автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Исследование свободных изгибных колебаний осесимметричных тел и разработка робототехнического комплекса контроля чугунных шапок подвесных высоковольтных изоляторов

¿^г^ссгуини ¿и сК/. ^эъггр

НАУЧНО-ИССЛЕДОВА1ЕЛЬСКИИ ИНСТИТУТ ИНТРОСКОПИИ (НИИИН) •

Для служебного пользования

г г> ~ Л

Экземпляр №_(} о J >„ (1

На правах рукописи

ГГСВЦЕВ (СШИЛ АНАТОЛЬЕВИЧ

УДК 620.179.16:621.835.8

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОБОДНЫХ ИЗГИБНЫХ КОЛЕБАНИИ ОСШММЕТРИЧНЫХ ТЕЛ И РАЗРАБОТКА РОБОТОТЕХНИЧЕСКОГО К0ШЛЕ1ССА КОНТРОЛЯ ЧУГУННЫХ ШАПОК ПОДВЕСНЫХ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ.

Стециааьность:05.Н.13. ПряЗоры и мэтодо контроля природ-ноя среда, веществ, материал» и издал«.

Диссертация на соискание учвноя степэни кандидата технических наук.

МОСКВА - 1991.

- г -

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте интроскопии

Научный руководитель: доктор технических наук Гусев Е.А.

Научныа консультант: к.т.н., с.н.с.

Карпельсон А.Е.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, с.н.с. Лавре Ю.В.

кандидат технических наук, доцент Дудченко A.A.

Эедущая организация: СКТБ по арматура и изоляторам

г. Славянок.

Защита состоится июня 1991 г. в 10 часов не заседании специализированного совета Д 109.01.01 при Научно-исследовательском институте интроскопии по адресу: II9048, г.Москва, ул.Усачева,35.НИИИН.

С дассертациэи можно ознакомиться в библиотеке НИИИН.

Авторефрат разослан .. мая 1991 г.

Ученые секретарь а1 /

специализированного совету- Филинов В.Н.

д.т.н.,профессор ' .

ООыая характеристика раЗоты. Раб0Т8 ПОСВПЩ0НП ТбОрвТИ—

чвским и экспериментальным исслэдованиям информативных параметров свободных изгибных колебания осесимметричных тел с дефектами формы и трещинами и разработке робототеэтического когтлэкса массового чугунных шапок подвесных высоковольтных изоляторов.

Актуальность проЯлэмы. ЕЫСТрОв рЗЗВСТШ СЛОШЫХ И ЗКОЛО-

чески опасных производств, средств связи и управления предъявляет особенно высокие требования к надежности системы энергоснабжения, одним из вашгамгях звеньев которой являйте я линии злзктропзредач. Аварии на них часто происходят по причине обрыва гирлянды подвесного высоковольтного изолятора (рис.1) вследствие наличия трецин в папке, косулей основную нагрузку (рис.2). Шапки изготозляэтея гв? высокопрочного чугуна иаркл ВЧ 50-5 литьем в опоку или в кокиль. Годсзоз скпуск папок составляет СВЬШЭ 20 МЛН. итук. ОСНОВНЫМИ Д£>$ЗКТаКИ П2П0К ЯВЛЯЕТСЯ трещины в юбке (в отдельшэ пэриоды достигающие IOS от выпуска) и головке, рыхлоты, поры (преимущественно в головке) и разностенность.

В настоящее время проводится массовый контроль шапок лишь на наличие трещин в юбке, разнотагаикность проверяется выборочно. а внутренние дефекты головки но контролируются вообще. Необходимо отметать, что возможности контроля напрямую влияют на технологи» производства. Так, казалось бы, более прогрессивный метод литья в кокиль не вытесняет до конца литье в опоку, поскольку дает гораздо больнее количество дефектов в головке,которые не выявляются.

Рис.1

Рис.2

Контроль на наличке трещин до последнего времени велся ор-ганолептическим методом (главным образом на сдут), что не обеспечивало необходимую достоверность. Кроме того, контролеры работают в условиях литейного производства ( шум до 90 дБ, загазован: ;сть), а специфика контроля не позволяет применять йндиввдуальяыо проткзушумовые средства, что приводит к профессиональным заболеваниям.

