Розробка інформаційно-вимірювальної системи для перевірки гідромоторів

Розробка інформаційно-вимірювальної системи для перевірки гідромоторів

55

Міністерство освіти і науки України

Вінницький національний технічний університет

Інститут автоматики,електроніки та комп'ютерних систем управління

Пояснювальна записки до бакалаврської роботи

Метрологія та вимірювальна техніка

Розробка інформаційно-вимірювальної системи для провірки гідромоторів

Керівник к.т.н. доцент Кучерук В. Ю.

Розробив студент гр. 1АМ-01

Балтак К. В.

Вінниця 2005

Зміст

Анотація

Вступ

1. Загальні відомості про гідромашини

1.1 Класифікація гідромашин

1.2 Основні параметри гідромашин

1.3 Енергетичні характеристики гідромашин

1.4 Гідромотори

2. Методика повірки

2.1 Загальні вимоги до повірки

2.2 Проведення повірки

2.3 Оформлення результатів повірки

3. Розробка структурної схеми

4. Розробка інформаційно-вимірюваної системи для повірки параметрів гідромоторів

4.1 Вибір мікроконтролера

4.2 Вбудований аналого-цифровий перетворювач

4.3 Вибір перетворювача рівнів сигналу

4.4 Розробка принципової схеми

Висновок

Література

Додаток А. Структурна схема

Додаток Б. Схема принципова електрична

Анотація

В даній бакалаврській роботі наведена класифікація гідромашин та їх характеристики, що таке гідромотор і його параметри, розписані вимоги до повірки гідромоторів та порядок повірки, спроектована інформаційно-вимірювальна система для повірки гідромоторів, наведена її електрична, структурна схема. В додатках наведена електрична принципова схема та структурна.

Вступ

Інформаційно-вимірювальні системи - це сукупність апаратних, програмних та інших засобів, призначених для отримання і обробки вимірювальної інформації, керування потоками інформації, її перетворення та представлення у необхідному для користувача вигляді.

Інформаційно-вимірювальні системи, як правило, входить до складу системи автоматичного керування процесом і не здійснює керування процесом. Задачі керування покладені на системи автоматичного керування.

Інформаційно-вимірювальні системи поділяються на чотири групи:

- вимірювальні системи - це системи, призначені для отримання, обробки та представлення у необхідному вигляді вимірювальної інформації;

- системи технічної діагностики - такі системи, які призначені для знаходження місця і причини виникнення несправності об'єкту;

- системи розпізнавання образів - такі системи, які встановлюють належність об'єкту до заданого класу;

- системи контролю - системи, які визначають відповідає об'єкт заданим нормам чи не відповідає.

В даній бакалаврській роботі проведено загальний огляд гідромашин та гідромоторів і їх характеристики та спроектована інформаційно-вимірювальна система для повірки гідромоторів.

1. Загальні відомості про гідромашини

1.1 Класифікація гідромашин

Гідравлічні машини -- це машини, які створюють або використовують потік рідини під тиском, їх класифікують за різними ознаками. Залежно від напрямку передачі енергії виділяють дві основні групи: насоси, які сприймають енергію через приводний вал або шток і віддають її рідині, та гідродвигуни, які сприймаютьенергію від потоку рідини під тиском і віддають її на вихідний вал або шток. Більшість гідромашин може працювати як у режимі насоса, так і в режимі гідродвигуна.

Рис. 1. Класифікація гідромашин

За принципом дії насоси та гідродвигуни бувають двох класів: об'ємні та динамічні (рис. 1).

Об'ємні гідромашини працюють за рахунок зміни об'єму робо чих камер, які періодично з'єднуються з входом і виходом. До цьо го класу належать зворотно-поступальні та роторні машини, які мають декілька різновидів. Об'ємні насоси самовсмоктувальні. З об'ємних гідродвигунів використовують поршневі, які називають гідроциліндрами, роторні (гідромотори) і зворотно-обертальні (поворотні гідродвигуни). Останні мають обмежений, менше 360°, кут повороту вала, а гідромотори -- необмежений, тобто їхні вали виконують обертальний рух.

