Մագնիսական լևիտացիայի շարժիչի ռոտորների դինամիկ հավասարակշռում. G1.0 և G2.5 ստանդարտների և փորձարկման գործընթացների համապարփակ վերլուծություն

Մագնիսական լևիտացիոն շարժիչները ՝ առանց շփման աշխատանքի, զրոյական շփման և բարձր արդյունավետության իրենց առավելություններով, աստիճանաբար փոխարինում են ավանդական շարժիչներին՝ որպես գերարագ պտտվող մեքենաների հիմնական ընտրություն: Այնուամենայնիվ, բարձր արագությամբ շահագործման ընթացքում մագնիսական լևիտացիայի ռոտորում նույնիսկ ամենափոքր զանգվածային էքսցենտրիկությունը կարող է առաջացնել ծանր անհավասարակշիռ թրթռում, որն ուղղակիորեն ազդելու է շարժման ճշտության, գործառնական կայունության և շահագործման ժամկետի վրա: Հետևաբար, դինամիկ հավասարակշռումը` պտտվող մեքենաների արտադրության կարևոր գործընթաց, հատկապես կարևոր է մագնիսական լևիտացիոն շարժիչների համար:

Այս հոդվածը համակարգված կերպով մեկնաբանում է ISO դինամիկ հավասարակշռման ստանդարտների G1.0 և G2.5 դասերի իմաստներն ու տարբերությունները և խորը ներածություն է տալիս մագնիսական լևիտացիոն շարժիչի ռոտորների դինամիկ հավասարակշռման փորձարկման գործընթացներին:

I. ISO դինամիկ հավասարակշռման գնահատման համակարգի ակնարկ

Դինամիկ հավասարակշռման աստիճանների դասակարգումը ծագում է ISO 1940 ստանդարտից (այժմ թարմացվել է ISO 21940-11-ով), որը ստեղծվել է Ստանդարտացման միջազգային կազմակերպության (ISO) կողմից 1940 թվականին: Այս ստանդարտը կոշտ ռոտորների հավասարակշռության որակը բաժանում է 11 դասերի՝ սկսած ամենաբարձր ճշգրտությունից G0.4-ի պահանջով G0.4-ից մինչև ամենացածրը: 2.5.

Հաշվեկշռի գնահատականը նշվում է 'G' տառով, որին հաջորդում է թիվ: Դրա ֆիզիկական նշանակությունը  ռոտորի մակերևույթի թրթռման առավելագույն թույլատրելի արագությունն է ՝ արտահայտված մմ/վ, և այն կարող է ներկայացվել նաև որպես հատուկ անհավասարակշռություն (g·mm/kg): Որքան փոքր է գնահատման թիվը, այնքան բարձր է պահանջվող հավասարակշռման ճշգրտությունը:

Հիմնական հաշվարկման բանաձև

ISO ստանդարտում հավասարակշռության G աստիճանի, ռոտորի էքսցենտրիկության e և անկյունային արագության ω հարաբերությունը հետևյալն է.

G = ω × e / 1000

Որտեղ:

·  G – հավասարակշռության որակի աստիճան (մմ/վրկ)

·  ω – գործող անկյունային արագություն (rad/s)

·  e – թույլատրելի էքսցենտրիկություն (μm)

Այս բանաձևը բացահայտում է դինամիկ հավասարակշռման էությունը.  հավասարակշռման ճշգրտությունը կախված է ոչ միայն մնացորդային անհավասարակշռության մեծությունից, այլև ռոտորի աշխատանքային արագությունից : Որքան բարձր է արագությունը, այնքան մեծ է նույն անհավասարակշռությունից առաջացած թրթռումը, այդպիսով պահանջելով հավասարակշռման ավելի բարձր ճշգրտություն:

II. G1.0 և G2.5. Ստանդարտ մեկնաբանության և կիրառման սցենարներ

G2.5 – Արդյունաբերական շարժիչների «աշխատանքային ձին»:

G2.5-ը է :  ամենից հաճախ օգտագործվող հավասարակշռության աստիճանն  փոքր և միջին ավտոմոբիլային արդյունաբերության մեջ Դրա կիրառման հիմնական սցենարները ներառում են.

