Пристрій стабілізації радіального положення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори

Реферат: Пристрій стабілізації радіального положення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори містить компенсатори радіального зміщення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори, вимірювачі величин зазорів, вимірювач кута повороту вала радіальної аеростатичної опори, обчислювач, операційні підсилювачі, диференційні підсилювачі сигналів неузгодження, перемикачі "пряме - вимк. - зворотне", вимикачі "увімк. - вимк.". Пристрій додатково включає фільтри виділення спектра частот високочастотних радіальних навантажень, фазокоректуючі контури, диференційні підсилювачі високочастотних складових радіальних навантажень, а п'єзостовпи регуляторів тиску газу компенсаторів радіального зміщення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори складаються з секції компенсації радіального навантаження від сили дисбалансу та радіальної складової сили різання і секції компенсації високочастотного радіального навантаження, причому датчики величин зазорів компенсаторів радіального зміщення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори з'єднані з входами вимірювачів величин зазорів, а їх виходи з'єднані з входами обчислювача, виходи вимірювачів величин зазорів по датчиках величин зазорів, установлених по осях базових систем координат, з'єднані з входами відповідних фільтрів виділення спектра частот високочастотного радіального навантаження, а через вимикач "увімк. - вимк." з другими входами відповідних диференційних підсилювачів сигналів неузгодження, виходи вимірювача кута повороту з'єднані з входами обчислювача, перші входи диференціальних підсилювачів сигналів неузгодження через вимикач "увімк. - вимк." з'єднані з відповідними виходами напруги опорних зазорів обчислювача, виходи диференційних підсилювачів сигналів неузгодження з'єднані з секціями компенсації радіальних навантажень від сили дисбалансу та радіальної складової сили різання п'єзостовпів регуляторів тиску газу відповідних груп регуляторів тиску газу компенсаторів радіального зміщення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори, входи операційних підсилювачів з'єднані з відповідними виходами сигналів управління обчислювача, а їх виходи через перемикачі "пряме - вимк. - зворотне" з'єднані з першими і другими входами відповідних диференційних підсилювачів сигналів неузгодження, виходи фільтрів виділення спектра частот високочастотного радіального навантаження з'єднані з входами відповідних фазокоректуючих контурів, а їх виходи з'єднані з першими входами відповідних диференційних підсилювачів високочастотного радіального навантаження, а їх UA 98995 C2 (12) UA 98995 C2 другі входи з'єднані з землею, виходи диференційних підсилювачів високочастотного радіального навантаження з'єднані з секціями компенсації високочастотного радіального навантаження п'єзостовпів регуляторів тиску газу відповідних груп регуляторів тиску газу компенсаторів радіального зміщення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори. UA 98995 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до верстатобудування і може бути використаний при конструюванні верстатів для обробки особливо точних елементів оптики і механіки. Відомий найбільш близький за технічною суттю до технічного рішення, що заявляється, патент України № 25727 А від 30.10.98 р. "Пристрій компенсації радіальних навантажень на вал радіальної аеростатичної опори". Цей пристрій вибраний як прототип. Пристрій прототипу забезпечує: Визначення параметрів еліпсів в перерізах вала радіальної аеростатичної опори плоскостями установлення датчиків величин зазорів і розрахунок координат цих датчиків величин зазорів. Визначення координат незміщеного положення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори. Вимірювання і запам'ятовування на кутах повороту вала величин опорних зазорів під датчиками величин зазорів, які встановлені по осях базових систем координат і які відповідають незміщеному положенню осі обертання вала радіальної аеростатичної опори. При відхиленні в процесі роботи пристрою поточних величин зазорів під датчиками величин зазорів на кутах повороту вала від опорних виробляються сигнали неузгодження, які запобігають цьому відхиленню. Недоліком пристрою прототипу є наступне. Навантаження на вал аеростатичної шпиндельної опори від сил дисбалансу і радіальної складової сили різання в процесі її експлуатації - змінна величина і може досягати значної величини. Для компенсації цього навантаження з метою стабілізації осьового положення осі обертання вала опори сила тиску регуляторів тиску газу повинна відповідати навантаженню, тобто площа поперечного перерізу підвідних каналів газу регуляторів тиску повинна змінюватися у достатньо широкому діапазоні. Отже, п'єзостовпи регуляторів тиску газу повинні складатися з багатьох дисків, тому мають велику постійну часу і є інерційним ланцюгом системи автоматичного управління. Тому високочастотні радіальні навантаження не компенсуються або компенсуються неповністю, що збільшує шорсткість високоточних елементів оптики та механіки, які оброблюються. Задача, що вирішується, полягає у такому удосконаленні пристрою прототипу, яке забезпечує повну компенсацію радіального навантаження на вал радіальної аеростатичної опори, включаючи високочастотне, і тим зменшує шорсткість особливо точних елементів оптики і механіки, що обробляються. Вирішення задачі досягається тим, що пристрій стабілізації радіального положення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори, який містить компенсатори радіального зміщення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори, вимірювачі величин зазорів, вимірювач кута повороту вала радіальної аеростатичної опори, обчислювач, операційні підсилювачі, диференційні підсилювачі сигналів неузгодження, перемикачі "пряме - вимк. зворотне", вимикачі "увімк. - вимк.", згідно з винаходом, пристрій додатково включає фільтри виділення спектра частот високочастотних радіальних навантажень, фазокоректуючі контури, диференційні підсилювачі високочастотних складових радіальних навантажень, а п'єзостовпи регуляторів тиску газу компенсаторів радіального зміщення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори складаються з секції компенсації радіального навантаження від сили дисбалансу та радіальної складової сили різання і секції компенсації високочастотного радіального навантаження, причому, датчики величин зазорів компенсаторів радіального зміщення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори з'єднані з входами вимірювачів величин зазорів, а їх виходи з'єднані з входами обчислювача, виходи вимірювачів величин зазорів по датчиках величин зазорів, установлених по осях базових систем координат, з'єднані з входами відповідних фільтрів виділення спектра частот високочастотного радіального навантаження, а через вимикач "увімк. - вимк." з другими входами відповідних диференційних підсилювачів сигналів неузгодження, виходи вимірювача кута повороту з'єднані з входами обчислювача, перші входи диференціальних підсилювачів сигналів неузгодження через вимикач "увімк. - вимк." з'єднані з відповідними виходами напруги опорних зазорів обчислювача, виходи диференційних підсилювачів сигналів неузгодження з'єднані з секціями компенсації радіальних навантажень від сили дисбалансу та радіальної складової сили різання п'єзостовпів регуляторів тиску газу відповідних груп регуляторів тиску газу компенсаторів радіального зміщення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори, входи операційних підсилювачів з'єднані з відповідними виходами сигналів управління обчислювача, а їх виходи через перемикачі "пряме - вимк. - зворотне" з'єднані з першими і другими входами відповідних диференційних підсилювачів сигналів неузгодження, виходи фільтрів виділення спектра частот високочастотного радіального навантаження з'єднані з входами відповідних фазокоректуючих 1 UA 98995 C2 5 10 15 20 25 30 35 контурів, а їх виходи з'єднані з першими входами відповідних диференційних підсилювачів високочастотного радіальною навантаження, а їх другі входи з'єднані з землею, виходи диференційних підсилювачів високочастотного радіального навантаження з'єднані з секціями компенсації високочастотного радіального навантаження п'єзостовпів регуляторів тиску газу відповідних груп регуляторів тиску газу компенсаторів радіального зміщення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори. Причинно-наслідковий зв'язок технічного рішення, що заявляється, з досягуваним технічним результатом полягає у наступному. Огинаючі вихідних сигналів вимірювачів величин зазорів визначають частотний спектр цих сигналів, який в свою чергу визначається складом і величиною діючих на вал радіальної аеростатичної опори навантажень. На фіг. 1 показані: 1 - напруга сигналу на виході вимірювача величини зазору в статиці, яка відповідає розрахунковій величині зазору під датчиком величини зазору. 