В последние года осуществляется активный выход на внешний рынок, где конкурентами являются Франция, Аргентина, Мек-ксика и др. Если по основным электрическим характеристикам отечественные изоляторы не уступают (а по некоторым и превосходят) зарубежные аналоги, то 1»х механическая надежность оставляет желать лучшего. В связи с этим задача массового авто-матизиро ванного контроля шапок выходит на одно из пзрвых мест, В 1988 г. ННПО "Спектр" совместно с СКТБ г. Славянск был разработан и внедрен на САИЗ им. Артема (г. Славянск) ро-бототохнический комплекс НК сапок на наличие трещин в юбке интегральным методом свободных колебаний <ШСК). Данныа метод является единственно приемлзкым для контроля трещин в условиях массового производства. что обусловлено сложной формой и грубой по верхностыо шапки. Контроль 'осуществлялся ударным способом по частоте 2-й моды изгиЗных колебаний, снижающейся при наличии трещин. Однако практика использования комплекса показала его незащищенность от влияния разброса средней толщины и разнотолщииности, что не позволило поднять его достоверность выше ручного контроля.

Таким образом, на первый план выдвигается проблема повышения достоверности выявления трещин и контроля выходящей за допуски разнотолщииности. Кроме того, важно также дальнейшее

повышенно производительности контроля.

Разнотолщинность. являющаяся сама по себе дефектом встречается в основном двух видов:

1 -эксцентричного, вызванного смещением внутренней формы (рис.з):

2 - со сдавленной внешней формой (рис.4).

Трещины, как правило, расположены на внутренней поверхности кольца жесткости юбки (рис.Б).

Рис.3. Дефект 1-го вида. Рис.4. Дефект 2-го вида.

Рис.5. Дефект 3-го Ьида (трещина).

Цаль работы и задачи исслддования. ЦвЛЬ ИЭСТОЯЩвЗ раООТЫ

состоит в Том. чтобы на основании анализа современного состояния методов и средств контроля,а тага® результатов математического моделирования разработать высокопроизводительны® комплекс Ч чугунных шапок подвесных высоковольтных изоляторов на наличие дефектов форлы и повышенной достоверностью контроля трещин.

Для достижения этой дали необходимо решить слэдущиэ задачи:

1. Создать математическую модель свободных колебания тол вращэнил переменного сечения с трещиной.

2. На основании результатов математического моделирования выявить информативные параметры колебашй.

3. Определить пути повышения достоверности контроля на наличие трещин.

4. Определить способы .контроля на разнотолтоиность.

5. На основании эксшриментальЕых исследований выбрать схемы контроля по информативным параметрам.

в. Разработать прибор акустического контроля. 7. Разработать, испытать и внодрить в народное хозяйство робототехническиа комплекс контроля шапок.

Матодм исследования. ДЛЯ ПрОЕвДЗНИЯ ТбОрвТИЧвСКИХ ИССЛЭ-

ваниа использовалась копечноздементная математическая модель кольца переменного сечения с трещиной.

Экспериментальные исследования проводились на специально разработанной установке, . обеспечивающей достаточную для решения поставленных задач точность.

Научная новизна ПОЛуЧвННЫХ рвЗуЛЬТаТОВ ЗЭКЛОЧавТСЯ В

следующем:

1. На основании теоретических исследований разработана математическая модель кольца переменного сечения с трещиной.

2. Показано, что информативными параметрами для тел вращения с дефектами 1-го вида являются как смещение, узлов колебаний (особенно для 3-й мода), так и разница амплитуд колебаний пучностей при отсутствии расщепления частот.

3. Информативным параметром для тел с дефектами 2-го вида является величина расщепления частоты колебаний 2-в моды.

. 4. Показано, что информативным параметром наличия трещины является примерно одинаковое расщепление частот колебаний

2-й и 3-й мод.

5. • Предложен способ контроля тел вращения с эксцентричным сечением по скорости затухания колебаний с использованием однонаправланно демпфирующих симметричных опор.

