Устройство для определения положения ползуна кривошипно- шатунного механизма

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения положения шатуна в кривошипно-шатунных механизмах. Целью изобретения является повышение производительности измерений. Напряжение, пропорциональное угловому положению кривошипа с выхода блока 1 преобразования угловых перемещений вала кривошипа в напряжение , поступает на фозовыпрямительные блоки 2, 4. С выхода первого фазовыпрямительного блока 2 сигнал поступает на вход операционного усилителя 3, выход которого является первым выходом устройства. С выхода второго фазовыпрямительного блока 4 сигнал поступает на компаратор 5, выход которого является вторым выходом устройства. По совокупности сигналов с двух выходов однозначно определяется положение кривошипа при заданном положении ползуна. Блок 1 преобразования может быть выполнен в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора, либо в виде двух сельсинов, развернутых относительно друг друга на 90°. 3 ил. Ъ«

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 В 7/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4760500/28 (22) 21.11.89 (46) 07,08.92. Бюл, В 29 (71) Магнитогорский горно-металлургический институт им. Г. И. Носова (72) Ю. А. Скворцов и С. А. Калугин (56) Перельмутер 8. М. Сидоренко В, А. Системы управления тиристорными электроприводами постоянного тока, — М.:

Энергоатомиздат, 1988, с. 300.

Тиристорные электроприводы прокатных станов, Сб. под, ред. В, M. Перельмутера. — M. Металлургия, 1978, с. 148. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПОЛОЖЕНИЯ ПОЛЗУНА КРИВОШИПНОШАТУННОГО МЕХАНИЗМА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения положения шатуна в кривошипно-шатунных механизмах. Целью изобретения является повышение произво...!Ж „„1753257Я1

2 дительности измерений. Напряжение, пропорциональное угловому положению кривошипа с выхода блока 1 преобразования угловых перемещений вала кривошипа в напряжение, поступает на фозовыпрямительные блоки 2„4. С выхода первого фазовыпрямительного блока 2 сигнал поступает на вход операционного усилителя

3, выход которого является первым выходом устройства. С выхода второго фазовыпрямительного блока 4 сигнал поступает на компаратор 5, выход которого является вторым выходом устройства.

По совокупности сигналов с двух выходов однозначно определяется положение кривошипа при заданном положении ползуна.

Блок 1 преобразования может быть выполнен в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора, либо в виде двух сельсинов, развернутых относительно друг друга на 900. 3 ил.

1753257

30

Изобретение-относится к электротехнике и может быть использовано для определения положения ползуна кривошипношатунного механизма, например, для упра вл ения электроприводом кривошип ношатунных ножниц для резки горячего металла ."

Известно устройство для измерения линейных перемещейий, Использующие сельсиновые схемй измерения угловых перемещений всочетании с винтовыми,,реечными и другими видами механических передач, содержа щее сел ьс ин-задатчи к и соединенный с ним сельсин-трансформатор, который сочленен с валом механизма и является датчиком углового перемещения,.

Выход сельсина-трансформатора через фаэовыпрямительное устройство подается на вход операционного усилителя, работающего в режиме масштабного преобразования.

Выход усилителя является выходом устройства. Величина-выходного напряжения усилителя пропорциональна перемещению рабочего механизма, а полярность этого напряжения определяет направление переме- 2 щения относительно начала отсчета, которое выбирается сел ьсином-задатчиком, Для обеспечения линейности характеристики названного устройства сельсин-трансформатор соединяется с механизмом через кинематический редуктор, передаточное число которого выбирается таким образом, что при полйом перемещении механизма в ту йии другую сторону, ротор сельсина поворачивается на угол й60, 3

Недостатком известного устройства является наличие сложных кинематических связей и ограниченная рабочая зона сельсина, что существенно снижает точность измерения.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для измерения линейных перемещений, содержащее два сельсина-задатчика и два сельсинатрансформатора (грубого и точного отсчета).

Сельсины-трансформаторы грубого и точного отсчета сочленяются с механизмом и соединены между собой, как и сельсины-за- . датчики, дополнительным редуктором. Выходы сельсинов-трансформаторов через фазовыпрямительные устройства подаются на операционные усилители У1 и У2, выходы которых являются выхбдами устройства.