Робота поршневих та діафрагмових гідромашин забезпечується або закінчується зворотно-поступальним рухом, а робота роторних -- обертальним.

До динамічних гідромашин належать лопатеві насоси, насоси тертя і лопатеві гідродвигуни, які називаються турбінами.

У лопатевих машинах робочим органом є колесо з лопатями. Енергія від робочого колеса до рідини (у насосі) або від рідини до робочого колеса (у турбіні) передається шляхом динамічної взаємодії лопатей з рідиною, що їх обтікає. Лопатеві насоси не-самовсмоктувальні. Відцентровим насосам відповідають радіальні турбіни.

Відомі гідроагрегати, в яких лопатеві машини працюють у зворотних режимах. Такі гідромашини, зв'язані з електромашинами, встановлені на гідроакумулюючих електростанціях. ГАЕС має два водоймища -- верхнє і нижнє. Ранком і ввечері під час піку споживання електроенергії воду зливають з верхнього водоймища, гідромашина працює як гідротурбіна, а електромашина -- як електрогенератор. Уночі і вдень електромашина працює як мотор, а гідромашина -- як насос, унаслідок чого вода перекачується з нижнього водоймища у верхнє.

У відцентрових насосах рідина рухається від центра робочого колеса до периферії, в осьових -- переміщується робочим колесом уздовж осі вала. У насосах тертя рідина рухається за рахунок тертя між нею і робочим органом, у вихрових -- по каналу, розташованому в корпусі вздовж зовнішнього кола робочого колеса, у шнекових -- уздовж осі шнека, у струминних переміщується потоком іншої рідини.

До гідромашин належать також гідропередачі -- системи, що мають насос, гідродвнгун та інші гідравлічні пристрої і призначені для надання дії механізмам та машинам за допомогою рідини.

Гідродинамічні передачі складаються з лопатевих насоса і турбіни, розташованих співвісно в одному корпусі й наближених один до одного, їхня дія грунтується на використанні швидкісного напору робочої рідини, що циркулює.

Об'ємний гідропривод (гідростатична передача) -- це сукуп-ність об'ємних насоса і гідромотора, трубопроводів та інших гідравлічних пристроїв. У цьому приводі використовується тиск рідини.

Гідропередачі застосовують на транспортних засобах, вантажно-підіймальному устаткуванні, у різноманітних верстатах. Для буріння свердловин використовують гідросистему, яка складається з встановленого на поверхні землі поршневого насоса, трубопроводу та осьової турбіни або гвинтового гідромотора, розташованих у свердловині на глибині до 5 ... 6 км.

1.2 Основні параметри гідромашин

Основні гідравлічні та енергетичні параметри гідромашин наступні.

Подача насоса Q -- витрата рідини через його напірний патрубок. Розмірність подачі в СІ -- м3/с. Використовують також розмірності л/с, см3/с, л/хв, м3/год.

Напір насоса Н -- це різниця енергій одиниці ваги рідини, або повних напорів після насоса і перед ним:

(1.1)

Індексом н позначені параметри напірного патрубка, тобто на виході з насоса; індексом в -- параметри всмоктувального патрубка, тобто на вході в насос.

Тиск насоса

(1.2)

Корисна, або гідравлічна, потужність насоса Nг -- це робота, яка передається насосом рідині за одиницю часу:

. (1.3)

Потужність у СІ вимірюється у ватах.

Від двигуна насос обертального типу споживає потужність на валу:

, (1.4)

де М -- крутний момент на валу насоса; -- кутова швидкість обертання вала.

Насос зворотно-поступального типу має потужність на штоці

, (1.5)

де -- зусилля на штоці; -- швидкість штока. Коефіцієнт корисної дії насоса

. (1.6)

Втрати потужності в насосах розподіляються на, три види: механічні -- втрати потужності на тертя в підшипниках, ущільненнях; їм відповідає механічний ККД зм; об'ємні -- втрати потужності на перетікання частини рідини через зазори між робочим органом і корпусом. Об'ємним втратам відповідає об'ємний ККД

, (1.7)

де Qк -- подача робочого органа

гідравлічні -- втрати потужності за рахунок втрат напору h під час руху рідини через елементи насоса, їм відповідає гідравлічний ККД

, (1.8)

де Hт -- теоретичний напір, тобто напір, який створює робочий орган.

