СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ НЕСООСНОСТИ
METHOD OF MEASURING AND CONTROLLING MISALIGNMENT

Изобретение относится к известным методам измерения несоосности валов, при котором получают удвоенную величину несоосности.
К таким способам относится, например, способ, где кронштейн закрепляют на одном валу, а индикатор (измеритель) устанавливают в контакте с другим валом. Показания индикатора обнуляют в положении, например, 12:00. Затем индикатор поворачивают на 180°, например, в положение 6:00. При измерении таким способом разница в показаниях индикаторов равна удвоенной величине смещения (несоосности). Для определения смещения (несоосности) эту разницу нужно поделить на 2 (смотри, например, учебное пособие «Основы центровки промышленного оборудования» авторы Лавров К.А., Романов Р.А. и др., опубликованное в 2007 г.
Известный способ имеет недостаточно широкую область применения, т.е. по мнению авторов статьи только разница в показаниях индикатора равна удвоенной величине смещения (несоосности). Если посмотреть рис. 58 известного способа, то проекции валов вдоль оси на плоскость показывает, что проекция вала меньшего диаметра, на котором крепится кронштейн не выходит за границы проекции вала большего диаметра, с которым контактирует индикатор. В этом случае разница между величиной расстояния поверхностей вала с одной и другой стороны равна удвоенной величине несоосности. Это значит, что по предложению авторов статьи можно измерить несоосность только если проекция одного вала не выходит за границы проекции второго вала.
Однако, если проекция вала меньшего диаметра будет касаться поверхности вала большего диаметра, т.е. расстояние между поверхностями валов с одной стороны равно нулю, то удвоенную величину несоосности можно измерить с одной стороны, т.к. если прибавить или отнять ноль, результат не изменится.
А если проекция вала меньшего диаметра выходит за границы проекции большего диаметра, то удвоенная величина смещения (несоосности) равна сумме расстояний между поверхностями валов с противоположных сторон.
Так как показания индикатора обнуляют или подводят шток индикатора до контакта с валом при нулевом показании, в известных методах измерения, то это значит, что показания индикатора с одной стороны всегда равны нулю, а измерение всегда осуществляют с другой стороны.
Для лучшего понимания, после, например, обнуления показаний индикатора, его шток застопорим (сделаем временно неподвижным), затем поворачиваем измеритель с неподвижным штоком или переставляем его на противоположную сторону. Посмотрим, где будет расположен конец штока индикатора (измерителя) при нулевом показании с противоположной стороны. Конец штока индикатора сместится с противоположной стороны на величину расстояния между поверхностями валов со стороны обнуления показаний индикатора. На эту величину будет эффект изменения радиуса вала.
Для лучшего понимания полученного результата из оси проведем окружность с новым радиусом. В результате в точке со стороны, где обнуляли показания индикатора, поверхность проекции малого вала будет касаться проекции вала большего диаметра. Это значит, что расстояние между поверхностями валов будет равна нулю. В этом случае расстояние между поверхностями валов с противоположной стороны всегда будет равно удвоенной величине несоосности этих валов.
Таким образом, за счет формирования эффекта изменения радиуса одного из валов на величину, при которой расстояние между поверхностями валов с одной стороны равна нулю, с противоположной стороны расстояние между поверхностями валов всегда будет равно удвоенной величине несоосности, где индикатор, после того как он станет подвижным, совершит операцию алгебраического суммирования расстояния между поверхностями валов с противоположных сторон, т.е. либо осуществляет сложение этих величин, либо из большей величины вычитают меньшую, при этом ноль индикатора (измерителя) расположен в начале шкалы. Таким образом, при повороте измерителя он автоматически совершает операцию алгебраического суммирования. Но когда сперва измеряют расстояние между поверхностями вала сначала с одной, а затем с другой стороны без обнуления показаний, то важно знать, когда складывать, когда вычитать результат таких замеров (см., например, патент №2500981 G01B 5/24 G01B 5/25 «Способ измерения несоосности валов»).
Недостатком измерителей, в которых определяют удвоенную величину несоосности, является то, что с ними нельзя осуществить регулирование несоосности известными способами.
Например, необходимо осуществить регулирование несоосности до нуля, измерив несоосность, которая, например, равна пяти относительным единицам, мы получим показания измерителя, на котором будет удвоенная величина, равная десяти относительным единицам.
Измеритель имеет шкалу (для визуального контроля) и стандартный выходной сигнал, который через аналоговый делитель на два подключим к дополнительному регистрирующему прибору. Для контроля величины смещения вала установим дополнительный измеритель, таким образом смещая его корпус, чтобы он при контакте штока с валом показывал пять относительных единиц (т.е. истинную несоосность).
Начнем регулировать несоосность путем смещения одного из валов. Когда несоосность валов будет равна нулю, показания на дополнительном измерителе будут равны нулю, т.к. мы сместили вал на 5 относительных единиц. Показания основного измерителя, с помощью которого мы измеряли удвоенную величину, будут равны 5 относительных единиц.
Делитель сигнал, соответствующий 5 относительным единицам, уменьшит в два раза и на дополнительном регистрирующем приборе получим 5:2=2,5 относительных единиц. Если продолжить регулировать несоосность по показаниям измерителя, с которым осуществляли определение удвоенной величины несоосности или по дополнительному регистрирующему прибору, показания которого в два раза меньше показаний измерителя, то ошибка регулирования может быть 100%.