• Գազի տուրբիններ

• Հաստոցաշինական ճարմանդներ

• Փոքր և միջին չափի էլեկտրական շարժիչներ

Ավանդական շարժիչների համար G2.5 դասակարգն արդեն համապատասխանում է արդյունաբերական կիրառությունների ճնշող մեծամասնության թրթռման և աղմուկի պահանջներին: IEC ստանդարտները հստակորեն նշում են, որ բարձր արդյունավետությամբ շարժիչների ռոտորի հավասարակշռության աստիճանը պետք է հասնի G2.5:

G1.0 – «Բարձր ստանդարտ» ճշգրիտ շարժիչների համար

G1.0-ը բարձր ճշգրտության հավասարակշռության աստիճան է, պահանջներով, որոնք 2,5 անգամ ավելի խիստ են, քան G2.5-ը: Տիպիկ հավելվածները ներառում են.

• Հղկող մեքենաների շարժիչներ

• Փոքր ճշգրիտ շարժիչի ռոտորներ

• Բարձր ճշգրտության հաստոցների սպինդերներ

• Աուդիո և վիդեո կրիչ սարքեր

Ինչպե՞ս ընտրել մագնիսական լևիտացիոն շարժիչների համար:

Մագնիսական լևիտացիոն շարժիչները սովորաբար աշխատում են շատ ավելի բարձր արագություններով, քան ավանդական շարժիչները (տասնյակ հազարավոր պտույտ/րոպե կամ ավելի), և թրթռման և լևիտացիայի ճշգրտության պահանջները չափազանց պահանջկոտ են: Հետևաբար, մագնիսական լևիտացիոն շարժիչների համար դինամիկ հավասարակշռման աստիճանի ընտրությունը պետք է համակողմանիորեն հաշվի առնի հետևյալ գործոնները.

1. Գործող արագություն . ավելի բարձր արագությունները պարտադրում են ավելի խիստ հաշվեկշռային պահանջներ:

2. Կիրառման սցենար . ճշգրիտ սարքավորումները (ինչպիսիք են մագնիսական լևիտացիայի մոլեկուլային պոմպերը և թռչող անիվի էներգիայի պահպանման համակարգերը) հաճախ պահանջում են G1.0 կամ նույնիսկ G0.4:

3. Ռոտորի կոշտություն . ճկուն ռոտորները կարող են պահանջել ավելի բարձր հավասարակշռման ճշգրտություն:

Գործնական ճարտարագիտության մեջ մագնիսական լևիտացիայի շատ շարժիչների հավասարակշռման պահանջներն  արդեն գերազանցել են G2.5-ը և շարժվում են դեպի G1.0 կամ նույնիսկ G0.4:.

III. Թույլատրելի մնացորդային անհավասարակշռության հաշվարկ

Հավասարակշռության G աստիճանը որոշելուց հետո հաջորդ քայլը ռոտորի թույլատրելի մնացորդային անհավասարակշռության հաշվարկն է: Սա ամենակարևոր քանակական ցուցանիշն է դինամիկ հավասարակշռման փորձարկման ժամանակ:

Հաշվարկման բանաձևեր

Ըստ ISO ստանդարտի, թույլատրելի մնացորդային անհավասարակշռությունը U_per հաշվարկվում է հետևյալ կերպ.

U_per = 9549 × G × m / n

կամ

U_per = G × M / (ω × 1000)

Որտեղ:

• U_per – թույլատրելի մնացորդային անհավասարակշռություն (g·mm)

• G – հավասարակշռության որակի աստիճան (մմ/վրկ)

• m / M – ռոտորի զանգված (կգ)

• n - գործառնական արագություն (rpm)

• ω – գործող անկյունային արագություն (rad/s)

Հաշվարկի օրինակ

Ենթադրենք, որ մագնիսական լևիտացիոն շարժիչի ռոտորն ունի 50 կգ զանգված և 30,000 պտ/վ աշխատանքային արագություն.

• Եթե  G2.5 ՝ U_per = 9549 × 2,5 × 50 / 30000 ≈  ​​ընտրված է  39,8 գ · մմ

• Եթե  G1.0 ՝ U_per = 9549 × 1,0 × 50 / 30000 ≈  ​​ընտրված է  15,9 գ · մմ

Կարելի է տեսնել, որ նույն պայմաններում G1.0-ի համար թույլատրելի մնացորդային անհավասարակշռությունը G2.5-ի համար կազմում է միայն 40%-ը: Բարձր արագությամբ մագնիսական լևիտացիոն շարժիչների համար սա նշանակում է  միլիգրամ մակարդակի քաշի կրճատման ճշգրտություն.