ККД гідромашини -- це добуток часткових ККД

. (1.9)

Пдродвигун є машиною, зворотною насосу. Корисна потужність гідромотора

. (1.10)

а силового гідроциліндра

(1.11)

Споживана гідродвигуном потужність (на вході)

(1.12)

де - різниця тисків на вході й виході двигуна. Отже, для гідромотора

(1.13)

для силового гідроциліндра

(1.14)

Ще один параметр гідромашин -- частота обертання робочого колеса n, с-1, або кількість подвійних ходів штока за секунду, яку позначають також n.

Для об'ємних гідромашин важливим параметром є робочий об'єм V0 -- різниця найбільшого і найменшого об'ємів робочих камер, через які рідина протікає за один оберт або один подвійний хід робочого органа.[1]

1.3 Енергетичні характеристики гідромашин

У реальних гідромашинах мають місце об'ємні втрати, внаслідок чого фактична кількість рідини, що проходить через робочі камери за одиницю часу, буде менша за геометричну подачу. Під об'ємними втратами розуміють втрати енергії внаслідок витоку рідини через зазори між деталями гідромашин, що переміщуються одна відносно одної, та втрати на лінії всмоктування. Сума подачі та об'ємних втрат

називається ідеальною (теоретичною) подачею об'ємної гідромашини і визначається за формулою

QT= (1.15)

де n - частота обертання приводного вала.

Фактична подача Qн насоса завжди менша від теоретичної на величину об'ємних втрат Qвт:

(1.16)

де QВ -- витік рідини по зазорах у робочих камерах і розподільному механізмі; QВС - втрати на всмоктуванні.

Об'ємні втрати на всмоктуванні QВС обумовлені стисливістю рідини, присутністю бульбашок нерозчиненого повітря, дією на рідину відцентрових сил, а також недостатнім заповненням робочих камер у зоні всмоктування внаслідок гідравлічного опору трубопроводів та каналів розподільних вузлів.

Витік рідини через зазори відбувається під дією перепаду тисків із зони високого в зону низького тиску. Оскільки зазори в робочих елементах гідромашин при змінюванні частоти обертання практично не змінюються, а швидкість течії рідини в зазорах значно більша за швидкість відносного переміщення елементів пар, які утворюють ці зазори, витік практично не залежить від частоти обертання.

Досвід експлуатації гідромашин показує, що витік через зазори практично змінюється прямо пропорційно перепаду тисків, як при ламінарному режимі течії рідини,

(1.17)

де Дp --перепад тисків на щілині; с -- коефіцієнт пропорційності, що враховує форму і параметри щілини; мд -- динамічна в'язкість рідини.

Об'ємним ККД насоса зо.н називають відношення корисної потужності Nк насоса до суми корисної потужності Nк та потужності Nвт, втраченої через витік рідини:

(1.18)

Коефіцієнт подачі Кп насоса -- це відношення подачі Qн до його теоретичної подачі Qт:

Кп=Qн/Qт (1.19)

Враховуючи, що тиск нагнітання об'ємних насосів значно більший за тиск усмоктування, витік Qв рідини визначають за формулою (1.17), а втрати на всмоктуванні при відсутності кавітаційного режиму незначні, тому можна вважати, що потужність Nвт прямо пропорційна перепаду тисків Дp і об'ємний ККД. можна визначити за формулою (1.19), підставляючи вирази (1.15) ... (1.17),

(1.20)

Витік рідини прямо пропорційний перепаду тисків, тому при сталій частоті обертання приводного вала і безкавітаційному режимі роботи насоса залежність об'ємного ККД від перепаду тисків лінійна (рис. 1.1, а). При зростанні перепаду тисків і зменшенні параметра регулювання е об'ємний ККД насоса знижується. Витік Qв рідини в насосі відбувається з порожнини нагнітання з тиском рн у порожнину всмоктування з тиском рвс, тобто спрямований проти основного потоку рідини, створюваного насосом.