2 - огинаюча напруги сигналу на виході вимірювача величини зазору, яка промодульована навантаженням від сили дисбалансу при номінальній швидкості обертання вала до початку точіння. 3 - огинаюча 2 напруги сигналу на виході вимірювача величини зазору, яка зміщена під дією постійної складової радіальної складової сили різання. 4- огинаюча напруги сигналу на виході вимірювача величини зазору в процесі точіння при дії на вал повного навантаження, яке включає також зовнішні змушуючі коливання. Найбільший вплив на положення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори справляє сила дисбалансу. Вектор сили дисбалансу обертається синхронно з валом і на оберті вала опори вважається постійною величиною. При обробці деталей, які несиметричні відносно осі обертання, сила дисбалансу у міру зрізання матеріалу збільшується і може досягати піднімальної сили компенсаторів радіального зміщення осі обертання вала опори. При швидкості обертання вала 600 об./хв. частота модуляції напруги вихідних сигналів вимірювачів величин зазорів під дією сили дисбалансу складає 10 Гц, а її період дорівнює періоду обертання вала і дорівнює Твала = 0.1 с. Час зростання із напруги сигналу на виході вимірювача величини зазору (фіг. 1), а, отже, і напруги неузгодження на п'єзостовпах регуляторів тиску газу від мінімального до максимального значення дорівнює половині періоду обертання вала опори. При швидкості обертання вала 600 об./хв. t3 = Твала /2 = 0.05 с. Як відомо, п'єзостовп є аперіодичним ланцюгом системи автоматичного управління. Напруга на п'єзостовпі досягає свого сталого значення Un.c.cm. через t = 6.2 Тn.с. , де Тn.с. - постійна часу п'єзостовпа: Un.c.cm. 45 50 55 ). Отже, для того щоб за половину періоду обертання вала опори напруга неузгодження на п'єзостовпі досягла свого значення, постійна часу п'єзостовпа повинна бути Tn.c. 40 Un.c. (1 t t3 Tn.c. t3 6 .2 0.008 c. При швидкості обертання вала опори 3000 об./хв. частота модуляції напруги вихідного сигналу вимірювача величини зазору дорівнює 50 Гц, період обертання вала Твала = 0.02 с, а час зростання із напруги сигналу на виході вимірювача величини зазору t3 =0.01 с Отже постійна часу п'єзостовпа не повинна перевищувати 0,0016 с. Високочастотні навантаження на вал радіальної аеростатичної опори викликає флуктуація головного вектора сил тиску в газовому шарі радіальної аеростатичної опори, яку викликає деформація поля тиску в газовому шарі похибками розмірів та форми виготовлення опори, а також випадкова складова радіальної складової сили різання, яка виникає через неоднорідність матеріалу, що обробляється. Крім того, вал радіальної аеростатичної опори змушують коливатись вібрації власних приводів, а також коливання поверхні Землі, які перевищують смугу заглушення частот віброкомпенсуючими опорами і пройшли на корпус опори. Частоти високочастотних радіальних навантажень на вал опори може досягати 1,5-2 кГц. Для їх компенсації постійна часу п'єзостовпів для їх компенсації повинна бути на два порядки менше постійної часу п'єзостовпів для компенсації навантаження від сили дисбалансу. Для забезпечення потрібного діапазону зміни піднімальної сили компенсаторів радіального зміщення осі обертання вала опори п'єзостовпи регуляторів тиску газу виготовляються багатодисковими, що обумовлює їх велику постійну часу. В результаті умова t3 6.2 Тn.с. повної компенсації радіального навантаження для високочастотних радіальних навантажень не виконується, тобто ці радіальні навантаження не компенсуються, або компенсуються неповністю. 2 UA 98995 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Для повної компенсації радіального навантаження на вал радіальної аеростатичної опори п'єзостовпи регуляторів тиску газу виконуються двосекційними. Кожний п'єзостовп (Фіг. 2) включає багатодискову секцію компенсації радіального навантаження від сили дисбалансу і радіальної складової сили різання і секцію компенсації високочастотних радіальних навантажень, яка складається, наприклад, з одного, двох або трьох дисків, чого достатньо для компенсації цих навантажень, і має малу постійну часу. Високочастотні складові вихідних сигналів вимірювачів величин зазорів по датчиках величин зазорів, встановлених по осях базових систем координат, з сигналів вимірювачів виділяються фільтрами спектра частот високочастотного радіального навантаження (Фіг. 3), смуги пропускання яких (Фіг. 4) відповідають спектра частот високочастотних радіальних навантажень. Винахід пояснюється кресленнями. Фіг. 1 - огинаючі вихідної напруги вимірювача величини зазору. Фіг. 2 - двосекційний п'єзостовп. Фіг. 3 - резонансний фільтр з фазокоректуючим контуром. Фіг. 4 - амплітудно-частотна характеристика резонансного фільтра. Фіг. 5 - радіальна аеростатична опора. Фіг. 6 - функціональна схема пристрою стабілізації радіального положення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори. Фіг. 7 - датчики величин зазорів в перерізах по А-А і В-В радіальної аеростатичної опори. Фіг. 8 - до визначення параметрів еліпсів в перерізах вала радіальної аеростатичної опори. Пристрій стабілізації радіального положення осі обертання вала 1 радіальної аеростатичної опори 2 включає (Фіг. 5) датчики 3 величини зазору 4 між основами датчиків 3 і поверхнею вала 1. Датчики 3 величин зазорів установлені у втулці 5 радіальної аеростатичної опори 2 (в двох перерізах опори 2 по А-А і В-В, перпендикулярних осі обертання вала 1). В кожному зі згаданих перерізів по осях систем координат ХОУ і Х1О1У1, (Фіг. 6) установлено вісім (в даному прикладі) датчиків величин зазорів. Вектори компенсації радіальних A A A B B B навантажень формують в двох перерізах опори 2 в системах координат X O У і X O У , які приймають як базові системи координат. У втулці 5, також рівномірно по колу, виконані жиклери 6 подачі газу в зазор 4, причому кожен жиклер 6 з'єднує камеру 7 піддуву з зазором 4. Навпроти кожного жиклера 6 подачі газу в зазор 4 в камері 7 піддуву встановлений двосекційний п'єзостовп 8 з установленою на ньому регулювальною голкою 9, яка призначена для зміни площі поперечного перерізу підходящого каналу цього жиклера 6. Жиклер 6 подачі газу, двосекційний п'єзостовп 8, регулювальна голка 9 утворюють регулятор 10 тиску газу. Двосекційний п'єзостовп 8 складається з двох секцій: секції 11 компенсації радіального навантаження від сили дисбалансу та радіальної складової сили різання і секції 12 компенсації високочастотного радіального навантаження. Регулятори 10 тиску газу, які розташовані в одній площині, об'єднані в чотири групи (Фіг. 6): перша група 13 регуляторів тиску, друга група 14 регуляторів тиску, третя група 15 регуляторів тиску, четверта група 16 регуляторів тиску в перерізі по Б-Б опори (Фіг. 5, 6) і перша група 17 регуляторів тиску, друга група 18 регуляторів тиску, третя група 19 регуляторів тиску, четверта група 20 регуляторів тиску в перерізі по Г-Г опори. Регулятори 10 кожної групи регуляторів тиску установлені симетрично відносно осей базових систем координат ХОУ. Причому, групи 13, 14, 15, 16 регуляторів тиску, які установлені в перерізі по Б- Б, і датчики 3 величин зазорів, які установлені в перерізі по А - А (Фіг.5) радіальної аеростатичної опори 2, утворюють компенсатор 21 радіального зміщення осі обертання вала 1 радіальної аеростатичної опори 2. Групи 17, 18, 19. 