Հատկացում ուղղիչ ինքնաթիռներին

Ռոտորների համար, որոնք պահանջում են երկու հարթության հավասարակշռում (երկարության և տրամագծի հարաբերակցությունը > 0,5), ընդհանուր թույլատրելի անհավասարակշռությունը պետք է բաշխվի երկու ուղղիչ հարթությունների միջև: Բաշխման հարաբերակցությունը սովորաբար հաշվարկվում է հակադարձ համամասնությամբ ուղղիչ հարթություններից մինչև ռոտորի ծանրության կենտրոն հեռավորություններին:

IV. Մագնիսական լևիտացիայի շարժիչ ռոտորների դինամիկ հավասարակշռման փորձարկման գործընթացներ

Մագնիսական լևիտացիոն շարժիչների դինամիկ հավասարակշռումը հիմնովին տարբերվում է ավանդական շարժիչներից՝ շնորհիվ իրենց եզակի աջակցության մեթոդի՝  մագնիսական առանցքակալների միջոցով առանց շփման լևիտացիայի։.

1. Ավանդական հավասարակշռման մեթոդների սահմանափակումները

Հավասարակշռման ավանդական մեթոդները պահանջում են հատուկ հավասարակշռող մեքենա, որտեղ ռոտորն ապահովված է մեխանիկական առանցքակալներով (գլանաձևեր կամ V-բլոկներ) չափման և ուղղման համար: Այնուամենայնիվ, մագնիսական լևիտացիայի ռոտորի իրական գործառնական վիճակը ապահովվում է մագնիսական առանցքակալների լևիտացիոն ուժերով: Մեխանիկական աջակցությունը չի կարող նմանակել իրական աշխատանքային պայմանները և կարող է առաջացնել լրացուցիչ աջակցության խանգարումներ:

2. Մագնիսական լևիտացիայի ռոտորների հավասարակշռման մեթոդներ

(1) Օնլայն հավասարակշռում

Օնլայն հավասարակշռումը վերաբերում է հավասարակշռման գործողություններին, որոնք կատարվում են  այն ժամանակ, երբ մագնիսական լևիտացիայի համակարգը գտնվում է նորմալ գործողության մեջ : Հիմնական հայեցակարգը մագնիսական կրող համակարգին բնորոշ սենսորների օգտագործումն է (տեղահանման սենսորներ, հոսանքի սենսորներ և այլն) ռոտորի թրթռման ազդանշաններ ձեռք բերելու համար, այնուհետև ալգորիթմների օգտագործումը՝ անհավասարակշռության մեծությունն ու փուլը եզրակացնելու համար՝ դրանով իսկ որոշելով ուղղման ռազմավարությունը:

Այս մեթոդը վերացնում է ռոտորը սարքավորումից ապամոնտաժելու անհրաժեշտությունը՝ զգալիորեն բարելավելով հավասարակշռման արդյունավետությունը:

(2) Փորձնական քաշի հավասարակշռում

Հավասարակշռման ավանդական մեթոդները պահանջում են բազմաթիվ փորձարկումներ (փորձնական կշիռների ավելացում → չափում → ճշգրտում) ազդեցության գործակիցներ ստանալու համար, ինչը անարդյունավետ է: Այս խնդիրը լուծելու համար հետազոտողները առաջարկել են  փորձնական հավասարակշռման մեթոդներ՝ հիմնված մագնիսական առանցքակալների ակտիվ կառավարման բնութագրերի վրա:.

Այս մեթոդը կիրառում է մագնիսական առանցքակալների ակտիվ կառավարելիությունը՝ ստատիկ լևիտացիայի վիճակում կառավարելի էլեկտրամագնիսական ուժեր առաջացնելու համար՝ մոդելավորելով կենտրոնախույս ուժերը, որոնք իրական փորձնական կշիռները կստեղծեն պտտման ընթացքում: Սա թույլ է տալիս բացահայտել ազդեցության գործակիցները՝ առանց փորձնական կշիռների ֆիզիկապես տեղադրելու՝ զգալիորեն պարզեցնելով ընթացակարգը:

(3) Հավասարակշռում տեղում

Տեղում հավասարակշռումը վերաբերում է սարքավորման իրական տեղադրման վայրում կատարվող հավասարակշռման գործողություններին: Ի տարբերություն ավանդական մեթոդների, երբ ռոտորը հանվում և ուղարկվում է փորձարկման հաստատություն, տեղում հավասարակշռումը հաշվի է առնում  ամբողջ համակարգի համապարփակ ազդեցությունը  (ներառյալ առանցքակալների կոշտությունը, տեղադրման պայմանները, հիմքի թրթռումները և այլն), ապահովելով հավասարակշռման արդյունքներ, որոնք ավելի լավ են համապատասխանում իրական աշխատանքային պայմաններին:

3. Տիպիկ փորձարկման ընթացակարգ

Որպես օրինակ վերցնելով մագնիսական լևիտացիայի կենտրոնախույս փչակը, դինամիկ հավասարակշռման փորձարկման տիպիկ ընթացակարգը հետևյալն է.

