Ного обладнання рухомого складу

 

1. Мета роботи:

 

1.1. Вивчення методів та принципів дії апаратури, що використовується для випробування механічного обладнання рухомого складу.

 

1.2.Набуття навичок з використання приладів різних типів для випробу-вання механічного обладнання.

 

Загальні положення

 

Вимірювальним приладом називають засіб вимірювання, що призначений для вироблення сигналу інформації в доступній формі для безпосереднього сприймання спостерігачем. Пристрої розподіляють на показуючі та реєструючі. Показуючі вимірювальні пристрої (наприклад, манометри) призначені тільки для відлічування, а реєструючі (самописні та друкуючі) – для реєстрації показ-ників.

 

2.1. Вимірювання тиску робочих середовищ

 

Вимірювальні прилади, які призначені для вимірювання тиску, називають манометрами (ДСТ 8.271-77). Тиск робочих середовищ виміряють деформацій-ними, електричними та рідинними манометрами.

 

2.1.1. Деформаційні манометри

 

Вказані манометри – це трубчато-пружинні вимірювальні засоби, робота яких базується на використанні деформації трубчатої пружини еліптичного чи площинно-овального перерізу під дією вимірюваного тиску (рис. 1.1). Маноме-три випускають з верхньою межею вимірювання 0,06; 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,6 і т.д. до 100 МПа.

 

Рис. 1.1 – Манометр з одновитковою трубчатою пружиною:

1 – штуцер; 2 – патрубок; 3 – пру-жинна трубка (трубчата пружина); 4 – корпус; 5 – шкала; 6 – стрілка; 7 – зубчастий сектор; 8 – тяга

 

Робоча межа вимірювання повинна дорівнювати 3/4 верхньої межі при по-стійному тиску і 2/3 – при змінному.

 

Манометри виготовляють таких класів точності: технічні – 1,5; 2,5; 4, ла-

бораторні – 0,4; 0,6; 1.

 

Зразкові пружинні манометри застосовують для перевірки технічних ма-нометрів та виконання точних вимірювань тиску під час проведення дослід-жень. Конструкція цих манометрів аналогічна технічним, але з більш ретельно відпрацьованим передавальним механізмом. Прилади виготовляють з діамет-ром корпусу 160 або 250 мм, з верхньою межею вимірювання в діапазоні змін від 0,1 до 60,0 МПа, а також з класами точності 0,16, 0,25. Шкала зразкового манометра наноситься в умовних одиницях (поділках).

 

2.1.2. Електричні манометри

 

Електричні манометри – це вимірювальні установки, що складаються з вимі-рювального перетворювача тиску (ВП) і повторних електричних вимірювальних приладів (ЕВП). Електричні манометри можуть бути п’єзоелектричними, тензоме-тричними, опору тощо. Принцип дії манометра опору базується на залежності електричного опору чутливого елемента перетворювача від вимірюваного тиску.

 

На рис. 1.2,а зображено конструкцію діафрагмового манометра (маномет-ричного датчика МД). Первісним перетворюючим елементом перетворювача тиску (ПТ) є діафрагма 2, встановлена в сталевий корпус 1 з кришкою 4. Кор-пус 1 має штуцер для приєднання перетворювача до лінії гідро- або пневмоме-режі. За наявності пульсації вимірюваного тиску в штуцері корпуса встанов-люють демпфер. Для запобігання руйнування діафрагми при підвищеному тис-ку в корпусі встановлено профільований натиск 3 з легкоплавкого сплаву. Про-міжним перетворюючим елементом є передавальний механізм, що складається із штоку 6 з важелем 7, повзуна 8, плоскої пружини 9. Повзун 8 кріпиться шар-нірно на стояку 5 і з’єднаний з важелем 7. Нижній кінець штока 6 притиску-ються до діафрагми 2 за допомогою плоскої пружини 9. Передавальним пере-творюючим елементом ПТ є потенціометричний перетворювач 12, увімкнений за схемою подільника електричної напруги. Повзун 11 потенціометра закріпле-ний на важелі 8. ПТ зверху закритий герметичним кожухом 10, що має штепсе-льне рознімання, призначене для приєднування перетворювача тиску до мережі живлення постійного струму та до повторного вимірювального приладу (вольтметра, амперметра).