20 регуляторів тиску газу, які установлені в перерізі по Г- Г опори 2, і датчики 3 величин зазорів, які установлені в перерізі по В - В опори 2, утворюють компенсатор 22 радіального зміщення осі обертання вала 1 радіальної аеростатичної опори 2. Кожний датчик 3 величини зазору обох компенсаторів 21 і 22 з'єднаний з відповідним вимірювачем 23 величини зазору (Фіг. 6). Вимірювачі 23 величини зазору призначені для перетворення сигналів датчиків 3 в напруги, які пропорційні величинам зазорів під цими датчиками 3. як вимірювачі 23 використовуються вимірювачі мікропереміщень (Гриневич Б.Ф. Измерительные компенсационно-мостовые устройства с емкостными датчиками. - К.: Наукова -3 -4 думка, 1987.). Похибка цих вимірювачів не перевищує 10 - 10 величини зазору, що вимірюється. Сигнал з виходу кожного вимірювача 23 величини зазору надходить в обчислювач 24. як обчислювач 24 може використовуватись персональна ЕОМ з модулем уводу-виводу для обміну 3 UA 98995 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 інформацією з зовнішніми функціональними елементами (Науман Г. Стандартные интерфейсы для измерительной техники. - М.: Мир, 1982.). Обчислювач 24 забезпечує: 1. Знімання інформації з обчислювачів 23 величин зазорів і обчислення координат датчиків 3 величин зазорів. 2. Обчислення координат осі обертання вала 1. 3. Формування масивів величин опорних зазорів. 4. Приймання інформації з вимірювача 25 кута повороту вала і відображення його на екрані дисплея. 5. Формування на групи 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 регуляторів тиску компенсаторів 21 і 22 радіального зміщення осі обертання вала 1 цифрових кодів сигналів управління для установлення вала 1 на кутах його повороту в незміщене положення, а також перетворення кодів величин опорних зазорів під датчиками 3 величин зазорів, які на кутах повороту вала 1 відповідають незміщеному положенню його осі обертання. як вимірювач 25 кута повороту може використовуватися трансформатор, що обертається (Ахметжанов А. А. Электромеханические преобразователи угла поворота с электрической редукцией. - М.: Энергия, 1978.) З обчислювача 24 сигнал управління Uynp.1, положенням вала 1 на групи 13 і 15 регуляторів тиску газу компенсатора 21 радіального зміщення осі обертання, сигнал управління 7 Uynp.2 положенням вала 1 на групи 14 і 16 регуляторів тиску газу компенсатора 21 радіального зміщення осі обертання, сигнал управління Uynp.3, положенням вала 1 на групи 17 і 19 регуляторів тиску газу компенсатора 22 радіального зміщення осі обертання, сигнал управління Uynp.4 положенням вала 1 на групи 18 і 20 регуляторів тиску газу компенсатора 22 радіального зміщення осі обертання надходять на два відповідних операційних підсилювачі 26 і 27 кожний (Фіг. 6). Причому, на операційні підсилювачі 26 вхідні сигнали надходять на прямі входи, а на операційні підсилювачі 27 вхідні сигнали надходять на інвертуючі входи. Отже кожна пара операційних підсилювачів 26 і 27 формує рівні по величині і протилежні по фазі напруги, які пропорційні величинам відповідних сигналів управління. Виходи кожної пари операційних підсилювачів 26 і 27 перемикачами 28 "пряме - вимк. зворотне" підключаються до входів операційних підсилювачів 29, 30, 31, 32 сигналів неузгодження. В положенні перемикачів 28 "пряме" при надходженні сигналів управління Uynp.1, Uynp.2, Uynp.3, Uynp.4 вал 1 відносно початкового положення зміщується в напрямку відповідної позитивної півосі системи координат ХОУ (Фіг. 6), а в положенні перемикачем 28 "зворотне" при збільшенні сигналів управління Uynp.1, Uynp.2, Uynp.3, Uynp.4 вал 1 зміщується в напрямку відповідної негативної півосі системи координат ХОУ. Диференційні підсилювачі 29, 30, 31, 32 сигналів неузгодження при настроюванні пристрою забезпечують формування на своїх виходах протифазних напруг, різниця потенціалів між якими пропорційна відповідному сигналу управління Uynp.1, Uynp.2, Uynp.3, Uynp.4. Виходи диференційних підсилювачів 29, 30, 31, 32 вимикачами 33 "увімк. - вимк." в положенні "увімк." підключаються до секцій 11 компенсації радіального навантаження від сили дисбалансу та радіальної складової сили різання п'єзостовпів 8 регуляторів 10 тиску газу відповідних груп 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 регуляторів тиску. Причому, до кожного диференційного підсилювача 29, 30, 31, 32 підключаються дві групи регуляторів тиску, які розташовані по однойменних півосях систем координат ХОУ в перерізах радіальної аеростатичної опори по Б-Б і Г-Г (Фіг. 6). При роботі пристрою напруги, які відповідають кодам величин опорних зазорів під датчиками 3 величин зазорів, які установлені по позитивних півосях базових систем координат ХОУ компенсаторів 21 і 22 і які відповідають незміщеному положенню осі обертання вала 1 опори 2 з обчислювача 24 через вимикачі 34 надходять на перші входи диференційних підсилювачів 29, 30, 31, 32. На другі входи диференційних підсилювачів 29 і 30 через вимикач 35 "увімк. - вимк." надходять сигнали вимірювачів 23 величин зазорів по сигналам датчиків 3 величин зазорів установлених по півосях +Х і +У базової системи координат ХОУ компенсатора 21 радіального зміщення осі обертання вала 1 відповідно. На другі входи диференційних підсилювачів 31 і 32 через вимикач 35 "увімк. - вимк." надходять сигнали вимірювачів 23 величин зазорів по сигналам датчиків 3 величин зазорів, установлених по півосях +Х і +У базової системи координат ХОУ компенсатора 22 радіального зміщення осі обертання вала 1 опори 2 відповідно. Таким чином, диференційні підсилювачі 29, 30, 31, 32 призначені для формування на своїх виходах протифазних сигналів, різниця потенціалів між якими пропорційна величинам відхилень поточних значень величин зазорів під датчиками 3 величин зазорів, установлених в перерізах 4 UA 98995 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 по А-А і В-В опори 2 по позитивних півосях базових систем координат ХОУ від величин опорних зазорів для цих датчиків, які відповідають незміщеному положенню осі обертання вала 1 радіальної аеростатичної опори 2. Фільтри 36, 37, 38, 39 виділення спектра частот високочастотних радіальних навантажень (Фіг. 3,4) служать для виділення з радіального навантаження на вал 1 радіальної аеростатичної опори 2 її високочастотної складової. як фільтри 36, 37, 38, 39 може використовуватись резонансний фільтр (Хоровиц П. Искусство схемотехники. - М.: Мир. 1998.). Для виділення спектра частот високочастотного радіального навантаження на входи фільтрів 36, 37, 38, 39 надходять напруги сигналів вимірювачів 23 величин зазорів по датчиках 3 величин зазорів, установлених по позитивних півосях базових систем координат ХОУ в перерізах по А-А і В-В опори 2. Фазокоректуючі контури 40, 41, 42, 43 (Фіг. 3) забезпечують компенсацію запізнюванняпо фазі спектра частот високочастотної складової радіального навантаження на фільтрах 36, 37, 38, 39. як фазокоректуючі контури 40, 41, 42, 43 можуть використовуватись фазовипереджаючі RС-контури (Зайцев Г.Ф. Основы теории автоматического регулирования. - К.: КВИРТУ ПВО, 1974.). Диференційні підсилювачі 44, 45, 46, 47 високочастотної складової радіального навантаження призначені для формування напруг на секції 12 компенсації високочастотних радіальних навантажень п'єзостовпів 8 регуляторів 10 тиску газу відповідних груп 13. 14, 15. 