Возмущающих импульсов

от управляющего устройства к объекту управления. Они применяются сравнительно редко, когда отсутствуют внешние возмущающие воздействия, нарушающие ход процесса на объекте. В САР, построенных по замкнутому циклу, имеется два канала: канал передачи сигналов управления и канал обратной связи. По последнему передается информация о фактических значениях контролируемой величины на объекте регулирования. На рис. 28.2 приведен пример схемы САР. Двигатель — Дв через редуктор — Р приводит в движение программное устройство — ПУ, задающее определенные значения Х0 регулируемого параметра. Возмущающее воздействие — ВВ изменяет состояние объекта регулирования — ОР, которое характеризуется выходным сигналом Хг. Чувствительный элемент — ЧЭ преобразует сигнал Xt и подает на сравнивающее устройство — СУ фактическое значение Ха регулируемого параметра. Сигнал, зависящий от разности Х3 = = Х2 — Х„ подается на усилитель — У и как управляющий сигнал—Х4 преобразуется посредством двигателя Дв, редуктора — Р и исполнительного устройства — ИУ в регулирующее воздействие Х6 для обеспечения задаваемого значения Х0 на ОР. И — источник энергии. Обратная связь осуществляется через ЧЭ и СУ. На рис. 28.2 одной линией показаны электрические связи, двойной — механические.

Работа каждого ОР характеризуется нагрузкой, т. е. количеством энергии и вещества, расходуемых для выполнения технологического процесса. Обычно ОР работают при изменении нагрузки во времени от максимального ее значения до минимального. Для поддержания нормального процесса работы объекта к нему необходимо подводить энергию и вещество в количестве, равном нагрузке. При этом РП, определяющие ход процесса, будут поддерживаться практически постоянными. Такой режим работы объекта называется установившимся. Этот режим может быть нарушен, если появятся различного рода возмущающие воздействия В, изменяющие нагрузку в ОР. Нарушение установившегося режима приводит к изменению РП и, следовательно, к изменению технологического процесса, что влияет на качество изготавливаемой продукции.

В предыдущих главах рассмотрены динамические явления в машинных агрегатах, имеющих сравнительно простую структуру моделей. К моделям такого вида приводят обычно используемые при их построении допущения, связанные с пренебрежением реальным распределением инерционных параметров, исключением из рассмотрения упруго-диссипативных свойств звеньев передаточного механизма и рабочей машины, существенным ограничением числа учитываемых степеней свободы механической системы и системы управления и пр. Однако для достаточно широкого класса задач динамики управляемых машин адекватные модели машинных агрегатов имеют значительно более сложную структуру. Так, для передаточных механизмов машинных агрегатов с быстроходными двигателями характерны возмущающие воздействия с широким частотным спектром. При исследовании динамических процессов в таких машинных агрегатах возникает необходимость в использовании моделей передаточных механизмов с большим числом степеней свободы, отражающих многообразие движений, обусловленных изгибно-крутильными деформациями звеньев, контактными деформациями опор и др. В ряде случаев существенным оказывается учет реального распределения упруго-инерционных параметров.

Возмущающие воздействия машинных агрегатов характеризуются в реальных условиях ограниченным спектром [28, 93J. Поэтому относительно резонансных характеристик модели силовой цепи машинного агрегата и для формирования его динамического отклика при апериодических возмущениях существенное значение имеет структура усеченного собственного спектра рассматриваемой модели. Размерность такого спектра (число г учитываемых собственных форм модели машинного агрегата) определяется величиной эффективного диапазона [О, /J возмущающих воздействий [28]: • .

Всесторонние исследования, проведенные с целью выявления величин и характера возмущений, действующих на градуируемое изделие на роторном стенде, показали влияние отклонений геометрической формы, податливости, дебаланса, непостоянства передаточного числа конструктивных элементов PC на точность воспроизводимых ускорений. Детально рассмотрены также возмущающие воздействия со стороны электродвигателя и системы управления, ряда других конструктивных и эксплуатационных факторов. В результате сформулированы следующие основные требования к проектированию PC градуировочных стендов: а) конструктивно PC целесообразно выполнять в виде единого, удобного в монтаже функционального модуля; б) в качестве валов PC следует использовать шпиндельные узлы точных металлообрабатывающих станков или им подобные конструкции; в) вращение шпинделей нужно осуществлять непосредственно от регулируемого электродвигателя без промежуточных зубчатых и иных передач; г) муфта, соединяющая шпиндель с электродвигателем, должна вносить минимально возможный уровень возмущений в скорость ротора; д) ротор в сборе необходимо статически и динамически отбалансировать, уровень собственных вибраций PC должен быть минимальным.