Оскільки теоретична подача насоса прямо пропорційна частоті обертання його вала, а витік Qв рідини залежить від перепаду тисків і практично не залежить від частоти обертання, то при змінюванні частоти обертання від втрати на всмоктуванні незначні і об'ємний ККД збільшується (рис. 1.1, б). Подальше збільшення частоти обертання викликає зростання втрат на всмоктуванні. Об'ємний ККД при змінюється мало, а потім при > зменшується, тому що в лінії всмоктування виникає кавітація - розрив потоку рідини, що супроводжується пульсацією тиску на виході і підвищеним шумом. Кавітація може призвести до руйнування поверхонь деталей, біля яких мають місце кавітаційні явища. Таким чином, максимальна частота обертання насоса визначається, крім міцності деталей, також надійністю заповнення робочих камер насоса. Змістити кавітаційну точку праворуч можна створенням підпору в порожнині всмоктування або надлишкового тиску на поверхні рідини в гідробаці, чи застосуванням спеціального підживлюючого насоса

Насоси, подача яких залежить від частоти обертання (рис. 1.1, б) або параметра регулювання (рис.1.1, в), мають зону нечутливості , пов'язану з наявністю витоку рідини в насосі. Фактична подача насоса в цій зоні, а отже і його об'ємний ККД, дорівнює нулю, тому що вся подача насоса витрачається на компенсацію витоку, тобто QтQв. При зростанні перепаду тисків Дp насоса збільшуються витік рідини і зона нечутливості. Значення або можна знайти з виразу (1.20), якщо підставити в нього зо.н = 0.

Мінімальна частота обертання вала насоса визначається герметичністю його робочих камер (витоком рідини).

Об'ємний ККД у значній мірі залежить від зазорів у робочих елементах насоса. Насос більшого розміру серед насосів однієї конструктивної схеми матиме більші зазори і подачу, але в зв'язку з тім, що зазори збільшуються не прямо пропорційно теоретичній подачі, він матиме вищий ККД.

Кількість рідини, що проходить через гідромотор, так само як і через насос, за одиницю часу визначається за формулою (1.15). У гідромоторі втрати всмоктування Qвс відсутні, тому що рідина до робочих камер подається під високим тиском pн , а витік рідини через зазори спрямовується з напірної порожнини з тиском pн до зливної лінії з тиском , тобто співпадає з напрямом основного потоку рідини.

рис 1.1 Залежність обємного ККД насоса від перепаду тисків (а), частотиобертання (б), параметра регулювання(в)

Тому фактична витрата рідини в гідромоторі більша за теоретичну і визначається за формулою

(1.21)

Об'ємним ККД гідромотора називають відношення його теоретичної подачі Qт до фактичної Qм:

(1.22)

При збільшенні перепаду тисків на гідромоторі до максимально допустимого для підтримання заданої частоти обертання треба збільшити подачу Qм рідини в гідромотор для компенсації збільшеного в зв'язку з цим витоку рідини. Максимально допустимий перепад тисків визначається міцністю деталей, насамперед роботоспроможністю підшипників. При QмQв вся подача витрачається на компенсацію витоку, а частота обертання вала гідромотора дорівнює нулю. В регульованому гідромоторі зменшення параметра регулювання може призвести до необмеженого зростання частоти обертання вала гідромотора і до зниження крутного моменту на його валу. Тому діапазон зміни параметра регулювання гідромоторів вибирається в межах , де звичайно . Втрати енергії на подолання сил тертя механічних частин і рідини в кінематичних парах гідромашин називають механічними. Причинами механічних втрат, що виникають при подоланні опору рухові деталей та вузлів гідромашин, можуть бути: а) обертання блока циліндрів у корпусі, заповненому рідиною; б) відносне ковзання деталей в опорах валів, ущільненнях, шарнірних з'єднаннях, у парі поршень -- циліндр; в) відносне кочення деталей, наприклад, у зубчастих парах, шарикопідшипниках. Найбільші механічні втрати мають місце в опорах, розподільних механізмах, підшипниках, циліндро-поршнєвих парах.

Страницы: 1, 2, 3, 4