16, 17, 18,19, 20 регуляторів тиску. Напруги диференційних підсилювачів 44, 45, 46, 47 на секції 12 компенсації високочастотного радіального навантаження надходять через вимикачі 48 "увімк. - вимк.". На кресленнях позначена планшайба 49. Причому, датчики 3 величин зазорів компенсаторів 21 і 22 радіального зміщення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори з'єднані з входами вимірювачів 23 величин зазорів, а їх виходи з'єднані з входами обчислювача 24, виходи вимірювачів 23 величин зазорів по датчиках величин зазорів, установлених по осях базових систем координат, з'єднані з входами відповідних фільтрів 36, 37, 38, 39 виділення спектра частот високочастотного радіального навантаження, а через вимикач 35 "увімк. - вимк." з другими входами відповідних диференційних підсилювачів 29, 30, 31, 32 сигналів неузгодження, виходи вимірювача 25 кута повороту з'єднані з входами обчислювача 24, перші входи диференціальних підсилювачів 29, 30, 31, 32 сигналів неузгодження через вимикач 34 "увімк. - вимк." з'єднані з відповідними виходами напруги опорних зазорів обчислювача 24, виходи диференційних підсилювачів 29, 30, 31, 32 сигналів неузгодження з'єднані з секціями 11 компенсації радіальних навантажень від сили дисбалансу та радіальної складової сили різання п'єзостовпів 8 регуляторів 10 тиску газу відповідних груп 13, 14, 15, 16. 17, 18, 19, 20 регуляторів тиску газу компенсаторів 21 і 22 радіального зміщення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори, входи операційних підсилювачів 26 і 27 з'єднані з відповідними виходами сигналів управління обчислювача 24, а їх виходи через перемикачі 28 "пряме - вимк. - зворотне" з'єднані з першими і другими входами відповідних диференційних підсилювачів 29, 30. 31, 32 сигналів неузгодження, виходи фільтрів 36, 37, 38, 39 виділення спектра частот високочастотного радіального навантаження з'єднані з входами відповідних фазокоректуючих контурів 40, 41, 42, 43, а їх виходи з'єднані з першими входами відповідних диференційних підсилювачів 44, 45, 46, 47 високочастотних радіальних навантажень, а їх другі входи з'єднані з землею, виходи диференційних підсилювачів 44, 45, 46, 47 високочастотного радіального навантаження з'єднані з секціями 11 компенсації високочастотного радіального навантаження п'єзостовпів 8 регуляторів 10 тиску газу відповідних груп 13, 14. 15, 16, 17, 18, 19. 20 регуляторів тиску газу компенсаторів 21 і 22 радіального зміщення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори. Працює пристрій стабілізації радіального положення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори наступним чином. 1. Визначають параметри еліпсів в перерізах вала 1 площинами установки датчиків 3 величин зазорів (в перерізах по А-А і В-В опори 2). Розраховують координати датчиків 3 A A A величин зазорів (в перерізі опори 2 по А-А), установлених по осях систем координат X O У і A A A Х 1О 1У 1 і координат датчиків 3 величин зазорів (в перерізі опори 2 по В-В), установлених по B B B B B B осях систем координат X О У і Х 1О 1У 1 (Фіг. 6). 1.1. Визначають параметри еліпса в перерізі вала 1 площиною установки датчиків 3 величин зазорів (в перерізі по А-А Фіг. 5). Розраховують координати датчиків 3 величин зазорів (в перерізі по А-А опори 2). Для виконання цих дій з клавіатури обчислювача 24 виконують пуск підпрограми "Індикація величин зазорів". 5 UA 98995 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У відповідності з алгоритмом роботи цієї підпрограми обчислювач 24 з заданою частотою опитує вимірювачі 23 величин зазорів і перетворює їх вихідні напруги в цифрові двійкові коди, які в десятковому коді відображаються на екрані дисплея. Крім того, обчислювач 24 зчитує двійковий код поточного значення кута повороту вала 1 з вимірювача кута повороту 25, який також перетворюється в десятковий код і відображається на екрані дисплея. Перемикачі 48 "увімк. - вимк" установлюють в положення "вимк." і відключають диференційні підсилювачі 44, 45, 46, 47 високочастотної складової радіального навантаження від секцій 12 компенсації високочастотного радіального навантаження груп 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 регуляторів тиску газу компенсаторів 21 і 22 радіального зміщення осі обертання. Вимикачі 33 "увімк. - вимк." установлюють в положення "увімк." і підключають виходи диференційних підсилювачів 29, 30, 31, 32 сигналів неузгодження до відповідних груп 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 регуляторів тиску газу. А А А Переріз вала 1 установлюють симетрично осі X базової системи координат Х О У . Для цього на довільному куті повороту вала 1 під датчиками 3 величин зазорів С 1 і C5 компенсатора А А А 21 радіального зміщення, установлених по півосях + У і -У системи координат Х О У в перерізі вала 1 по А-А, установлюють рівні величини зазорів Z1(0) = Z5(0) (Фіг. 7). Якщо для цього вал 1 необхідно зміщувати в напрямку півосі +У перемикач 28 "пряме - вимк. - зворотне" ланцюга управління групами 14 і 16 регуляторів тиску компенсатора 21 радіального зміщення установлюють в положення "пряме". Якщо вал 1 для установлення рівних величин зазорів необхідно зміщувати в напрямку півосі -у, перемикач 28 установлюють в положення "зворотне". На клавіатурі обчислювача 24 набирають код сигналу управління Uynp.1(0) на групи 14 і 16 регуляторів тиску компенсатора 21 радіального зміщення і виконують пуск підпрограми "Установлення вала 1". У відповідності з алгоритмом роботи цієї підпрограми сигнал управління Uynp.1(0) з обчислювача 24 надходить на прямий вхід операційного підсилювача 26 і на інвертуючі вхід операційного підсилювача 27 груп 14 і 16 регуляторів тиску. Рівні по величині і протилежні по фазі напруги з виходів операційних підсилювачів 26 і 27 через перемикач 28 надходять на входи диференцюючого підсилювача 29 сигналів неузгодження, виходи якого через вимикачі 33 в положенні "увімк." підключені до груп 14 і 16 регуляторів тиску компенсатора 21 радіального зміщення. Причому, п'єзостовпи 8 регуляторів тиску газу груп 14 і 16 регуляторів тиску до виходів диференційного підсилювача 29 підключені в протифазі. Тому в положенні перемикача 28 "пряме" при надходженні напруги сигналу з диференційного підсилювача 29 секції 11 п'єзостовпів 8 регуляторів 10 тиску газу групи 14 регуляторів тиску подовжуються, а секції 11 п'єзостовпів 8 регуляторів тиску газу групи 16 регуляторів тиску скорочуються. Тиск на виходах регуляторів 10 тиску газу групи 14 регуляторів тиску зменшується, а на виходах регуляторів 10 групи 16 регуляторів тиску збільшується. В результаті вал 1 буде зміщений в напрямку півосі +У на величину, яка відповідає величині сигналу управління Uynp.1(0). Для зміщення вала в напрямку півосі -У перемикач 28 установлюють в положення "зворотне". З клавіатури обчислювача 24 виконують пуск підпрограми "Індикація величин зазорів". З дисплея зчитують величини зазорів Z1(0) і Z5(0) і порівнюють їх. Якщо Z1(0) Z5(0), змінюють величину коду сигналу управління Uynp.1(0) і виконують пуски підпрограми "Установлення вала 1". Методом послідовних наближень добиваються виконання рівності Z1(0) = Z5(0). Код сигналу управління Uynp.1(0) запам'ятовують. Не змінюючи положення вала 1 зчитують з дисплея і запам'ятовують величини зазорів Z3(0) і Z7(0) під датчиками 3 величин зазорів, установлених по півосях +Х і -X системи координат A A A X O У в перерізі по А-А опори 2. З дискретністю установлюють вал 1 відносно початкового кута повороту на кути повороту , 2 , 3 , ... , k , ... , 360° - . На кожному куті повороту k (k - 1, 2, 3, ...) зміщують вал 1 і під датчиками 3 величин зазорів компенсатора 21 радіального зміщення, установлених по A A A півосях +У і -У базової системи координат X O У в перерізі по А-А опори 2, установлюють рівні величини зазорів Z1(k ) = Z5(k ). Для установки рівних величин зазорів Z1(k ) = Z5(k ) виконують ті ж дії, що і при установці рівних величин зазорів Z1(0) = Z5(0) на початковому куті повороту вала 1. Сигнал управління Uynp.1(k ), при якому виконується рівність Z1(k ) = Z5(k ), запам'ятовують. На кутах повороту вала 1 = k , не змінюючи сигналу управління Uynp.1(k ), під датчиком 3 величини зазору С7 компенсатора 21 радіального зміщення, установленого по півосі -X A A A системи координат X O У , установлюють величину зазору Z7(k ) = Z7(0). Для цього на клавіатурі обчислювача 24 набирають код сигналу управління Uynp.2(k ) на групи 13 і 15 регуляторів тиску компенсатора 21 радіального зміщення і виконують пуск підпрограми "Установлення вала 2". 