Քայլ 1. Նախնական զննում
Հավասարակշռումից առաջ ռոտորը պետք է տեսողական և ծավալային ստուգում անցնի՝ հաստատելու համար, որ մշակման թերությունները, փորվածքները կամ օտար նյութերը կպչում են դրան:

Քայլ 2. Սկզբնական չափումներ
Հատուկ հավասարակշռող մեքենայի կամ մագնիսական լևիտացիայի համակարգի վրա փորձնական աշխատանք կատարեք աշխատանքային արագության մոտ 70%-ով՝ թրթռման ամպլիտուդի և ֆազային տվյալներ հավաքելու համար:

Քայլ 3. անհավասարակշռության նույնականացում
Ազդանշանների մշակման միջոցով հանեք ռոտորի համաժամանակյա թրթռման բաղադրիչը և միացրեք այն ռոտորի դինամիկայի մոդելի հետ՝ եզրակացնելու անհավասարակշռության մեծությունն ու փուլը:

Քայլ 4. Ուղղում և ստուգում
Հաշվարկի արդյունքների հիման վրա ավելացրեք կամ հանեք քաշը նշված դիրքերում, այնուհետև կրկին չափեք՝ ստուգելու համար, որ հավասարակշռության նպատակային աստիճանը ձեռք է բերվել:

Քայլ 5. Լրիվ արագության տիրույթի ստուգում
Կատարեք թրթռման չափումներ մի քանի արագության կետերում աշխատանքային արագության միջակայքում (ներառյալ մոտ կրիտիկական արագությունները), որպեսզի համոզվեք, որ բոլոր արագությունների թրթռման մակարդակները համապատասխանում են պահանջներին:

4. Մագնիսական լևիտացիայի հավասարակշռման տեխնիկական մարտահրավերները

Մագնիսական լևիտացիայի ռոտորների հավասարակշռումը ներկայացնում է մի քանի եզակի մարտահրավերներ.

• Ճկուն ռոտորային էֆեկտներ . բարձր արագությամբ մագնիսական լևիտացիայի ռոտորները հաճախ գործում են կրիտիկական արագություններից և ճկուն ռոտորներ են; դրանց անհավասարակշռության բաշխումը կարող է տատանվել արագության հետ՝ պահանջելով բազմամոդալ հավասարակշռում:

• Էլեկտրամագնիսական ուժի միջամտություն . մագնիսական առանցքակալների էլեկտրամագնիսական ուժերը կարող են ինքնին ներդնել լրացուցիչ համաժամանակյա թրթռման ուժեր, որոնք պետք է տարբերվեն և փոխհատուցվեն ալգորիթմներում:

•  Սենսորների ճշգրտություն . տեղաշարժի և հոսանքի սենսորների ճշգրտությունն ուղղակիորեն ազդում է անհավասարակշռության նույնականացման հուսալիության վրա:

V. Եզրակացություն

Դինամիկ հավասարակշռումը հիմնական քայլն է, որը տանում է մագնիսական լևիտացիայի շարժիչին՝ պարզապես «պտտվելուց» մինչև «լավ պտտվելը»: G1.0-ը և G2.5-ը պարզապես երկու թվային պիտակներ չեն. դրանք ներկայացնում են տարբեր ճշգրտության մակարդակներ և ինժեներական պահանջներ: Մագնիսական լևիտացիոն շարժիչների համար, քանի որ արագությունները շարունակում են աճել, և կիրառությունները դառնում են ավելի բարդ, G2.5-ից G1.0 և նույնիսկ ավելի բարձր ճշգրտության աստիճանների տեղափոխումը դարձել է անխուսափելի միտում:

Միևնույն ժամանակ, մագնիսական լևիտացիայի շարժիչների եզակի աջակցության մեթոդը առաջացրել է հավասարակշռման նորարարական գործընթացներ, ինչպիսիք են առցանց հավասարակշռումը և փորձնական քաշի հավասարակշռումը: Այս տեխնոլոգիաները ոչ միայն բարելավում են հավասարակշռման արդյունավետությունը, այլև փոխակերպում են դինամիկ հավասարակշռումը 'նախաբեռնման ստուգման քայլից'-ի 'լիարժեք ցիկլի պահպանման գործիքի':

Ստանդարտների իմացությունը, մեթոդների յուրացումը և ճշգրիտ կատարումը սա է մագնիսական լևիտացիոն շարժիչի ռոտորների դինամիկ հավասարակշռման հիմնական էությունը: