Магниттік левитация қозғалтқышының роторларының динамикалық теңгерімі: G1.0 және G2.5 стандарттары мен сынақ процестерінің кешенді талдауы

Контактісіз жұмыс, нөлдік үйкеліс және жоғары тиімділік артықшылықтары бар магниттік левитация қозғалтқыштары жоғары жылдамдықты айналмалы машиналар үшін негізгі таңдау ретінде дәстүрлі қозғалтқыштарды біртіндеп ауыстырады. Дегенмен, жоғары жылдамдықпен жұмыс істегенде, магниттік левитация роторындағы ең аз массалық эксцентриктілік те левитация дәлдігіне, жұмыс тұрақтылығына және қозғалтқыштың қызмет ету мерзіміне тікелей әсер ететін ауыр теңгерімсіз діріл тудыруы мүмкін. Сондықтан, динамикалық теңгерімдеу – айналмалы машиналар үшін маңызды өндірістік процесс – магниттік левитация қозғалтқыштары үшін өте маңызды.

Бұл мақалада ISO динамикалық теңдестіру стандарттарындағы G1.0 және G2.5 сыныптары арасындағы мағыналар мен айырмашылықтар жүйелі түрде түсіндіріледі және магниттік левитация қозғалтқышының роторлары үшін динамикалық теңгерімдеуді сынау процестеріне терең кіріспе беріледі.

I. ISO динамикалық теңдестіру бағалау жүйесіне шолу

Динамикалық теңдестіру дәрежелерінің классификациясы 1940 жылы Халықаралық Стандарттау Ұйымы (ISO) белгілеген ISO 1940 стандартынан (қазір ISO 21940-11 стандартына дейін жаңартылған) шыққан. Бұл стандарт қатты роторлардың баланстық сапасын 11 сортқа бөледі, ең жоғары дәлдік G0,4-тен ең төменгі деңгейге дейін, әр G 400 коэффициентіне артумен, артады. 2.5.

Баланс бағасы 'G' әрпінен кейін санмен белгіленеді. Оның физикалық мағынасы мм/с-пен көрсетілген  ротор бетіндегі ең жоғары рұқсат етілген тербеліс жылдамдығы болып табылады және оны меншікті теңгерімсіздік (г·мм/кг) ретінде де көрсетуге болады. Сынып нөмірі неғұрлым аз болса, қажетті теңестіру дәлдігі соғұрлым жоғары болады.

Негізгі есептеу формуласы

ISO стандартында баланс дәрежесі G, ротордың эксцентриситетінің e және бұрыштық жылдамдығының ω арасындағы қатынас:

G = ω × e / 1000

Қайда:

·  G – баланстық сапа дәрежесі (мм/с)

·  ω – жұмыс бұрыштық жылдамдығы (рад/с)

·  e – рұқсат етілген эксцентриситет (мкм)

Бұл формула динамикалық теңгерімдеудің мәнін ашады:  теңгерімдеудің дәлдігі қалдық теңгерімсіздіктің шамасына ғана емес, сонымен қатар ротордың жұмыс жылдамдығына да байланысты . Жылдамдық неғұрлым жоғары болса, сол теңгерімсіздіктен туындаған діріл соғұрлым жоғары болады, осылайша жоғары теңестіру дәлдігін қажет етеді.

II. G1.0 және G2.5: Стандартты түсіндіру және қолдану сценарийлері

G2.5 – Өнеркәсіптік қозғалтқыштардың 'Жұмыс күші'

G2.5 -  ең жиі қолданылатын баланстық баға .  шағын және орта автомобиль өнеркәсібінде Оның негізгі қолдану сценарийлеріне мыналар кіреді:

• Газ турбиналары

• Станок шпиндельдері

• Шағын және орта электр қозғалтқыштары

Дәстүрлі қозғалтқыштар үшін G2.5 маркасы өнеркәсіптік қолданбалардың басым көпшілігінің діріл мен шу талаптарына жауап береді. IEC стандарттары жоғары тиімді қозғалтқыштар үшін ротор балансының дәрежесі G2.5 жетуі керек екенін анық айтады.

G1.0 – Дәлдік қозғалтқыштарға арналған 'Жоғары стандарт'

G1.0 жоғары дәлдіктегі таразы дәрежесі болып табылады, оның талаптары G2.5-тен 2,5 есе қатаңырақ. Типтік қолданбаларға мыналар жатады:

• Тегістеу станоктарының жетектері

• Шағын дәлдіктегі қозғалтқыш роторлары

• Жоғары дәлдіктегі станок шпиндельдері

• Аудио және бейне жетек құрылғылары

Магниттік левитация қозғалтқыштарын қалай таңдауға болады?

Магниттік көтергіш қозғалтқыштар әдетте дәстүрлі қозғалтқыштарға қарағанда (он мыңдаған айн/мин немесе одан да көп) әлдеқайда жоғары жылдамдықта жұмыс істейді және олардың діріл мен левитация дәлдігіне қойылатын талаптары өте талап етіледі. Сондықтан магниттік левитация қозғалтқыштары үшін динамикалық теңдестіру дәрежесін таңдау келесі факторларды кешенді түрде ескеруі керек:

1. Жұмыс жылдамдығы : жоғары жылдамдықтар тепе-теңдік деңгейіне қатаң талаптар қояды.