6. Предложен способ контроля разнотолщинности по сравнению амплитуд колебаний пучностей.

7. Предложен способ контроля разнотолщинности 2 вида по преимущественному расщеплению частоты колебаний 2-й мода колебаний по сравнению с 3-й модой.

8. Предложен способ повышения достоверности контроля трещин по примерно равному расщэплэнио частот коле банил 2-Е и

3-й мод.

Практическая ценность. ПрОВОДЭЯНЪЮ ТвОрвТИЧеСКШ И ЭКСШ-

ришнтальные исследования позволили создать высокопроизводительный комплекс НК чугунных шапок изоляторов. Результаты теоретических исследований подтверждены экспериментально, а оригинальные технические решения защищены авторскими свидетельствами СССР.

Реализация работы, разработанный комплекс контроля чугун-

еых шапок подвесных высоковольтных изоляторов РТК НК "АРГУС" прошел испытания и внедреп на Славянском арматурно -изоляторном завода.

Апрооация равоты. Результаты работы докладывались на: -между чродной конференции "Дефеетоскопия-69" (г. Пловдив, Болгария);

-всесоюзном научно -техническом семинаре "Комплексная дефектоскопия в промышленных условиях" ВСНТО приЗоро строите леи им. С.И. Вавилова <г.Суздаль. 1090 г.); . -научно-техническом совете ВШй (1991 г.); -научно-техническом совете СКТБ по арматуре и изоляторам <1091 г.)>

пуоликачии. По материалам опубликовано 4 печатных работы, в том числе Z авторских свидетельства.

Струхтура и oS-ьен работы. ДиССврТЗЦИЯ СОДЭрйОГГ /<?í?CTp. МЕПИ-

нописного текста, рисунок., 22 таблшашсо стоит из введения, четырех глав, списка литературы из 79 наименования и двух приложения.

Содержания, работы. Во ВВОДЭНИИ ОбОСНОВЭНа ЭКТУЗЛЫГОСТЬ

разработки комплекса контроля качества чугунных иапок и создания математической «одели тел вращения переменного сечения с трепошоа, поставлена общая цель работы и ее задачи, сформулированы положения, выносимые.на защиту.

В Первой гларе ПрИВвДЭН ОбЗОр ЛИГвраТУрНЫХ ИСТОЧНИКОВ, КЭ-

сающихся как методов и средств низкочастотного акустического контроля, так и исследования колебаний тел вращения и тол с трещинами.

Анализ литературы показал, что правильный выбор информативных параметров свободных колебаний является основным ус-

ловием разработки средств низкочастотного контроля. Между тем существует множество параметров колебания, и выбор из них информативных невозможен без математического моделирования. Для математического моделирования необходимо было выбрать модель упрощенной формы, сохраняющую основные признаки изделия. Показано, что наличие ребра жесткости в нижней части юбки вносит определяющий вклад в параметры изгибных колебаний, поскольку частоты по крайней мере двух нижних частот колебаний отличаются не более чем на 10% от частот колебаний кольца с размерами, равными размерам ребра жесткости, поэтому в качество модели было выбрано кольцо, хотя при анализе литературы рассматривались также колебания цилипдричес-ких оболочек и тел с трещинами других форм.

Для математической модели были приняты следующие ограничения:

а) толщина кольца мала по сравнению с его радиусом;

б) динамический момент инерции сечения равен нулю.

Показано,'что форму поперечного сечения объектов с дефектами разнотолщинности двух видов можно выразить в виде тонких колец с толщиной Ь=Ь0(1+бсозп^, где Ьо-средняя толщина сечения, б - коэффициент асимметрии, ф - угловая координата, п =1 дая первого вида дефекта, п = 2 для второго вица.

Анализ литературы показал, что в общем виде (для произвольных п ) задача свободных колебаний колец но решена.

Наиболее изученными оказались вопросы колебаний эксцентричных тел (п=1). Так, для колец были получены аналитические выражения для частот радиальных колебаний, показавшие крайне малую степень расщепления частот изгибных колебаний.