6 UA 98995 C2 5 10 15 У відповідності з алгоритмом роботи цієї підпрограми сигнал управління Uynp.2(k ), з обчислювача 24 надходить на прямий вхід операційного підсилювача 26 і інвертуючий вхід операційного підсилювача 27 груп 13 і 15 регуляторів тиску. Рівні по величині і протилежні по фазі напруги з виходів операційних підсилювачів 26 і 27 через перемикач 28 надходять на вхід диференційного підсилювача 30 сигналів неузгодження, виходи якого через вимикач 33 підключені до груп 13 і 15 регуляторів тиску компенсатора 21 радіального зміщення осі обертання вала 1 опори 2. З клавіатури обчислювача 24 виконують пуск підпрограми "Індикація величин зазорів". З дисплея зчитують величину зазору Z7(k ) і порівнюють її з величиною зазору Z7(0). Якщо Z7(k ) Z7(0), змінюють величину коду сигналу управління Uynp.2(k ) і, виконуючи пуски підпрограми "Установлення вала 2", методом послідовних наближень досягають виконання рівності Z7(k ) = Z7(0). Сигнал управління Uynp.2(k ), при якому досягнуто виконання цієї рівності запам'ятовують. Не змінюючи сигналів управління Uynp.1(k ), і Uynp.2(k ), виконують пуски підпрограми "Індикація величин зазорів". Зчитують з дисплея і запам'ятовують величину зазору Z3(k ) під датчиком 3 величини зазору компенсатора 21 осьового зміщення, установленого по осі +Х A A A системи координат X O У (в перерізі по А - А) опори 2. Після отримання величин зазорів Z3(k ) під датчиком 3 величини зазору (датчик С3) на всіх k 20 25 30 35 40 45 50 55 360 1 дискретних кутах повороту вала 1 (k = 1,2,3,..., k) установлюють вал 1 на кут повороту =k , для якого величина зазору Z3(k ) = min. На клавіатурі обчислювача 24 набирають коди сигналів управління Uynp.1(k ) і Uynp.2(k ), при яких виконалась рівність Z1(k ) = Z5(k ), a Z3(k ) = min, і виконують пуск підпрограм "Установлення вала 1" і "Установлення вала 2". В результаті групи 13, 14, 15, 16 регуляторів тиску компенсатора 21 радіального зміщення установлять вал 1 в положення, при якому Z1(k ) = Z5(k ), a Z3(k ) = min. Почергово виконують пуски підпрограм "Індикація величин зазорів" і "Установлення вала 1" і, змінюючи сигнал Uynp.1(k ) на групи 13 і 15 регуляторів тиску компенсатора 21 радіального зміщення, установлюють під датчиком 3 величини зазору (датчиком С1), установленого по півосі A A A +У базової системи координат X O У зазор, рівний Z1(k )/2. Вимірюють при цьому положенні 0 0 0 0 0 вала 1 зазори Z 3(k ) i Z 7(k ), обчислюють і запам'ятовують суму S = Z 3(k ) + Z 7(k ), а 0 також початковий сигнал управління U vnp.1 (k ), який забезпечує установку під датчиком 3 величини зазору С1 величину зазору, яка дорівнює Z1(k )/2. A A A З кроком у зміщують вал 1 в напрямку півосі -У базової системи координат X O У на величину Zx(k ). j j j На кожному j-му кроці зміщення вала 1 обчислюють суму S = Z 0(k ) + Z 7(k ) і запам'ятовують сигнал управління Uynp.1(k ), який задає положення вала 1 на j-му кроці. Після переміщення вала 1 з початкового положення на величину Z1(k ) визначають сигнал j управління Uynp.1(k ), який відповідає сумі S = min. На клавіатурі обчислювача 24 набирають код сигналу управління Uynp.1(k ), і виконують пуск підпрограми "Установлення вала 1". В результаті переріз вала 1 буде установлено симетрично осі X базової системи координат A A A X O У . При цьому велика ось еліпса в перерізі вала 1 по А - А буде лежати на осі X базової A A A системи координат X O У . Переріз по А-А вала 1 по А-А установлюють симетрично осі У базової системи координат A A A X O У . Для цього не змінюючи кута повороту вала 1 зміщують його по осі X базової системи А А А координат Х O У в перерізі вала 1 по А - А в межах величини ±Z3(k )/2 з кроком х. На j j кожному j-му кроці зміщення вала 1 по осі X вимірюють величини зазорів Z 1(k ) i Z 5(k ) під датчиками 3 величин зазорів компенсатора 21 радіального зміщення, установлених по осі У A A A базової системи координат X O У , і обчислюють їх суму. Залишають вал 1 в положенні, при j j j якому сума S = Z 3 (k ) i Z 7(k ) = min і установлюють вал 1 симетрично відносно осі У базової A A A системи координат X O У . Не змінюючи положення вала 1 під датчиками 3 величин зазорів компенсатора 21 радіального зміщення і зміщуючи їх по висоті зазору, установлюють під ними рівні величини зазорів Z1 = Z2 = Z3 = Z4 = Z5 = Z6 = Z7 = Z8 = Zпоч.. В результаті виконання наведених вище дій на =k повороту вала 1, на якому був досягнутий мінімум величини зазору Z3(k ) = min, центр перерізу вала 1 по А-А суміщають з A A A початком базової системи координат X O У , а сам переріз вала 1 по А-А установлюють A A A симетрично осям цієї системи координат X O У . 7 UA 98995 C2 5 10 Центр еліпса в перерізі вала 1 площиною установки датчиків 3 величини зазору (в перерізі вала 1 по А-А) приймають як точку осі обертання вала 1, координати якої повинні залишатися A A A незмінними в системі координат X O У при дії на вал 1 радіальних навантажень. Кут = k повороту вала 1 приймають за початок відліку кута повороту вала 1 в процесі компенсації радіальних навантажень ( = 0). Визначають ексцентриситет еліпса в перерізі вала 1 по А-А (в площині установки датчиків 3 величини зазору компенсатора 21 радіального зміщення). Для цього по вимірюваннях вимірювача 25 кута повороту вала 1 установлюють його на кут повороту = 90°. Почергово виконуючи пуски підпрограм "Індикація величин зазорів", "Установлення вала 1" і "Установлення вала 2" по описаній вище методиці під датчиками 3 величин зазорів С1 і С5, С3 і С7 компенсатора 21 радіального зміщення, установлених по осях базової системи координат A A A X O У (Фіг. 8), установлюють рівні величини зазорів: Z1 90  Z5 90  90  , Z3 Z7 90  A 15 20 aA R 35 40 45 Z1 90  ),  де 1 - величина зазору під датчиком 3 величини зазору С1 на півосі +У базової системи A A A координат X O У на нульовому куті повороту вала 1. A Обчислюється півфокусна відстань С в перерізі вала 1 по А-А: CA 30 0 ( Z1 0 Z 25 A A і установлюють переріз вала 1 симетрично осям базової системи координат X O У . Не змінюючи кутового положення вала 1 і враховуючи, що переріз вала 1 по А-А має форму еліпса, мала піввісь b якого дорівнює радіусу R вала 1, обчислюють ексцентриситет цього еліпса. Для цього в обчислювач 24 уводять значення R вала 1 і виконують пуск підпрограми "Обчислення ексцентриситету". У відповідності з алгоритмом роботи цієї підпрограми обчислювач 24 перетворює сигнал вимірювача 23 величини зазору по сигналу датчика 3 величини зазору, A A A установленого по півосі +У базової системи координат X O У в цифровий код і обчислює величину великої півосі еліпса: (a A ) 2 b2 , розраховується і запам'ятовується ексцентриситет e = с/а цього еліпса. Так як вал 1 радіальної аеростатичної опори 2 виготовлюється з похибками розмірів і форми, уточнюють величину малої півосі еліпса b, яку було прийнято рівною величині радіусу R вала 1, а отже, уточнюють форму еліпса в перерізі вала 1 по А-А. Для уточнення форми еліпса в перерізі вала 1 по А-А вал 1 установлюють на кут повороту = 45°. Тоді вершина еліпса d (Фіг. 8) переміститься під центр основи датчика 3 величини зазору С2. Зміщують вал 1 і на куті повороту = 45° установлюють під датчиками 3 величин зазорів С2 і С6, С4 і C8 компенсатора 21 радіального зміщення рівні величини зазорів Z2 45  Z6 45  ,Z4 45  Z8 45  . Для цього, як і раніше, виконують пуск підпрограми "Установлення вала 1" і "Установлення вала 2". Так як датчики 3 величин зазорів С1 - C8 на куті повороту вала 1 =0 були установлені з однаковими зазорами Z1 = Z2 = Z3 = Z4 = Z5 = Z6 = Z7 = Z8 = Zпоч. до поверхні вала 1, коли центр еліпса вже був суміщений (в перерізі вала 1 по А-А) з початком базової системи координат A A A A A A X O У , а його півосі були суміщені з осями базової системи координат X O У , центр еліпса в перерізі вала 1 по А-А після установки під датчиками С2 і С6, С4 і C8 рівних величин зазорів буде A A A співпадати з початком базової системи координат X O У . Тоді, якщо мала піввісь еліпса b дорівнює радіусу вала R, під датчиками 3 величин зазорів С1 і С3, С5, C7 (Фіг. 8) зазори значення:  45 Z1 розр  1 e 2 cos 2 ( Z3  Z 51 45 розр 45  , Z3 45  b2 Z1 45 Z 3 розр Z1 Z1 a , Z5 45  , Z7 b2 1 45  ) 1 e 2 cos 2 b2 1 e 2 cos 2 ( 3 45  ) повинні прийняти наступні розрахункові , 1 , b2 1 e 2 cos2 ( 45  b2 1 45 ) 1 e 2 cos2 8 , 1 UA 98995 C2  45 Z 7 розр Z7 b2 a 1 e 2 cos 2 ( 45  ) 7 . Для отримання розрахункових величин зазорів з клавіатури обчислювача 24 виконується пуск підпрограми "Розрахунок величин зазорів". У відповідності з алгоритмом роботи цієї підпрограми по наведених вище виразах розраховуються і запам'ятовуються величини зазорів  5 15   He змінюючи положення вала 1, на куті повороту = 45° виконують пуск підпрограми "Індикація величин зазорів", зчитують з дисплея величини зазорів С1, С3, С5, C7 і порівнюють їх з розрахунковими значеннями величин зазорів, які повинні бути під датчиками 3 величин зазорів, якщо мала піввісь еліпса b дорівнює радіусу R: 45 Z1вим 10  45 45 45 45 Z1розр , Z 3 розр , Z 5 розр , Z 7 розр .     45 45 Z1розр , Z 3вим   45 45 Z 3 розр , Z 5вим  45 45 Z 5 розр , Z 7вим  45 Z 7 розр . Якщо ці рівності не виконуються, припущення про рівність малої півосі еліпса b розрахунковому значенню радіуса R вала 1 хибне. Для визначення істинного значення малої півосі еліпса b, а отже, і форми перерізу вала 1 по А-А виконують пуск підпрограми "Розрахунок малої півосі еліпса". У відповідності з алгоритмом роботи цієї підпрограми варіюють значення радіуса R вала 1 в діапазоні R ± 3 вим, де вим середньоквадратична похибка інструмента, яким вимірювався радіус R вала 1 з кроком, наприклад, R = 0,01 мкм. Для кожного j-го значення радіуса R(j) розраховуються нові параметри еліпса a(j), c(j), e(j) і величини зазорів під датчиками 3 величин зазорів, які відповідають цим параметрам     45 45 45 45 Z1розр ( j), Z 3 розр ( j), Z 5 розр ( j), Z 7 розр ( j). 20 Обчислюється різниця по нормі: 45 Z1в им  2  45 Z1розр  2  Z 3 в 45 им 45 Z 3 розр  Z 5 в 45 им  45 Z 5 розр 2  45 Z 71в им  45 Z 7 розр 2 . як малу піввісь еліпса b приймають те значення R(j) вала 1, якому відповідає мінімальна норма. Розраховують нове значення великої півосі еліпса aA 25 30 35 R( j) ( Z 1 90  b2 1 (e A ) 2 cos 2 ), . i Розраховуються і запам'ятовуються координати 3 величин зазорів С1, С3, С5, C7, С2, С4, С6, A A A A A A С8 в системах координат X O У і X 1O 1У 1: A XC A 0, YC 1 A XC A 1 A 3 A Z поч , YC 1 3 A X1C 5 A X1C 45 Z1 півфокусну відстань с, а також ексцентриситет еліпса e в перерізі вала 1 по А-А. 1.2. Обчислюють координати датчиків 3 величин зазорів компенсатора 21 радіального A A A зміщення, установлених по осях базової системи координат X O У (С1, С3, С5, C7) і по осях A A A системи координат X 1O 1У 1 (С2, С4, С6, С8) (Фіг. 7). Для виконання цих дій виконують пуск підпрограми "Обчислення координат датчиків". Вихідними даними для роботи підпрограми є: 1. Zпоч - величина зазору, з яким були установлені датчики 3 величин зазорів С1, С3, С5, C7, С2, С4, С6, С8 відносно поверхні вала 1 на куті = 0 повороту вала 1 і суміщеному центрі A A A перерізу вала 1 з початком базової системи координат X O У . 2. Кути і установки датчиків 3 величин зазорів Ci (i = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) відносно півосі +Х A A A базової системи координат X O У (Фіг. 8). У відповідності з алгоритмом роботи цієї підпрограми обчислюються полярні радіуси еліпса в напрямку датчиків Сi в перерізі вала 1 по А-А: A i 40 0 7 0, 3 A 0, Y1C ( Z поч , A 7 5 A 5 A X1C A X1C Z поч , A Z поч ), Y1C 0, 7 A 2 2 A 0, Y1C 4 A X1C A Z поч , Y1C ( 6 A XC 8 0, 2 A 4 4 A 6 Z поч , A Z поч ), Y1C A 0, YC 8 A 8 0, 6 Z поч . 1.3. Визначають параметри еліпса в перерізі вала 1 площиною установки датчиків 3 величин зазорів (в перерізі по В-В Фіг. 5) компенсатора 22 радіального зміщення осі обертання вала 1 радіальної аеростатичної опори 2. Розраховують координати датчиків З величин зазорів компенсатора 22 радіального зміщення осі обертання. 9 UA 98995 C2 5 10 Для виконання цих дій п. 1.1 і п. 1.2 виконують для компенсатора 22 радіального зміщення осі обертання. При цьому сигнали управління Uynp.3(k ) і Uynp.4(k ) на групи 17, 18, 19, 20 регуляторів тиску надходять при виконанні підпрограм "Установлення вала 3" і "Установлення вала 4" відповідно. Отримують: B a - величину великої півосі еліпса в перерізі вала 1 площиною установки датчиків 3 величини зазору компенсатора 22 радіального зміщення осі обертання (в перерізі по В-В вала 1). B с - півфокусну відстань еліпса в перерізі вала 1 площиною установки датчиків 3 величин зазорів компенсатора 22 радіального зміщення (в перерізі по В-В вала 1). B е - ексцентриситет еліпса (в перерізі по В-В вала 1). Координати датчиків 3 величин зазорів С1, С3, С5, C7, С2, С4, С6, С8 компенсатора B B B B B B радіального зміщення в системах координат X O У і X 1O 1У 1 мають такі значення: XB C B 0, YC 1 XB C B 3 3 B X 1C 20 25 Z поч , B Z поч , YC B X 1C ( (B Z поч ) , 5 5 B 7 B Z поч ), Y1C 7 B 2 2 B X 1C 0, 3 B 0, Y1C 5 B X 1C 7 15 A 1 1 4 B X 1C B 0, Y1C ( 6 XB C8 0, B Z поч , Y1C 0, 2 B 4 4 B 6 Z поч , B Z поч ), Y1C B 0, YC 8 B 8 0, 6 Z поч . 2. В перерізах вала 1 площинами установки датчиків 3 величин зазорів компенсаторів 21 і A A A B B B 22 радіального зміщення осі обертання вала 1 в базових системах координат X O У і X O У визначають координати незміщеного положення осі обертання вала 1, яка проходить через центри еліпсів у згаданих перерізах вала 1. 2.1. В перерізі вала 1 площиною установки датчиків 3 величин зазорів компенсатора 21 A A A радіального зміщення в базовій системі координат X O У визначають точку, координати якої приймають як координати незміщеного положення осі обертання вала 1 радіальної аеростатичної опори 2, яка проходить через центри еліпсів в перерізах по А-А і В-В вала 1. Для виконання названих дій знімають тиск піддуву з груп 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 регуляторів тиску і виключають їх вплив на положення вала 1 опори 2. Установлюють вал 1 на кут повороту = 0. Вимірюють і запам'ятовують величини зазорів A Z1 ( A 0), Z 2 ( A 0), Z 3 ( A 0), Z 4 ( A 0), Z 5 ( A 0), Z 6 ( A 0), Z 7 ( A 0), Z 8 ( 0) A 30 A N( в) 35 A A під датчиками 3 величин зазорів, установлених по осях базової системи координат X O У і A A A системи координат X1 O1 У1 в перерізі по А-А опори 2. Для цього виконують пуск підпрограми обчислювача 24 "Вимірювання зазорів". У відповідності з алгоритмом роботи цієї підпрограми обчислювач 24 послідовно перетворює вимірювання вимірювачів 23 величин зазорів в цифрові коди і запам'ятовує їх. 2.2. По вимірюваннях величин зазорів під парою датчиків 3 величин зазорів, які не лежать A A A A A A 2 по одній осі кожної з систем координат X O У і X1 O1 У1 , складають С 8 - 4 = 24 системи алгебраїчних рівнянь другого ступеня: A ZN ( в) A M( в ) A ZM ( в) A ( A ) 2 A ( X C )2 A ( X1 ) 2 2( X C ) 2 sin( N 2 A N )X 1 A ( X C )2 A ( X1 ) 2 2( X C ) 2 sin( M 2 A M )X 1 N 2 M ( A 2X C sin N A 2X C sin M A N Y1 A N Y1 A ( Y1 ) 2 ; A ( Y1 )2 , ) де: N в і M в - величини полярних радіусів еліпсів в перерізі по А-А вала 1 в напрямку N-го i М-го датчиків 3 величин зазорів при повороті вала на кут в, що обчислюються по формулі: A N(M) 40 b2 A 2 1 (e ) cos2 ( ; N(M) в) A A A і M - кути установки N-то і М-го датчиків 3 величин зазорів в системі координат X O У ; ав - кут повороту вала 1; N N, М= 1,4 в даному прикладі реалізації пристрою; A ZN ( на куті A в ), Z M ( в ) - величини зазорів під N-им і М-им датчиком 3 величини зазору, які виміряні повороту вала 1; в 10 UA 98995 C2 A A A A X C , X C , YC , YC 5 10 15 N M N M - координати N-го і М-го датчиків 3 величин зазорів в тій системі координат A A A A A A X O У або X1 O1 У1 , по осях якої вони установлені; A A А А А X1 ,Y1 - координати осі обертання вала 1 в базовій системі координат Х О У (в перерізі по А-А вала 1). A A В результаті рішення рівнянь отримують 24 пари координат X1 ,Y1 осі обертання вала 1. Для виконання цих дій виконують пуск підпрограми "Обчислення координат осі обертання вала" обчислювача 24. У відповідності з алгоритмом роботи цієї підпрограми по вимірюваннях величин зазорів, виконаних в п. 2.1, обчислювач 24 вирішує 24 системи рівнянь і запам'ятовує 24 пари координат осі обертання вала 1: 1 2 3 i 24 X1(0),Y1 (0) , X2 (0), Y1 (0) , X3 (0),Y1 (0) ,..., Xi1(0),Y1(0) ,..., X24 (0),Y1 (0) . 1 1 1 1 Відхилення цих координат від істинних координат осі обертання вала 1 на куті = 0 повороту визначається похибками визначення координат датчиків 3 величин зазорів, похибками визначення параметрів еліпса в перерізі вала 1 і похибками вимірювання величин зазорів. Для точного визначення координат осі обертання вала 1 на куті 1 = 0 повороту виконують пуск підпрограми "Оцінка координат осі обертання вала". У відповідності з алгоритмом роботи цієї підпрограми 24 пари координат осі обертання вала 1 згладжують по методу найменших ˆA X1 (0) квадратів і отримують оцінки ˆA Y1 (0) координат осі обертання вала на куті повороту = 0: 24 24 i Y1(0) i X1(0) ˆA X1 (0) і ˆA , Y1 (0) i 1 24 i 1 . 24 2.3. Вал 1 радіальної аеростатичної опори 2 по показаннях вимірювача 25 кута повороту 20 2 1, 3 3 1,.., k k 1,..., K K 1. 1, 2 послідовно установлюють на кути повороту 1 На кожному дискретному значенні кута повороту вала 1 виконують дії, які наведені в п. 2.2, і отримують (К-1) оцінку координат осі обертання вала 1 опори 2 в плоскості установки датчиків 3 величин зазорів компенсатора 21 радіального зміщення осі обертання вала 1 опори 2: ˆA X1 ( ˆA 2 ), Y1 ( 2 ), , ˆA ..., X1 ( 25 ˆA k ), Y1 ( k ), ,..., A X1 35 ˆA X1 ( ˆA X1 ( ˆA 4 ), Y1 ( 4 ), ,..., ˆA K ), Y1 ( K ), , ˆA X1 ( k) 2 A Y1 ˆA Y1 ( k) 2 min. k 1 Координати Х1, Y1 - координати незміщеного положення осі обертання вала 1. Для виконання цих дій виконується пуск підпрограми обчислювача 24 "Обчислення координат незміщеного положення осі обертання вала". Алгоритм роботи цієї підпрограми A A реалізує наступні вирази для розрахунку незміщених координат Х1 , Y1 осі обертання вала 1 в перерізі по А-А опори 2: K A X1 40 ˆA 3 ), Y1 ( 3 ), , 2.4. В площині установки датчиків 3 величин зазорів компенсаторів 21 радіального зміщення (в перерізі по А - А опори 2) визначають координати Х1, Y1 початкового (незміщеного) положення осі обертання вала 1 радіальної аеростатичної опори 2 як координати точки в A A A базовій системи координат X O У , сума квадратів відстаней якої від К пар координат осі обертання вала 1 на дискретних кутах повороту буде найменшою: K 30 ˆA X1 ( ˆ X( k 1 K K k) A , Y1 ˆ Y( k 1 K k) . 2.5. В перерізі вала 1 площиною установки датчиків 3 величин зазорів компенсатора 22 B B B радіального зміщення осі обертання вала 1 в базовій системи координат X O У визначають координати незміщеного положення осі обертання вала 1 радіальної аеростатичної опори 2, яка проходить через центр еліпса у згаданому перерізі вала 1. Для виконання цих дій виконують п. 2.1, п. 2.2, п. 2.3, п. 2.4 для датчиків 3 величин зазорів компенсатора 22 радіального зміщення осі обертання вала 1, установлених по осях базової B B B B B B системи координат X O У і системи координат X1 O1 У1 , в перерізі по В-В опори 2 і отримують XB , Y B 45 координати 1 1 незміщеного положення осі обертання вала 1 в площині установки датчиків 3 величин зазорів компенсатора 22 радіального зміщення (в перерізі по В-В опори 2). 11 UA 98995 C2 3. Вал 1 радіальної аеростатичної опори 2 послідовно установлюють на кути повороту 0, 2, 3 2 2, 4 3 2 ,.., ( j 1) 2 ,..., 360 2. На кожному куті повороту J площинах установки датчиків 3 величин зазорів компенсаторів 21 і 22 радіального зміщення ось обертання вала 1 установлюють в незміщене положення (в точки з координатами 1 5 10 15 2 j J A A B B X1 , Y1 i X1 , Y1 ) A A , вимірюють і запам'ятовують як величини опорних зазорів Z 1on(j), Z 3on(j), датчиками 3 величин зазорів С1, С3, які установлені по осях базових систем B B B координат X O У і X O У (Фіг. 6) і які відповідають незміщеному положенню осі обертання вала 1 на цих кутах повороту. 3.1. Для виконання цих дій виконують пуск підпрограми обчислювача 24 "Індикація координат осі обертання вала". У відповідності з алгоритмом роботи цієї підпрограми обчислювач 24 з заданою частотою опитує вимірювачі 23 величин зазорів по датчиках 3 величин зазорів С1, С3, С5, C7, С2, С4, С6, С8 (Фіг. 6), установлених по осях систем координат A A A A A A B B B B B B X O У , X 1O 1У 1 і по осях систем координат X O У і X 1O 1У1 . По показаннях вимірювача 25 кута повороту вал 1 установлюють на кут повороту 1 = 0. Обчислювач 24 перетворює вимірювання вимірювачів 23 в цифровий код і запам'ятовує в пам'яті величини зазорів B Z 1on(j), B Z 3on(j), під A A A A Z1 ( A 0), Z 2 ( A 0), Z 3 ( A 0), Z 4 ( A 0), Z 5 ( A 0), Z 6 ( A 0), Z 7 ( A 0), Z 8 ( 0) під A A A датчиками 3 величин зазорів, установлених по осях систем координат X O У , X 1O 1У 1, і величини зазорів 1 1 1 1 1 1 1 A 20 B Z1 ( 0), ZB ( 2 0), ZB ( 3 0), ZB ( 4 0), ZB ( 5 0), ZB ( 6 0), ZB ( 7 0), ZB ( 8 1 A A 0) під B B B датчиками 3 величин зазорів, установлених по осях базової системи координат X O У і B B B X1 O1 У1 в перерізі по В-В радіальної аеростатичної опори 2. 1 1 1 1 1 1 1 1 Далі алгоритм цієї підпрограми виконує дії, які наведені в п. 2.2 по обчисленню ˆA Y1 ( 25 ˆB X1 ( 0) ˆB Y1 ( 0) 0) 1 1 1 і , осі обертання вала 1 на куті А і В-В - опори 2 і відображає їх на екрані дисплея. 1 1 0) i ˆB X1 ( 0) 1 , ˆB Y1 ( 0) 1 ˆ XA( 30 1 0), U у пр.2 ( 1 0), U у пр.3 ( 0) YA, і ˆ XB ( 0) XB , 1 =0 ˆA X1 ( A A X1 , Y1 ˆ YB ( i 1 0) , B B X1 , Y1 0) YB , 0) 1 , домагаються виконання згаданих рівностей і 0) установлюють вал 1 на куті 1 повороту у незміщене положення. Не змінюючи положення вала 1 виконують пуск підпрограми обчислювача 24 "Формування масиву опорних зазорів". У відповідності з алгоритмом роботи цієї підпрограми обчислювач 24 виконує опитування вимірювачів 23 величин зазорів по сигналах датчиків 3 величин зазорів С 1 і A A A B B B С3, установлених по осях базових систем координат X O У і X O У (Фіг. 7). A A B B Коди величин опорних зазорів Z 1on( 1), Z 3on( 1), Z 1on( 1), Z 3on( 1) засилаються у перші чотири вічка масиву опорних зазорів, які відповідають незміщеному положенню вала 1 на куті повороту 1 = 0. 