего предельной нагрузке на опоры электродвигателя, между смежными циклами измеряют уровень вибрации в звуковом диапазоне частот в форсированном и эксплуатацинном режимах и по соотношению этих уровней определяют коэффициент ускорения на каждом цикле, по длительности цикла и коэффициенту ускорения рассчитывают частичный ресурс работы электродвигателя, при равенстве коэффициентов ускорения предшествующего и последующего циклов испытаний прекращают, а затем проводят индивидуальное прогнозирование, определяя общий ресурс как сумму частичных ресурсов. 3 ил. (Л С