Методом Релея-Ригца были расчитаны частоты и формы коле-

башга некоторых тел, в частности кругового цилиндра, тем не менее не были исследованы зависимости фор,'а колебания от эк-сцентриссигета. Были проведены также экспериментальные исследования эксцентричных колоколов, показавшиэ значительные смещения ^злов колебаний.

Менее изученны тела вращения переменного поперечного се-чониея п=2. Так. были представлены решения для тонких колец с толщиной, линеано меняющейся по углу, причем во всех случаях задачи решались приближенными методами. Были определены частотные коэффициенты для различных значения разнотолщкнноста. Результаты данных работ экспериментально не проверялись. Кроме того, з них исследованы колебания только одаой формы -асимметричные (в одних случаях) и сгсдаэтричные ( в других ), что не позволяет судить о степени расщепления частот. Кэ были также получены зависи мости формы колебаний от разнотолщинно-сти.

При анализе работ, посвященных колебаниям тел с трещиной выяснено, что задача колебания тела вращения с трещиной не реиена. В большинстве случаев для расчета колебания стершей (валов) трещина модулировалась либо участком стеркня меньсего сечения, либо упругим шарниром. Последний подход оказался наиболее приемлемым для решаемой задачи.

При выборе метода математического моделирования были предъявлены следующие требования:

-достаточная точность (особенно при определении расщепления частот);

-возможность определения одновременно частот и форм колебаний;

-универсальность при различных граничных условиях, т.е.

возможность использования метода для дефектов формы и трещин.

В результате был выбран метод конечных элементов.Далее был рассмотрен вопрос о выборе опор. Отмечено, что для большего числа исследований при проведении экспериментов характерно стремление как можно эффективней избавиться от влияния опор, и показано,что для шапок, в силу малого влия ния головки, мо-кно использовать изнтральную опору. В литературе показано также использование четырех симметрично расположенных опор с-малой окружной и большой радиальной жесткостями, что позволяет выделять колебания одной формы, между тем отсутствуют данные о возможности контроля асимметрии с их помощью.

Из литературных источников следует, что не существует приборов низкочастотного акустического контроля, удовлетворяющих требованиям массового поризводства. и что наиболее удобным способом возбуждения и приема колебаний является сочетание ударника и микрофона.

На основании проведенного анализа поставлены задачи исследований.

Вторая глава посвящена разработке и исследованию математической модели кольца переменного сечения с трещиной методом конечных элементов (МКЭ). Показано, что наиболее удобным является разбиение кольца на элементы прямого бруса постоянного сечения.Из соображений точности модели количество элементов было выбрано равным 24, длина бруса в полярных координатах была выражена как 1=На, где Н - радиус кольца, а -угловое' расстояние между узлами. Высота бруса принята единичной, т.к. в случав колебания в плоскости кольца она не имеет значения. Кавдт узловой элемент бруса имеет три степени свобода: в продольном, поперечном и угловом направлениях в ло-

кальной системе координат. Для бруса были составлены матрицы жесткости К* и массы М* в локальных координатах.

Переход к глобальной системе координат (в нашем случае полярной) осуществлялся по формулам: кя= ТКжТт , Мк=1М*Тт , где Т -переходная матрица, связывающая перемещения 1-го и 3-го узлов X™ в глобальных координатах с перемещениями хп в локальных координатах <и,п=1...3), и составленная из направляющих косинусов между векторами локальной и глобальной систем координат.

Для моделирования трещины дополнительно был введен упругий элемент нулевой длины , имеющий 3 степени свободы в кавдои узле. Коэффициенты жесткости элемента для двух равных симметрично расположенных трещин на внутренней и внешней поверхностях бруса (кольца) определялись следующими выражениями, приведенными в литературе: для осевого усилия:

1= 1 К2 (0.7442-0.8463г+1.37&-а-0.7540гэ+0.54ТСИ); К»» УЬ

для сдвига (вследствие аналогичного с растяжением распределением напряжения):

1 = 1 ^1(0.7442-0.8463у+1.376}'1-0л540г'3+0.5470>'4): куу У Ь

для изгиба в плоскости XX:

1= 1 !1£2(0.5033-0.9022^+3.412г2-3.181>-'+5.793>-4 ). Ю.у У Ъ2

2с О

где г= -- - относительная величина трещины . ¿5=-. Ъ р

Вввду нулевой длины элемента эти коэффициенты, напрямую вошли в подматрицы жесткости узлов, имеющих диагональный вид, матрица масс является нулевой, а локальные и глобальные координаты совпадают, и матрица жесткости элемента имеет следую-

щкя вид:

к«хО 0 -к» «о О О кууО О -кууО О О к*уО О -к*у

-к»«0 О 1&»0 О О -^-уО О к*уО О О -к»уО О -к*у,

Матрицы конструкции были получены суммировавши матриц элементов по соответствующим степеням свобода:

к = ]> К* , т = £ М* , где к* , и" - квадратные матрицы с размерностямими, равными сумме всех степеней свобода конструкции, содеркащиэ матрицы элементов, расположенных в кастах соответствующих степеней свобода с нулевыми остальными элеью-нтаки. В результате матрица жесткости конструкции приняла ленточную структуру:

К- К* : о о 0 О

к^+к^1 0 О О

0 : • • • ■ • • : о 0

О о : ...; О

0 о о ': ... к1! +к11 ки

0 0 0 о ■ л к" г»

где к

- подматрицы жесткости узлов к элемента (нижний индекс) размером 3x3..

Откачено, что расчет модели замкнутого кольца более сложен вследствие необходимой закольцовки матрицы и вызванное этим появление подматриц в левом нижнем и правом верхнем углах матрицы конструкции. Упростить модель можно, применяя для расчетов полукольцо с соответствующими граничными условиями. Так, при расчете симметричных колебаний исключаются окружная и поворотная компоненты перемещения первого и последнего

узлов конструкции, а при расчете асимметричных колебания -радиальные составляющие этих узлов. Полное кольцо имеет два состыкованных упругих элемента, имитирующих трещину, с суммарными коэффициентами жесткости к-»п, следовательно каиидай элемент полукольца будет иметь коэффициенты жесткости 2к™, что было учтено при составлении матрицы жесткости элемента, моделирующего трещину.

Матрицы конструкции имеют ленточную структуру Для оптимального использования памяти и уменьшения объема вычисления они были преобразованы в прямоугольные матрицы, имеющие п строк и с индексами столбцов от -т до +п, включая нулевой, где в нашем случае а=5 - ширина полуленты. Для кольца боз трещины количество п строк и, соответственно уравнения системы будет равно 75, для кольца с трещиной - 78.

Обадэе уравнение движения для системы имеет ввд:

N

ки + ти = р, где Ким- матрицы жесткости и масс конструкции, и - вектор узловых перемещения, и - вектор узловых ускорений, эр- вектор приведенных узловых нагрузок.

Для свободных колебаний, т.е. при отсутствии внешних воздействий уравнение движения имеет вид: ки + ми = о. Отыскивая решение в виде и=» соз(рг), где я - вектор узловых амплитудных перемещений, придем к уравнению |к-р2сн^= о, которое имеет решения, если йог (к-р2с-^=о.

Отыскание корней рк через составление алгебраического уравнения представляет собой большую проблему вследствие значительной сложности программ и большого объема вычислений, поэтому был использован метод последовательных приближений. Начальное значение р было определено приблизительно по формулам для кольца постоянного сечения с

усредаенкыш геометрическими параметрами. Шаг выбирался с таким расчетом, чтобы в любой промежуток значений р.не могло попасть больше одной собственной частоты. Вектор амплитудных перемещений определялся методом Гаусса с подстановкой найденных ранее корней рк.

При наложении граничных условий (задание определенного значения перемещений по каким- либо степеням свободы, в том числе И их исключение, т.е. нулевое перемещение) из матриц жесткости, масс и вектора узловых перемещения уравнения исключаются соответствующие столбцы и строки, а в случав задания ненулевых (например, единичных) перемещений кроме того появляются свободные члены, т.е. уравнение пониженного порядка в таком случае имеет вид: |к-р21м^к=®

Для моделирования симметричных и асимметричных форм колебаний кольцо было расположено таким образом, чтобы его сечение было симметрично относительно начала координат, т.е. выполнялось условие Ъ(р)-Ъ(-р). Кроме того, для разделения симметричных и асдоаютричных колебаний были заданы следующие граничные условия:

для симметричных колебания амплитудные значения окружных и угловых перемещений первого и последнего узлов равны 0;

для асимметричных колебания - нулевые значение радиальных составляющих равны нулю.

В результате этого количество уравнения сокращалось на 4 в первом случае и на 2 во втором.

При определении значений узловых амплитудных перемещения было задано единичное радиальное перемещение последнего узла при симметричных колебаниях и единичное угловое - при асимметричных. В этом случае порядок системы уменьшился на I,

- 17-

а вектор свободных членов стал ненулевым.

Для проверки работоспособности модели были подставлены параметры колец, взятые из опубликованных результатов экспериментальных исследования колебаний эксцентричных колец, выполненных с большой точностью. Сравнение расчетных и экспериментальных данных показало расхождение частот не более 1,5!?.

При исследовании колебаний эксцентричных колец толщина сечения кольца выражалась как Ь=Ь0(1+беоз/э),

где Ь0= , , й= Яо+ ,

2 1>ла* 4 п 2

Ь , Ьто»и Ьт^г, - средняя, максимальная и минимальная толщины кольца соответственно, й и И0 - средний и внутренний радиусы кольца.В таком случае для 1 элемента кольца толщина сечения выбиралась как средняя между значениями ее в узлах, т.е.:

ь1=!г[2+С03 +соз<1-1 >й] » ГД9 1 ~ номер элемента, п -количество элементов.

Основной далью данного исследования являлось определение влияния величины асимметрии сечения на собственные частоты и формы двух первых мод изгибных колебаний кольца, икещега близкие геометрические характеристики. Исследуемый объект (чугунная шапка изолятора) имеет внутренний радиус й»=34\".м, среднюю толщину стенки Ьо=8мм и У=2,14"107 м2с"2.

Материалом модели выбрана, сталь с У=2, 6'! О7 мгс"г. Исследования пяти колц различной степени разнотащинносга показали, что наиболее информативными параметрами колебаний являются увеличение амплитуды в местах расположения узлов концентричного кольца для 3-я моды (рис.в) и разница относительных амплитуд пучностей 3-й моды (рис.7).

50

1

от

2

Ь

,3

с

о

(1

о

О 3/16 3/8 9/16 3/4

о з/1б з/в »/ль а/ч

Рис.6

РИС.7

Выявлено тага® снижение собственных частот колебаний от эксцентриситета, но по их абсолютному значению контроль производить нельзя из-за разброса частот воаэдствиэ непостоянства средней толщины стенки.

Для исследования колебаний колец со сдавленной внешней поверхностью толщина сечения выражалась как Ь=Ьо(1+йсоз2/э). Остальные размеры и физические характеристики соответствовали кольцам предыдущей модели. Для данных колец были проведаны аналогичные исследования, показавшие, что информативным параметром отого вида дефекта является расщепление частот 2-й коды колебания (рис.8), существенно превышающее расщэплэннз частот 3-я моды .рис.9).

Для исследования колебания колец с трещиной были взяты кольца с предыдущими средними размерами и различными относительными размерами трещин. Результаты моделирования показали, что информативными параметрами трещины являются примерно одинаковые расщепления частот 2-я (рис.9.) и 3-я (рис.10.) мод.

з.зт

2.0

О 3/16 3/8 9/16 3/4

РИС.8

19-ю.о

РСЬН*>

к-Э

6.5

О 3/16 3/Э 9/16 3/4

РИС.9

э.з

РСк№>

а.о

О

к -г

О 10 20 40

СУ.

70

10.0

£.5

РСкН2>

Ок=3

О 10 30 40

СУ.

ТО

Рис.9 Рис.10

Для выявления влияния дефектов I и 2 ы$цов на информативные параметры трещины исследованы колебания кольец с относительным размером трещины 0,7 при различны* величинах разното-лщинности. Установлено, что эксцентриситет сникает величину расщепления частот при увеличении толщнт! стенки в месте трещины. и наоборот, т.е. снижение чувствительности контроля компенсируется увеличением прочности стенки в месте- расположения трещины.

Наиболее опасен дефект 2 вида. В отличии от трещины, такоа дефект характерен превышеквзм частот симметричных колебания Еад асимметричными, т.е. при определенном- соотношении величин

дефоктов расщепление частот одной из мод колебаний может вырождаться. Тем не меное, учитывая меньшее расщепление частот 3-й мода по сравнении со 2-й (особенно для малой разнотолщин-ности) одновременное вырождение расщепления частот обеих мод невозможно. Отсюда следует вывод • о необходимости введения двухмодального контроля трещин для повышения достоверности.

Третья глава ПОСВЯЩвНЭ ЭКСГОрИМвНТаЛЬНОЙ ПрОВОрКв ИНфОр-

иативных параметров свободных колебаний, выявленных по результатам математического моделирования.

Основу экспериментальной установки составили анализатор спектра "SD345 Specnrascope III", запоминающий осциллограф, ударный механизм, микрофоны, полосовой фильтр и подставка со сменными опорами. "Свободные" опоры в виде тонких (0,5мм.) стальных иголок использовались для исследования собственных частот, где важно минимальное влияние опор на колебания.

Измерения частот свободных колебании, вызванных ударом, проводились с помощью спектроанализатора.и по разница частот определялось их расщепление, при малых величинах расщепления, когда разрешающей способности анализатора было недостаточно, расщепление определялось с помощью запоминающего осциллографа по частоте биений. Такие исследования проводились для колец с дефектом 2-го вида и для колец с трещиной. Последняя имитировалась тонкой прорезью, причем исследованы как кольца с одной (внутренней) прорезью, соответствующей реальному дефекту, так и с двумя (внутренней и внешней), что соответствует математической модели. Выяснено, что изменения частот во втором случае близки к удвоенным изменили частот для колец с одной трещиной. Эксперименты подтвердили выводы теоретических исследований для дефектов 2-го вида и трещцн, что позволило

- 21 -

сделать вывод о работоспособности модели.

Демпфирующие опоры предназначались для исследования затухания колебания, вызванного смещением узлов, и выполнены из тонких латунных пластин с формой, обеспечивающей удобство центровки объекта контроля. Такие опоры имеют малую жесткость в окружном направлении и большую - в радиальном. При колебаниях бездефектного кольца узлы колебаний устанавливаются в опорах и совпадают со всеми из них. При этом в опорах присутствует только окружная составляющая колебания, которая свободно пропускается. В случае асимметрии сечения появляется и асимметрия колебания, в частности - смещение узлов, что приводит к появлению радиальной составляющей в опорах, которая ими гасится, что приводит к увеличению скорости затухания колебания. Исследования эксцентричных колец показали увеличение скорости затухания колебаний с увеличением эксцэнтрисисигета, но количественно зависимость не позволила сделать положительный вывод о возможности применения данного способа для контроля допустимых для шапки величин разнотавдинноста, хотя при усовершенствовании конструкции опор и аппаратуры он может быть применим для контроля различных дефектов формы.

Для эксцентричных колец были также исследованы амплитуды сигналов от установленных напротив разных пучностей микрофонов, показавшие увеличение разницы амплитуд при увеличении зксцентриссисигета, тем не менее устойчивых результатов получить не удалось. Были проанализированы пути использования, этого информативного фактора другими методами.

в ч»т»<»рто<* главе рассмотрена приборная реализация акустического контроля и разработки комплекса.Разработана функциональная и электрическая схемы прибора, совместимая с кикро-

продассорноа системой управляющего комплекса. Для создания комплекса был разработан алгоритм и программа, которые прошли успешные испытания.