nPi — преобразователь; ИД — исполнительный двигатель, включающий в себя блок управления и шаговый двигатель; РД — редуктор; ДР — датчик рассогласования, состоящий из чувствительного элемента ЧЭ и преобразователя ЯР; У2 — усилитель контура рассогласования; ЯР2 — импульсно-аналоговый преобразователь силового контура; У! — усилитель силового контура; ЭМП — электромеханический преобразователь; ЗМ — золотниковый механизм; ИО — исполнительный орган; ОР — объект регулирования — деталь; 9 — угол поворота ротора ИД; хд — координаты ДР; У — перемещение измерительного элемента ЧЭ; Ч[ — напряжение ДР; Яр> — усиленное напряжение ДР; //Пд — напряжение, являющееся аналогом программы; % — задающее напряжение; ая — усиленное задающее напряжение; / — перемещение золотника; Р — перепад давления; Н — перемещение поршня гидроцилиндра; х — регулируемая координата (размер Детали); Zi(t) — возмущающие воздействия

Поскольку возмущающие воздействия имеют достаточно широкополосный спектр (по данным [1] до 16 кгц), простирающийся за пределы диапазона собственных частот основных форм колебаний конструкции (1—2 кгц), учет каждой формы собственных колебаний становится затруднительным. Поэтому в данном случае обычный метод исследования, связанный с разложением по собственным формам колебаний не является практичным.

Численное моделирование поведения элементов конструкций и деталей машин и разработка критериальных вопросов их разрушения существенным образом связаны с формой представления на ЭЦВМ экспериментальных данных, характеризующих поведение материала (и в общем случае возмущающие воздействия), а также с качеством их приближения. Способы представления экспериментальных данных и основные критерии приближения, связанные с функциональной формой, приведены в [1].

Кривые деформирования определяют зависимость между напряжениями и деформациями. Возмущающие воздействия задают значения напряжений или деформаций (перемещений) на границе исследуемой области. Результаты эксперимента задаются в виде графиков, таблиц или сложных формул и используются в ЭЦВМ в виде таблиц или их аналитического представления. При этом затраты машинного времени на численное моделирование процессов упруго-пластического деформирования и в большей мере процессов деформирования, происходящих во времени, в значительной степени определяются временем вычисления экспериментальных характеристик.

Элементы всех матриц в уравнениях (9-7) и (9-8) не зависят от частоты. При расчетах их следует рассматривать как действительные числа. Элементы всех векторов в этих уравнениях являются комплексными числами. Совокупность уравнений (9-2), (9-7), (9-8) описывает в неявном виде основную часть моделируемого объекта — систему взаимосвязанных теплообменников, оказывающих основное влияние на динамические свойства парогенератора. Если известны изменения параметров и расхода на входах в тракты рабочей среды, изменения температуры и расхода газов на выходе из топки •и потока радиационного тепла, а также возмущающие воздействия расходами воды на впрыски, то для заданной частоты все выходные координаты имеют единственные значения, определяемые решениями системы уравнений (9-2), (9-7) и (9-8):

Возмущающие воздействия обычно соответствуют скачкообразным изменениям входных координат либо в точках приложения управляющих воздействий от основных регуляторов: топлива., питания, впрысков, байпаса, воздуха, рециркуляции, парового клапана, либо в граничных сечениях: температуры (энтальпии) питательной воды, давления пара перед турбиной при идеальном регуляторе давления «до себя». Любое из возмущений в принципе приводит в движение все выходные координаты парогенератора. Это объясняется характерными взаимосвязями между отдельными звеньями сложной многоконтурной динамической системы, какой является парогенератор. Изменения параметров в выходном сечении каждого теплообменника и трубопровода определяются, во-первых, его динамическими свойствами, во-вторых, входными координатами, зависящими от характера распространения воздействий по трактам парогенератора и места расположения рассматриваемого участка.

цепи. Для рекомендуемых значений параметров (г, рц, а и пр.) непостоянство передаточного отношения не превышает 1...2%, а динамические нагрузки составляют несколько процентов от окружной силы F,. При большинстве режимов работы цепных передач резонансные колебания не наблюдаются, так как частота возмущающих импульсов больше частоты собственных колебаний. Кроме того, амплитуды колебаний уменьшаются вследствие демпфирующих свойств цепи.

Пусть возмущающее внешнее воздействие на некоторую точку сплошного тела имеет характер одинаковых коротких импульсов, повторяющихся через равные промежутки времени. Каждый импульс будет распространяться в теле с некоторой скоростью, определяемой свойствами тела и не зависящей от воздействия на тело других импульсов, поскольку эти другие импульсы не изменяют свойства тела (как выяснится в дальнейшем, это условие означает, что деформации тела должны быть малыми). В результате каждая точка тела будет совершать движения, определяемые последовательностью распространяющихся в теле импульсов. Эти движения будут повторяться через одинаковые промежутки времени, равные промежуткам между действием возмущающих импульсов.

В стыке между верхней и нижней половинами диафрагм при неправильной их пригонке может возникать значительное местное повышение или понижение расхода и давления пара, а следовательно, и парового усилия на лопатках. Частота возмущающих импульсов составляет в этом случае 2псек.

правляющих лопаток в чугунные диафрагмы) обычно не равны; это обусловливает переменность расхода пара через отдельные каналы, переменность степени реактивности по окружности колеса и, следовательно, переменность парового усилия, действующего на рабочие лопатки. Частота возмущающих импульсов при этом составляет тсек, где i — любое целое число.

При совпадении частоты возмущающих импульсов с частотой свободных колебаний лопатки (или пакета лопаток) наблюдается явление резонанса, сопровождающееся резким возрастанием амплитуды колебаний и обусловливающее возможную поломку лопаток.

На рис. 107, а кривая / изображает осциллограмму свободных затухающих колебаний лопатки; кривая 2 — осциллограмму резонансных колебаний, когда частота возмущающих импульсов равна собственной частоте. Амплитуда колебаний резко возрастает, хотя и до определенного предела, характеризуемого тем, что энергия действующих на лопатку импульсов поглощается трением частиц материала лопатки.

12,8%- Частоты аксиальных колебаний системы диск — лопатки определены до 13 узловых диаметров. До 10 узловых диаметров частоты этих форм колебаний находились вне опасных зон. Колебания же с большим числом узловых диаметров опасности, обычно не представляют. Частоты внутрипакетных тангенциальных колебаний (не включенных в таблицу) составляли 2600— 3000 Гц, а частоты второго тона тангенциальных колебаний для разных ступеней принимали значения от 2940 до 3220 Гц. В обоих случаях эти частоты далеки от частоты возмущающей силы nz. Частоты второго тона аксиальных колебаний находились в пределах 4450— 4800 Гц, а частоты внутрипакетных крутильных колебаний— в пределах 4500—5150 Гц. Частоты же возмущающих импульсов nz=4900 Гц.

Из таблицы видно, что с точностью до 2%, соответствующей степени точности измерений, из 11 ступеней, испытанных при внутрипакетных крутильных колебаниях, лопатки 8 ступеней находились в резонансе с частотой возмущающих импульсов от кромок сопл лопатки 2 ступеней имели запас от резонанса всего 5% и лишь в 1 ступени — 8%. Из 8 ступеней, испытанных при втором тоне аксиальных колебаний, лопатки 4 ступеней работали в резонансе с частотой возмущающих усилий от направляющих лопаток. При этом частоты колебаний лопаток указанных 4 ступеней одновременно находились в резонансе при внутрипакетных крутильных колебаниях. Лопатки остальных ступеней имели запас от 6 до 9%. Таким образом, было экспериментально установлено, что лопатки находились в резонансе с частотой возмущающих усилий nz при внутрипакетных крутильных колебаниях, а лопатки 4 ступеней одновременно и при втором тоне аксиальных колебаний. Это и явилось причиной их усталостных поломок. В связи с этим было принято решение изменить число направляющих лопаток. После реализации этого решения поломки лопаток прекратились.

9. Если частота колебаний лопатки находится в резонансе с частотой возмущающих импульсов от кромок сопл, т. е. если при определенной формо колебаний

Статические напряжения в лопатках первых ступеней сравнительно 'невелики. Однако эти лопатки работают в резонансе с частотой возмущающих импульсов, поскольку их отстройка от резонанса практически невозможна; поэтому повышение демпфирующей способности лопаток первых ступеней турбин является весьма мощным, а иногда единственным средством обеспечения их надежности.

частот возмущающих импульсов. действующих в гидросистемах.