Компаратор управляет ключами К1 и К2, которые переключают выходы усилителей в зависимости от величины перемещения механизма, На вход у"илителя У1 подается постоянное смещение для устранения ложного нуля, который появляется при четном

1 передаточном числе редуктора между сельсинами точного и грубого отсчета.

Недостатками известного устройства являются сложность кинематических связей, ограниченные рабочие зоны как для сельсина грубого, так и для сельсина точного отсчета, что снижает точность измерения перемещения. Кроме того, известное устройство при определении линейных перемещений ползуна кривошипно-шатунного механизма не обеспечивает получение информации о взаимном расположении ползуна и кривошйпа. Так как положение кривошипа не однозначно при одинаковом положении ползуна.

Цель изобретения — повышение производительности механизма эа счет однозначного определения полуплоскости нахождения кривошипа относительно оси ползуна при заданном положении ползуна, В устройстве, содержащем блок преобразования угловых перемещений вала кривошипа в напряжение, два фазовыпрямительных блока, подключенных входами к выходам блока преобразования угловых перемещений вала кривошипа в напряжение, операционный усилитель, подключенный первым входом к выходу первого фазовыпрямительного блока и имеющий второй вход, предназначенный для подключения напряжения смещения, компаратор, блок преобразования угловых перемещений вала кривошипа в напряжение выполнен в виде синусно-косинусного преобразователя, компаратор подключен входом к выходу второго фаэовыпрямительного блока, выход операционного усилителя является первым, а компаратора — вторым выходом устройства.

На фиг, 1 изображена схема предлагаемого устройства для определения положения ползуна кривошипно-шатунного механизма; на фиг, 2 — схема кривошипношатунного механизма; на фиг. 3 — схема предлагаемого устройства для случая, когда блок преобразования угловых перемещений вала кривошипа в напряжение выполнен в виде синус-косинусного преобразователя на базе двух сельсинов-трансформаторов.

В устройстве блок 1 преобразования линейного перемещения в угловое выполнен в виде синусно-косинусного преобразователя на базе двух сельсинов трансформаторов. Косинусный выход блока 1 преобразования угловых перемещений ва-. ла кривошипа в напряжение соединен с входом первого фазовыпрямительного устройства 2, выход которого соединен с первым входом операционного усилителя 3, 1753257 работающего в режиме масштабного преобразования, Второй вход операционного усилителя 3 предназначен для подачи постоянного смещения 0 м, Выход операци- . онного усилителя 3 является первым 5 выходом устройства.

Синусный выход блока 1 преобразования угловых перемещений вала кривошипа в напряжение соединен с входом второго фазовыпрямительного устройства 4. выход 10 которого сбединен с входом компаратора 5.

Выход компаратора 5 является дополнительным выходом устройства, Выходное на-, пряжение компаратора 5 U, x2 дискретно может принимать значения низкого йли высокого логического уровня. т.е. логический

"0" или логическую "1" в зависимости от того, в какой полуплоскости от оси ползуна . 6 (фиг. 2) находится кривошип 7, соединен ный с полэуном 6 шатуном 8. Блок 1 преоб- 20 разования угловых перемещений вала: кривошипа в напряжение соединен с валом

9 кривошипа 7 непосредственно или через редуктор (не показано) с передаточным числом равным единице. Выходное напряжение на основном выходе 08 „1 пропорционально отклонению полэуна 6 относительно начала отсчета, На фиг.:2 приняты следующие обозначения: r — радиус кривошипа 7: I — длина шатуна 8; a — угол поворота кривошипа 7;

Р- угол поворота шатуна 8; отклонение шатуна 8 от начала отсчета: НТМ и BMT.

Блок преобразования. угловых перемещений вала кривошипа в напряжение (фиг, 3) выполнен в виде синусно-косинусного преобразователя на базе двух сельсиновтрэнсформаторов 10 и 11. Второй сельсинтрансформатор 11 развернут относительно первого сельсина-трансформатора 10 на угол 90 . Выход первого сельсина-транс-,; форматора 10 пропорционален косинусу угла поворота вала 9, а выход второго сельсина-трансформатора 11 пропорционален синусу угла поворота вала 9. Первый 12 и второй 13 сельсины-задатчики предназначены для первбначальной установки соответственно первого и второго сельсинов- трансформаторов 10 и 11.