Наложение новых функций на прибор акустического контроля, а именно контроль по 3-й моде колебаний обусловило увеличение количества ударников с 5 (комплекс "Аргус") до в с уменьшением .угла мевду ними до 15 градусов, С целью повышения надежности и долговечности ударников они были избавлены от трущихся частей, замененных подшипником. Важной задачей являлось также увеличение производительности комплекса. Выяснено, что время мевду ударами, гарантирующее достаточное затухание, колебаний, составляет около 0,3 с, следовательно промежуток времени между 6-ю ударами будет равен 1,5 сек, что и составляет, собственно, длительность контроля. Суммарное время контроля комплекса "Аргус" составляет 10 с, т.о. основное время тратится на транспортировку и вывешиваииэ изделия. Для сокращение этого времени устройство подачи было выполнено па принципе грейп}арного механизма, что позволило почти в 3 раза повысить производительность и за счет сокращения количества деталей повысить надежность механики, существенно уменьшить массу и габариты комплекса. Кроме того, была обеспечена стыковка комплекса с устройством загрузки, что позволило полностью ручной труд на этапе контроля.

Разработанный комплекс имеет следующие характеристики (в скобках приведены данные для комплекса "Аргус"): -производительность контроля, шт./час. 1000 (360);

-достоверность контроля при размере трещинШО мм..........

................................................0,98 (0,96);

-достоверность контроля дефектов 2-го вида при относительной

разнотолщинности 0,125.....

-масса, кг.................

-габариты, мм..............

-потребляемая мощность, кВт

................0,99 ( - );

.........ке более 80 <200);

800x300x600 (1200x500x700); ........не более 0,5 (1,0).

Основные результаты работы и выводы.

1. Доказана актуальность разработки комплекса массового контроля чугунных шапок изоляторов, обусловленная требованиями повышения надежности линий электропередач, необходимостью повышения качества изоляторов для активного выхода на внешний рынок и требованиями охраны труда.

2. Предложена и исследована математическая модель изгибных колебаний колец переменного сечения с трещиной, представленной упругим элементом.

3. Теоретически и экспериментально обоснована возможность контроля разнотолщинности по скорости затухания колебания с применением однонаправленно демпфирующих опор.

4. Обосновано применение двухмодального контроля на наличке трещин с целью повышения достоверности.

5. Разработан многоканальный прибор, позволивший осуществлять контроль дефектов 2-го взда и повысить достоверность контроля трещин.

О. Разработано новое устройство подачи изделия в зону контроля с повышенной в 3 раза производительностью, нбяышщ массой, габаритами и энергопотреблением.

7. Разработан, испытан и внедрен в народное хозяйство РТК массового контроля чугунных шгпок подвесных высоковольтных изоляторов (САИЗ им. Артема г. Славянск).

Экономический эффект от внедрения комплекса составляет КГ тыс. руб. в год.

Вэзультаты диссертационной работы могут быть использованы при разработке комплексов контроля осесимметричных изделий на наличие трещин.

В дальнейшем целесообразно включение РТК НК в единую систему управления производственным процессом, что позволит осуществить полную автоматизацию производства шапок.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Гревцзв М.А... Коваленко А.Н., Монахов В.В., Робото-технический комплекс массового контроля чугунных шапок подвесных высоковольтных изоляторов. /Доклад на • международной конференции "Дефоктоскопия-89", Пловдив, 24-28 октября 1089 года, тез. I ПС 2-25.

2. Гревцев М.А., Коваленко А.Н..Монахов В.В..Попов С.Л. Робототехнический комплекс контроля чугунных шапок высоковольтных изоляторов./ В сб. трудов НИКИМП, М..1688.

3. A.c. СССР К.1536303 МКИ С 01 N 29/04. Акустический дефектоскоп / М.А.Гревцев А.Н.Коваленко, В.В.Монахов, С.Л. Попов, / Открытия. Изобретения.-1990.-Ь2 •

4. A.c. СССР №1582116 МКИ С 01 N 29/04. Акустический дефектоскоп / М.А.Гревцэв, А.Н.Коваленко, В.В.Монахов, С.Л.Попов, В.И.Резников, СЛ. Фролов / Открытия. Изобретения.-19 9Q-#28.

Заказ К. 244" Дата /3 05.9{г