 

Принцип дії ПТ наступний. При підведенні до камери А робочого середо-вища під тиском діафрагма деформується. Лінійна осьова деформація переда-ється до штоку 6, який повертає важіль 8. Повзун 11 переміщується потенціо-метром 12, тобто кожному значенню вимірюваного тиску відповідає визначене положення ковзаючого повзуна щодо потенціометра, а отже, і вихідний віднос-ний опір. Якщо повний опір потенціометра відповідає верхній межі виміру, то за вимірюваним значенням вихідного електричного опору можна знайти вимі-рюваний тиск Р згідно з виразом:

^Р ^= ^Рв.пр. ^× ^R вих ^/ R заг ^,

(1.1)

де Р_в.пр - верхня межа вимірювання перетворювача тиску, МПа;

 

R_вих - вихідний електричний опір,Ом;

R_заг - повний опір потенціометра,Ом.

 

На рис. 1.2,б показана електрична схема діафрагмового манометра, що складається з перетворювача тиску (ПТ), повторного вимірювального пристрою (ВП) та джерела живлення (ДЖ). Джерелом живлення є випрямляч мережі типу ВМ-4, що складається з трансформатора (ТР) і силового випрямляча (СВ).

 

 

Рис. 1.2 – Діафрагмовий манометр: а) конструкція; б) електрична схема

 

2.1.3. Рідинні манометри

 

Рідинні манометри використовують у лабораторних умовах для вимірю-вання невеликого тиску. Принцип їх дії ґрунтується на врівноваженні вимірю-ваного тиску або різниці тиску робочого середовища тиском стовпчика рідини.

 

Одним з видів рідинних манометрів є V - подібний манометр, що склада-ється з двох скляних трубок. Трубки заповнені врівноваженою рідиною (ртуттю або підфарбованою водою). Одна трубка контактує з вимірюваним середови-

 

щем, а друга – з атмосферою. При включенні манометра вимірюваний тиск P_вим врівноважується стовпчиком рідини висотою,що відліковується за двома

 

рівнями трубок. Вимірний тиск визначають за формулою

 

Рвим = h ×	P	,	(1.2)

V

 

де h - висота стовпчика врівноважуючої рідини, м; Р - вага, Н;

 

V - об’єм рідини.

 

2.2 Вимірювання витрат робочого середовища

 

На рис. 1.3,а зображено витратомір зі звужуючим пристроєм. Витратомір складається з патрубків 1 та 3, між якими встановлено звужуючий пристрій, ви-готовлений у вигляді витратомірного сопла 2. З’єднання патрубків – фланцеве. Звужуючий пристрій використовується для місцевого стискання середовища і є

 

первинним перетворювачем, а вимірювальними приладами є манометри МН1 та МН2, призначені для виміру перепадів тиску протікаючого середовища перед і після звужуючого пристрою. Принцип дії цього пристрою полягає в тому, що внаслідок звуження перерізу потоку вимірюваного робочого середовища утво-рюється перепад тиску, що залежить від витрат середовища. При цьому, залеж-ність між вказаними параметрами прямо пропорційна. На практиці для підви-щення точності виміру використовують промислові диференційні манометри.

 

Ротаметри відносяться до витратомірів постійного перепаду тиску. На рис. 1.3,б зображено ротаметр, що складається з прозорої конусної трубки 1, на якій нанесено шкалу, в середині трубки розташовано циліндричний поплавок 2, що виконує функцію стрілки. Ротаметр встановлюють у вертикальних трубопрово-дах з висхідним потоком вимірювального середовища. Принцип його дії такий: робоче середовище, яке протікає через ротаметр, попадає в конусну трубку 1, піднімає залежно від витрат до відповідної висоти поплавок 2, а потім, коли бу-де подоланий кільцевий проміжок між поплавком і трубкою, виходить з рота-метра. Таким чином, при будь-яких витратах робочого середовища на поплавок діє сила від перепаду тиску, що з’являється внаслідок звуження потоку в кіль-цевому проміжку, котрий врівноважується вагою поплавка.

 

У стані рівноваги матимемо

mn = (P1 - P2) ×Sn,

(1.3)

де m_n - вага поплавка, Н;

P₁ та P₂ -тиск робочого середовища перед і після поплавка,МПа; S_n -площа поплавка, м ².

 

 

Рис. 1.3,а – Витратомір зі звужуючим пристроєм Рис. 1.3,б – Ротаметр

 

2.3. Вимірювання частоти обертання

 

Для вимірювання частоти обертання валу переважно використовують маг-нітні (магнітоіндукційні) тахометри.

 

Розглянемо принцип дії такого тахометра (рис. 1.4). Під час обертання ве-дучого валика 11 обертається і магнітний вузол 8, що складається з двох жорст-ко з’єднаних між собою плат, на яких знаходяться постійні магніти 6. Обертаю-че магнітне поле, що створюється магнітним вузлом 8, індукує в чутливому

 

елементі (струмопровідному диску 7) вихрові струми. Внаслідок взаємодії обертаючого магнітного поля з індукційними струмами виникає обертальний момент, що намагається повернути чутливий елемент в напрямку обертання ма-гнітного вузла. Обертальному моменту чутливого елемента 7 протидіє момент спіральної пружини 5. Через те, що момент чутливого елемента пропорційний частоті обертання магнітного вузла, а момент спіральної пружини пропорцій-ний куту її закрутки, то кут повороту чутливого елемента пропорційний частоті обертання магнітного вузла і, отже, частоті обертання ведучого вала. Завдяки цьому шкала 2 тахометра виходить рівномірною. Позначаючу стрілку 1 кріп-лять до осі чутливого елемента. Для зменшення амплітуди коливання стрілки та полегшення відліку показань рухома стрілка тахометра демпфірувала. Магніто-індукційний демпфер складається з рухомого струмопровідного (алюмінієвого) диску 3 та нерухомої магнітної системи з постійними магнітами 4. При обер-танні рухомої системи магнітний потік наводить у диску 3 вихрові струми, що взаємодіють з магнітним потоком, і створюють момент, що гальмує рухому си-стему. Якщо диск 3 нерухомий, то гальмовий момент дорівнює нулю.

 

 

Рис. 1.4 - Схема магнітного тахометра

 

2.4. Вимірювання температури робочого середовища

 

Температуру робочого середовища визначають термометрами. Термомет-ром називають пристрій вимірювання (сукупність засобів вимірювання), при-значений для вироблення сигналу температурної інформації в зручній формі для безпосереднього сприйняття спостерігачем, автоматичної обробки, передачі та використання в автоматичних системах керування. За принципом дії вони ді-ляться на термометри розширення, опору та термоелектричні (ДСТ 13417-76).

 

У термометрах розширення використовують залежність зміни об’єму тер-мометричної речовини від температури. Термометри розширення поділяють на рідинні й манометричні. Через те, що використовують різну термометричну рі-дину, розрізняють ртутні, спиртові та інші термометри.

 

На рис. 1.5,а зображено скляний ртутний технічний термометр, що склада-

 

ється з резервуара 1, капілярної трубки 2, шкали 3 і зовнішньої скляної оболон-ки 4. Принцип дії рідинного термометра базується на використанні теплового розширення термометричних рідин. Температуру відраховують за висотою рів-ня в капілярній трубці.

 

	а)		б)
Рис. 1.5 –	Термометри розширення:

а – скляний ртутний; б – манометричний

 

На рис. 1.5,б зображено манометричний термометр, що складається з тер-мобалона 1, вставленого у вимірюване робоче середовище, манометричної трубчатої пружини 5, що діє за допомогою тяги 6 на стрілку 4, і капіляра 3, який з’єднує пружину з термобалоном. Штуцер 2 призначений для встановлен-ня термобалона в баках та інших пристроях. Термосистема заповнена термоме-тричною речовиною (найчастіше рідиною). Принцип дії манометричного тер-мометра базується на використанні залежності тиску речовини від температури при постійному об’ємі. При нагріванні термобалона, підвищується тиск термо-метричної рідини. Під дією тиску цієї рідини відбувається деформація трубча-тої пружини. Переміщення рухомого кінця трубчатої пружини за допомогою тяги 6 викликає пропорційне зміщення стрілки 4.

 

На рис. 1.6 зображений зовнішній вигляд мідного термометра опору, що складається з чутливого елемента 1, який, в свою чергу, складається з циліндрич-ної пластмасової колодки, на яку навита спіраль з тонкого мідного дроту, захисної арматури 2, штуцера 3 та кабельного виводу 4. Принцип дії термоперетворювача базується на використанні залежності електричного опору чутливого елементу від температури. З підвищенням температури опір чутливого елементу зростає. Для вимірювання опору термоперетворювача застосовують такі повторні електричні прилади: автоматичні вимірювальні мости або магнітоелектричні логометри.

 

 

Рис. 1.6 – Термометр опору (зовнішній вигляд)

 

На рис. 1.7, а представлена конструкція термоперетворювача. Він склада-ється із термоелектродів 8 з хромелю і копелю, які впаяні срібним припоєм у ла-тунний наконечник 6 і знаходяться у двох трубках 7. Латунний наконечник 6 вставлений у захисну арматуру 5 до упору. Вільні кінці термоелектродів з’єднані із затискачами 3 контактної колодки, що знаходиться в корпусі голов-ки 2. Для підключення зовнішніх з’єднань дротів використовують штуцер 1. Термопере-творювач кріпиться в корпусі виробу за допомогою рухомого штуцера 4.

 

Принцип дії термоелектричних термометрів базується на властивості мета-лів і сплавів утворювати термоелектрорушійну силу (термо-ЕРС), що залежить від температур t₁ та t₂, місця з’єднання (спаю) кінців двох різнорідних провідни-ків А і В (термоелектродів), які утворюють чутливий елемент термоелектрич-ного перетворювача – термопару 1 (рис. 1.7,б). Спай 1, вставлений до вимірюва-ного середовища, має назву робочого кінця перетворювача, а спай 2 і 3 – вільних кінців. Як повторні прилади (ПП), працюючі з термоелектричними перетворюва-чами, використовують магнітоелектричні мілівольтметри та потенціометри.

 

За допомогою дротів 2 термоелектричний перетворювач 1 з’єднаний з компенсаційною коробкою 3 (рис. 1.7,в). Компенсаційна коробка типу КТ-54 зібрана за схемою врівноваженого моста, постійними плечами якого є резисто-ри R1, R2, R3, а змінними R4. Додатковий резистор R_д використовують для об-меження струму, який потребує міст. Термоелектричний перетворювач 1 і по-вторний прилад 4 підключені послідовно до діагоналі мосту ab, а джерело жив-лення 5 і додатковий резистор R_д - до діагоналі сd. Джерелом живлення слу-жить випрямляч мережі типу ВМ-4, що складається з трансформатора ТР та си-лового випрямляча (СВ) і підключається в мережу змінного струму напругою 127 або 220 В, внаслідок чого отримують постійний струм напругою 4 В.

 

Термоелектричні термометри застосовують залежно від використаних ме-талів термоелектродів для виміру температури в діапазоні 200-600 і 300-1600° С.

 

 

 

Рис. 1.7 – Термоелектричний термометр: а) конструкція; б) схема; в) електрична схема

 

2.5. Вимірювання обертального моменту

 

Обертальний момент виміряють балансирними динамометрами або торсіо-метрами. Найбільше поширення здобули балансирні динамометри, що поділяють за принципом створення реактивного моменту на електричні, гальмові, гідравлі-чні й механічні. Динамометри (ДМ) встановлюють між двигуном і дослідним об’єктом. Для вимірювання середнього значення обертального моменту під час випробувань в установленому режимі, застосовують спеціальні привідні елект-родвигуни (ЕД) в балансирному виготовленні з ваговим пристроєм. На рис. 1.8 зображений балансирний електродвигун 2, корпус якого встановлений на опор-них підшипниках 5 стояка 1. До корпуса електродвигуна жорстко закріплений важіль 3 з ваговим пристроєм 4 та противагою 6 (рис. 1.8). Під час випробувань вимірюють зусилля Р на плече l. Обертальний момент визначають за формулою:

 

Мкр = (Р - Р1) × l,

(1.4)

 

де Р - сила, що діє на плече під час випробувань, Н;

 

Р₁ -сила,що діє на плече l під час холостої роботи електродвигуна без на-соса, Н;

l -довжина плеча,м.

 

 

 

 

Рис. 1.8- Балансирний електродвигун з ваговим пристроєм

 

Порядок виконання роботи

3.1. Вивчити методи та принцип дії вимірювальних приладів за наведеним вище описанням, а також на макетах та розрізних натурних зразках.

3.2. Зробити заміри окремих параметрів у лабораторії кафедри.

 

3.3. Оформити роботу в журналі лабораторних робіт, де необхідно подати схеми (ескізи) приладів, опис їх дії та результати вимірювань.

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2