Перемещение полэуна 6 кривошипношатунного механизма относительно начала отсчета (НМТ) определяется соотношением

h=r(1-cos а) + l(1-cos Д

Если I» г, то cos P = 1 и вторым слагаемым можно пренебречь. Тогда перемещение полэуна

h=r(1-cos а), {1)

Напряжение выхода первого фаэовыпрямительного устройства 2, подключенного своим входом к косинусному выходу блока для преобразования линейных перемещений в угловое определяется выражением

0ФвУ- =Umcos а, где Um — максимальное значение выходного напряжения.

Подав это напряжение на первый вход операционного усилителя 3, а на второй вход подав с противоположным знаком напряжение смещения UcM=Um. на выходе усилителя 3 будем иметь напряжение (2) 0»„ = KUm(1-cosa) где К вЂ” масштабный коэффициент, зависящий от радиуса кривошипа.

Поскольку уравнение (2) полностью со-. ответствует уравнению (1) при любых углах поворота а вала 9 можно сделать вывод, что напряжение основного выхода устройства

0рых1 линейно связано с перемещением ползуна h и отсутствуют какие-либо ограничения на величину угла поворота а вала 9 кривошипа 7. Второе фазовыпрямительное устройство 4 подключено к синусному выходу блока 1 преобразования угловых перемещений sana кривошипа в напряжение и напряжение на его выходе определяется выражением

0ФВУ-1=0msIA а

Поскольку функция синуса нечетная, она будет менять свой знак на противоположный всякий раз, когда кривошип 7 будет переходить из левой полуплоскости в правую и наоборот, а полэун 6 будет проходить соответственно верхнюю или нижнюю

"мертвые" точки. Смена знака напряжения

ОФвУ-г фиксируется компаратором 5, на выходе которого формируется напряжение

0»xz низкого или высокого логического уровня. Таким .образом, если кривошип 7 находится слева от оси ползуна 6, дополнительный выход устройства имеет, например, низкий логический уровень 0»хг-"0", а если справа — высокий 0»хг="1", Основной и дополнительный выходы устройства дают исчерпывающую информацию о положении ползуна 6 и о соответствующем ему фактическом положе нии кривошипа 7 и шатуна 8 относительно оси ползуна 6, 1753257

g, =о

ВМТ

Основной и дополйительный выходы устройства могут быть подключены к устрой.ствам индикации, например, двум вольтметрам (не показано), для визуального наблюдения, использоваться в системах ав- 5 томатического регулирования положения кривошийно-шатунного механизма и т.д.

Предлагаемое устройство дает возможность определить положение ползуна и 10 обеспечить точную установку ползуна в заданном положении и обеспечить правильный выбор направления поворота кривошипа при перемещении ползуна в новое заданное положение по заданной тра- 15 ектории, нормальное функционирование устройства при любом режиме работы кривошипно-шатунного механизма как при качательном, так и при круговом.

Сокращается время отработки заданных пе- 20 ремещений, так как однозначно определяется полуплоскость нахождения кривошипа относительно оси пол зуна при заданном положении полэуна, что приводит к повышейию производительности механизма и 25 расширяет воэможности автоматиазции управления кривошипно- шатунным механизмом. -., Формула изобретения

Устройство для определения положения ползуна кривошипно-шатунного механизма, содержащее блок преобразования угловых перемещений вала кривошипа в напряжение, два фазовыпрямительных блока, подключенных входами к выходам блока преобразования угловых перемещений вала кривошипа в напряжение; операционный усилитель. подключенный первым входом к выходу первого фазовыпрямительного блока и имеющий второй вход, предназначенный для подключения напряжения смещения. компаратор. о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения произвордительности механизма путем однозначного определения полуплоскости нахождения кривошипа относительно оси полэуна при заданном положении ползуна, блок преобразования угловых. перемещений вала кривошипа в напряжение выполнен в виде синусно-косинусного преобразователя, компаратор подключен входом к выходу второго фазовыпрямительного блока, выход операционного усилителя является первым, а компаратора — вторым выходами устройства, 1753257

Составитель Ю.Скворцов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Е.Папп

Редактор О.Головач

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2758 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5