2. Қолдану сценарийі : дәл жабдық (мысалы, магниттік левитациялы молекулалық сорғылар және маховиктік энергияны сақтау жүйелері) жиі G1.0 немесе тіпті G0.4 талап етеді.

3. Ротордың қаттылығы : икемді роторлар жоғары теңестіру дәлдігін қажет етуі мүмкін.

Практикалық инженерияда көптеген магниттік левитация қозғалтқыштарының теңгерім талаптары  қазірдің өзінде G2.5-тен асып түсті және G1.0 немесе тіпті G0.4-ке қарай жылжуда..

III. Рұқсат етілген қалдық теңгерімсіздікті есептеу

Баланстың G дәрежесін анықтағаннан кейін келесі қадам ротордың рұқсат етілген қалдық теңгерімсіздігін есептеу болып табылады. Бұл динамикалық теңдестіру тестілеуіндегі ең маңызды сандық көрсеткіш.

Есептеу формулалары

ISO стандартына сәйкес рұқсат етілген қалдық теңгерімсіздік U_per келесі түрде есептеледі:

U_per = 9549 × G × м / n

немесе

U_per = G × M / (ω × 1000)

Қайда:

• U_per – рұқсат етілген қалдық теңгерімсіздік (г·мм)

• G – теңгерім сапасы (мм/с)

• м / М – ротордың массасы (кг)

• n – жұмыс жылдамдығы (айн/мин)

• ω – жұмыс бұрыштық жылдамдығы (рад/с)

Есептеу мысалы

Магниттік көтергіш қозғалтқыштың роторының массасы 50 кг және жұмыс жылдамдығы 30 000 айн/мин делік:

• таңдалса  G2.5  : U_per = 9549 × 2,5 × 50 / 30000 ≈  39,8 г·мм

• Егер  G1.0  таңдалса: U_per = 9549 × 1.0 × 50 / 30000 ≈  15,9 г·мм

Дәл осындай жағдайларда G1.0 үшін рұқсат етілген қалдық теңгерімсіздік G2.5 үшін 40% ғана болатынын көруге болады. Жоғары жылдамдықты магнитті левитация қозғалтқыштары үшін бұл  миллиграмм деңгейіндегі салмақты кесу дәлдігін білдіреді.

Түзету жазықтықтарына бөлу

Екі жазықтықты теңестіруді қажет ететін роторлар үшін (ұзындықтың диаметрге қатынасы > 0,5) жалпы рұқсат етілген теңгерімсіздік екі түзету жазықтығы арасында бөлінуі керек. Бөлу коэффициенті әдетте түзету жазықтықтарынан ротордың ауырлық центріне дейінгі қашықтықтарға кері пропорционалды түрде есептеледі.

IV. Магниттік левитация қозғалтқышының роторларына арналған динамикалық теңгерімді сынау процестері

Магниттік көтергіш қозғалтқыштардың динамикалық теңгерімі дәстүрлі қозғалтқыштардан түбегейлі ерекшеленеді, өйткені олардың бірегей қолдау әдісі –  магнитті мойынтіректермен контактісіз левитация.

1. Дәстүрлі теңдестіру әдістерінің шектеулері

Дәстүрлі теңдестіру әдістері өлшеу және түзету үшін роторды механикалық мойынтіректермен (роликтер немесе V-блоктар) қолдайтын арнайы теңдестіру машинасын қажет етеді. Дегенмен, магниттік көтергіш ротордың нақты жұмыс күйі магниттік мойынтіректердің көтеру күштерімен қамтамасыз етіледі. Механикалық қолдау нақты жұмыс жағдайларын имитациялай алмайды және қосымша қолдау бұзылыстарын тудыруы мүмкін.

2. Магниттік левитация роторларын теңестіру әдістері

(1) Онлайн теңгерімдеу

Онлайн теңгерімдеу  магниттік левитация жүйесі қалыпты жұмыс істеп тұрған кезде орындалатын теңгеру операцияларын білдіреді . Негізгі тұжырымдама ротордың діріл сигналдарын алу үшін магниттік тірек жүйесіне тән сенсорларды (орын ауыстыру сенсорлары, ток сенсорлары және т.б.) пайдалану, содан кейін теңгерімсіздіктің шамасы мен фазасын шығару үшін алгоритмдерді пайдалану, осылайша түзету стратегиясын анықтау.

Бұл әдіс роторды жабдықтан бөлшектеу қажеттілігін жояды, теңгерім тиімділігін айтарлықтай арттырады.

(2) Сынақсыз теңдестіру

Дәстүрлі теңдестіру әдістері әсер коэффициенттерін алу үшін бірнеше сынақ сынақтарын (сынақ салмақтарын қосу → өлшеу → реттеу) қажет етеді, бұл тиімсіз. Мұны шешу үшін зерттеушілер ұсынды. магниттік мойынтіректердің белсенді басқару сипаттамаларына негізделген сынақсыз салмақсыз теңдестіру әдістерін .

Бұл әдіс айналу кезінде нақты сынақ салмақтары тудыратын орталықтан тепкіш күштерді имитациялай отырып, статикалық левитация күйінде басқарылатын электромагниттік күштерді генерациялау үшін магнитті мойынтіректердің белсенді басқарылуын пайдаланады. Бұл процедураны айтарлықтай жеңілдете отырып, сынақ салмақтарын физикалық орнатусыз әсер ету коэффициенттерін анықтауға мүмкіндік береді.

(3) Жергілікті баланстау

Жұмыс орнындағы теңгерімдеу жабдықты орнатудың нақты орнында орындалатын теңгерімдеу операцияларын білдіреді. Роторды алып тастап, сынақ орнына жіберетін дәстүрлі әдістерден айырмашылығы, орнында теңгерімдеу  бүкіл жүйенің жан-жақты әсерін  (соның ішінде мойынтіректердің қаттылығын, орнату жағдайларын, іргетастың тербелістерін және т.б.) ескереді, нақты жұмыс жағдайларына жақсырақ сәйкес келетін теңгерімдеу нәтижелерін береді.

3. Тестілеудің типтік процедурасы

Мысал ретінде магниттік левитациялы орталықтан тепкіш үрлеуді алатын болсақ, әдеттегі динамикалық теңгерімді сынау процедурасы келесідей:

1-қадам: Алдын ала тексеру
Теңдестірер алдында ротор өңдеу ақауларының, саңылаулардың немесе оған жабысатын бөгде заттардың жоқтығын растау үшін визуалды және өлшемді тексеруден өтуі керек.

2-қадам: Бастапқы өлшеу
Арнайы теңдестіру машинасында немесе магниттік левитация жүйесінде діріл амплитудасы мен фаза деректерін жинау үшін жұмыс жылдамдығының шамамен 70%-ында сынақты орындаңыз.

3-қадам: Теңгерімсіздікті анықтау
Сигналды өңдеу арқылы ротордың синхронды діріл құрамдас бөлігін шығарып, теңгерімсіздіктің шамасы мен фазасын шығару үшін оны ротор динамикасының үлгісімен біріктіріңіз.

4-қадам: Түзету және тексеру
Есептеу нәтижелерінің негізінде көрсетілген позициялардағы салмақты қосыңыз немесе алып тастаңыз, содан кейін мақсатты баланс дәрежесіне қол жеткізілгенін тексеру үшін қайта өлшеңіз.

5-қадам: Толық жылдамдық диапазонын тексеру
Барлық жылдамдықтардағы діріл деңгейлерінің талаптарға сай болуын қамтамасыз ету үшін жұмыс жылдамдығы диапазонындағы (соның ішінде өте жақын жылдамдықтар) бірнеше жылдамдық нүктелерінде дірілді өлшеуді орындаңыз.

4. Магниттік левитацияны теңдестірудегі техникалық қиындықтар

Магниттік левитация роторларын теңдестіру бірнеше ерекше қиындықтарды тудырады:

• Ротордың икемді әсерлері : жоғары жылдамдықты магниттік левитация роторлары жиі сыни жылдамдықтардан жоғары жұмыс істейді және икемді роторлар болып табылады; олардың теңгерімсіздігінің таралуы жылдамдыққа байланысты өзгеруі мүмкін, бұл мультимодальды теңгерімдеуді қажет етеді.

• Электромагниттік күш кедергісі : магниттік мойынтіректердің электромагниттік күштерінің өзі қосымша синхронды діріл күштерін енгізуі мүмкін, оларды алгоритмдерде ажырату және өтеу қажет.

•  Датчиктің дәлдігі : орын ауыстыру және ток датчиктерінің дәлдігі теңгерімсіздікті анықтау сенімділігіне тікелей әсер етеді.

V. Қорытынды

Динамикалық теңдестіру магниттік левитация қозғалтқышын жай ғана 'айналу мүмкіндігінен' 'айналдыру ұңғымасына' алатын негізгі қадам болып табылады. G1.0 және G2.5 тек екі сандық белгі емес; олар әртүрлі дәлдік деңгейлері мен инженерлік талаптарды білдіреді. Магниттік левитация қозғалтқыштары үшін жылдамдықтар ұлғайған сайын және қолданбалар барған сайын күрделене түскен сайын, G2.5-тен G1.0-ге және одан да жоғары дәлдікке көшу сөзсіз үрдіске айналды.

Сонымен қатар, магниттік левитация қозғалтқыштарын қолдаудың бірегей әдісі желідегі теңгерімдеу және сынақсыз салмақсыз теңдестіру сияқты инновациялық теңгерімдеу процестерін тудырды. Бұл технологиялар теңгерімдеудің тиімділігін арттырып қана қоймайды, сонымен қатар динамикалық теңгерімдеуді 'жөнелту алдындағы тексеру қадамынан' 'толық қызмет ету мерзіміне қызмет көрсету құралына' түрлендіреді.

Стандарттарды түсіну, әдістерді меңгеру және дәлдікпен орындау – бұл магниттік левитация қозғалтқышының роторлары үшін динамикалық теңгерімдеудің негізгі мәні болып табылады.