3.2. Дії п. 3.1 послідовно виконують на кутах 1, 3 2 1, 4 3 1,.., ( j 1) 1,..., 360 1. В результаті виконання п. 3 в пам'яті обчислювача 24 формують величини опорних зазорів для заданих дискретних значень кута повороту вала 1: 2 45 0), U у пр.4 ( 1 ( 40 ˆ YA ( XA , 0) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 відповідно. Якщо рівності вимикачі 33 "увімк. - вимк." установлюють в положення "увімк." і підключають диференційні підсилювачі 29, 30, 31, 32 сигналів неузгодження до груп 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 регуляторів тиску. Виконуючи пуски підпрограм "Установлення вала 1", "Установлення вала 2", "Установлення вала 3", "Установлення вала 4" і підбираючи сигнали управління U у пр.1( 35 з координатами незміщеного положення 0) 1 = 0 повороту в перерізах по А Порівнюють оцінки координат осі обертання вала 1 на куті повороту ˆA Y1 ( ˆA X1 ( j J A A B B 1 : Z1on ( 1), Z 3on ( 1), Z1on ( 1), Z 3on ( 1) ; A A B B 2 : Z1on ( 2 ), Z 3on ( 2 ), Z1on ( 2 ), Z 3on ( 2 ) ; A A B B 3 : Z1on ( 3 ), Z 3on ( 3 ), Z1on ( 3 ), Z 3on ( 3 ) ; ... J A : Z1on ( A B B J ), Z 3on ( J ), Z1on ( J ), Z 3on ( J ) ; 12 UA 98995 C2 5 10 15 4. Робота пристрою в режимі компенсації радіальних навантажень. Для переводу пристрою в режим компенсації радіальних навантажень перемикачі 28 "пряме - вимк. - зворотне" установлюють в положення "вимк." і відключають групи 13, 14, 15, 16 регуляторів тиску компенсатора 21 радіального зміщення осі обертання від операційних підсилювачів 26 і 27, а також відключають групи 17, 18, 19, 20 регуляторів тиску компенсатора 22 радіального зміщення осі обертання від цих операційних підсилювачів. Вимикачі 33 "увімк. - вимк." установлюють в положення "вимк." і підключають секції 11 п'єзостовпів 8 регуляторів тиску 10 груп 13, 14, 15, 16 регуляторів тиску компенсатора 21 радіального зміщення до диференційних підсилювачів 29, 30 сигналів неузгодження, а секції 11 п'єзостовпів 8 регуляторів тиску 10 груп 17, 18, 19, 20 регуляторів тиску компенсатора 22 радіального зміщення до диференційних підсилювачів 31, 32 сигналів неузгодження. Вимикачі 48 "увімк. - вимк." установлюють в положення "увімк." і підключають диференційні підсилювачі 44, 45, 46, 47 високочастотної складової радіального навантаження до секцій 12 компенсації високочастотного радіального навантаження п'єзостовпів 8 регуляторів 10 тиску газу відповідних груп регуляторів тиску. Виконують пуск підпрограми обчислювача 24 "Компенсація радіальних навантажень". У відповідності з алгоритмом роботи цієї підпрограми в момент її включення величини опорних ZA ( 20 ), Z A ( ), ZB ( ), ZB ( ) зазорів 1on 1 3on 1 1on 1 3on 1 для кута повороту вала 1=0 зчитуються з масиву опорних зазорів обчислювача 24. По сигналу нульового кута повороту вала 1, який надходить з вимірювача 25 кута повороту, обчислювач 24 величини опорних зазорів A Z1on ( A B B 1 ), Z 3on ( 1 ), Z1on ( 1 ), Z 3on ( 1 ) перетворює у відповідні цим кодам напруги, які надходять на перші входи диференційних підсилювачів 29, 30, 31, 32 сигналів неузгодження відповідно, а з пам'яті обчислювача 24 25 30 35 ZA ( ), Z A ( ), ZB ( ), ZB ( ) 1on 2 3on 2 1on 2 3on 2 зчитуються коди опорних зазорів для другої дискрети компенсації радіальних навантажень. На другі входи диференційних підсилювачів 29, 30 (Фіг. 6) надходять сигнали вимірювачів 23 величин зазорів по сигналах датчиків 3 величин зазорів С1 і С3 компенсатора 21 радіального зміщення осі обертання вала 1 опори 2. На другі входи диференційних підсилювачів 31, 32 сигналів неузгодження надходять вимірювання вимірювачів 23 величин зазорів по сигналах датчиків 3 величин зазорів С1 і С3 компенсатора 22 радіального зміщення вала 1 опори 2. Сигнал неузгодження надходить: з диференційного підсилювача 29 на групи 14 і 16; 30 - на групи 13 і 15; 31 - на групи 18 і 20 ; 32 - на групи 17 і 19 регуляторів тиску компенсаторів 21 і 22 радіального зміщення. При відхиленні поточних величин зазорів A A B Z1 (t ), Z 3 (t ), Z1 (t ), ZB (t ) 3 від відповідних величин A A B Z1on ( 1 ), Z 3on ( 1 ), Z1on ( 1 ), ZBon ( 1 ) 3 40 45 50 опорних зазорів на виходах диференційних підсилювачів 29, 30, 31, 32 виникають сигнали неузгодження, які запобігають зміщенню осі обертання вала 1 з незміщеного положення. При повороті вала 1 на наступний кут повороту наведений вище процес стабілізації повторюється. Крім того, спектр частот з виходів вимірювачів величин зазорів, відповідних високочастотних A A A A A A B B B складових радіальних навантажень по осях систем координат X O У , X 1O 1У 1 і X O У , B B B X1 O1 У1 через фільтри 36, 37, 38, 39 виділення спектра частот високочастотного радіального навантаження і фазокоректуючі контури 40, 41, 42, 43 у вигляді сигналів високочастотного радіального навантаження надходять на перші входи диференційних підсилювачів 44, 45, 46, 47 високочастотної складової радіального навантаження. Другі входи цих підсилювачів з'єднані з землею, тобто мають нульовий потенціал. При відхиленні напруги сигналу високочастотного радіального навантаження від нуля на виходах диференційних підсилювачів 44, 45, 46, 47 виникає різниця потенціалів, яка прикладається до секцій 12 компенсації високочастотних радіальних навантажень п'єзостовпів 8 регуляторів 10 тиску газу груп 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 регуляторів тиску. Високочастотна складова радіального навантаження буде постійно компенсуватися. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 Пристрій стабілізації радіального положення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори, який містить компенсатори радіального зміщення осі обертання вала радіальної 13 UA 98995 C2 5 10 15 20 25 30 аеростатичної опори, вимірювачі величин зазорів, вимірювач кута повороту вала радіальної аеростатичної опори, обчислювач, операційні підсилювачі, диференційні підсилювачі сигналів неузгодження, перемикачі "пряме - вимк. - зворотне", вимикачі "увімк. - вимк.", який відрізняється тим, що пристрій додатково включає фільтри виділення спектра частот високочастотних радіальних навантажень, фазокоректуючі контури, диференційні підсилювачі високочастотних складових радіальних навантажень, а п'єзостовпи регуляторів тиску газу компенсаторів радіального зміщення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори складаються з секції компенсації радіального навантаження від сили дисбалансу та радіальної складової сили різання і секції компенсації високочастотного радіального навантаження, причому датчики величин зазорів компенсаторів радіального зміщення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори з'єднані з входами вимірювачів величин зазорів, а їх виходи з'єднані з входами обчислювача, виходи вимірювачів величин зазорів по датчиках величин зазорів, установлених по осях базових систем координат, з'єднані з входами відповідних фільтрів виділення спектра частот високочастотного радіального навантаження, а через вимикач "увімк. - вимк." з другими входами відповідних диференційних підсилювачів сигналів неузгодження, виходи вимірювача кута повороту з'єднані з входами обчислювача, перші входи диференціальних підсилювачів сигналів неузгодження через вимикач "увімк. - вимк." з'єднані з відповідними виходами напруги опорних зазорів обчислювача, виходи диференційних підсилювачів сигналів неузгодження з'єднані з секціями компенсації радіальних навантажень від сили дисбалансу та радіальної складової сили різання п'єзостовпів регуляторів тиску газу відповідних груп регуляторів тиску газу компенсаторів радіального зміщення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори, входи операційних підсилювачів з'єднані з відповідними виходами сигналів управління обчислювача, а їх виходи через перемикачі "пряме - вимк. зворотне" з'єднані з першими і другими входами відповідних диференційних підсилювачів сигналів неузгодження, виходи фільтрів виділення спектра частот високочастотного радіального навантаження з'єднані з входами відповідних фазокоректуючих контурів, а їх виходи з'єднані з першими входами відповідних диференційних підсилювачів високочастотного радіального навантаження, а їх другі входи з'єднані з землею, виходи диференційних підсилювачів високочастотного радіального навантаження з'єднані з секціями компенсації високочастотного радіального навантаження п'єзостовпів регуляторів тиску газу відповідних груп регуляторів тиску газу компенсаторів радіального зміщення осі обертання вала радіальної аеростатичної опори. 14 UA 98995 C2 15 UA 98995 C2 16 UA 98995 C2 17 UA 98995 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 18