Устранить указанный недостаток заявитель предлагает путем регулирования несоосности до половины удвоенной несоосности, когда необходимо получить нулевую несоосность. Это можно достичь, если измеритель с удвоенной величиной несоосности сместить на половину полученного результата или заменить на измеритель, диапазон измерения которого равен половине измеренной величине или на регуляторе установить задание, равное половине измеренной несоосности.
При ручном регулировании вал смещают, пока показания на измерителе при визуальном контроле не станут равны половине измеренной удвоенной величине несоосности.
Если измеритель с удвоенной величиной несоосности сместить на половину полученного результата или заменить на другой измеритель с меньшим диапазоном измерения и установить истинную величину несоосности, то при ручном регулировании путем смещения одного из валов, при этом вал смещают, пока показания на измерителе не достигнут нуля.
Если необходимо регулировать до другой величины несоосности, то вал смещают вручную, пока показания на измерителе не достигнут другой, отличной от нуля величины.
При автоматическом регулировании устанавливают требуемую величину задания, система автоматически сместит вал. Установив требуемую величину несоосности.
При автоматическом регулировании можно оставить на измерителе удвоенную величину несоосности, а на задатчике системы регулирования устанавливают величину задания, равную половине величины удвоенной несоосности. В этом случае система автоматически отрегулирует несоосность, равную половине измеренной несоосности, которая будет равна истинной величине несоосности, т.е. «0». Если установить другую величину задания, которая будет больше половины удвоенной величины, где «0» равен половине измеренной величины, то регулируемый вал будет, например, выше неподвижного вала. Если величину задания установить равную меньше половины удвоенной несоосности, т.е. ниже условного нуля. Который находится посередине измеренной несоосности, то вал, с помощью которого регулируем несоосность, станет ниже неподвижного вала на заданную величину.
Таким образом, заявитель показал, несколько вариантов того, как можно осуществить регулирование несоосности измерителями, когда получают удвоенную величину несоосности.
Другим недостатком измерителей с малой площадью контакта с валом, такими как: индикатор с шариковым наконечником, рулетка с лучом лазера, пневматические или электрические следящие узлы, - является то, что при регулировании, например, горизонтальной несоосности, изменяется измеряемая вертикальная несоосность, а при регулировании вертикальной несоосности изменяется измеряемая величина горизонтальной несоосности. Это означает, что при одновременном регулировании горизонтальной и вертикальной несоосности появляются перекрестные связи. Это объясняется тем, что вал имеет сферическую (круглую) поверхность и при смещении вала измеритель измеряет изменение хорды, например, в вертикальном направлении, которая может изменяться почти от нуля до половины величины диаметра.
Другими словами, может происходить изменение измеряемой горизонтальной и вертикальной величины несоосности почти на величину радиуса. Таким образом, простой объект при одновременном регулировании горизонтальной и вертикальной несоосности превращается в сложный объект с перекрестными связями. Известны методы регулирования объектов с перекрестными связями (см., например, Энциклопедия современной техники «Автоматизация производства и промышленная электроника» главные редакторы А.И. Берг и В.А. Трапезников, том 3, 1964 г. «Регулирование автоматическое связанное и не связанное», стр. 198).
При связанном регулировании, регуляторы различных величин имеют взаимные связи, осуществляющие взаимодействие между ними помимо объекта регулирования. Примером системы связанного регулирования является система управления курсом и креном самолета, если в автопилоте имеются перекрестные связи или см. там же стр. 203-204 «Регулирование много связанная система», рис. 3. Здесь по одной регулируемой величине систему делают разомкнутой, а по другой - замкнутой. Примером такой системы является, например, «Термостат» а.с. №1023294 G05D 23/30.
Такая конструкция термостата позволяет сформировать посредством первого (основного) нагревателя разомкнутый контур грубого термостатирования. Изменяя задание источника стабилизированного напряжения, нагревают металлический полый цилиндр и глухи камеры до температуры, близкой к заданной. Датчик температуры непрерывно определяет ошибку термостатирования и посредством терморегулятора и второго нагревателя меньшей мощности осуществляют коррекцию ошибки.
Можно влияние любого возмущения на регулируемую величину компенсируется введением дополнительного воздействия от внешних возмущений, поступающих на объект регулирования. Здесь инвариантность достигается с применением комбинированного метода управления (по отклонению и нагрузке) (см. там же «Регулирования инвариантная система», стр. 202).
Таким образом, в известных методах перекрестные связи компенсируют. Например, введением либо дополнительных связей в регулятор, либо комбинированным методом управления по нагрузке и по отклонению.
В отличие от известных методов регулирования заявитель предлагает использовать метод предупреждения появления перекрестных связей в самом объекте регулирования. Это достигается путем измерения несоосности в одной точке расположения проекции оси вала в горизонтальной и вертикальной плоскости, т.е. в точке касания максимальной хорды (диаметра) поверхности вала в этих плоскостях. Это достигается либо известным устройством индикатором с ⊥-образным наконечником или поиском этой точки (точки перегиба вала) при использовании индикатора с шариком или рулетки с лучом лазера.
Известен способ поиска горизонтальной вертикальной и экстремальной несоосности путем поворота измерителя вокруг валов. В данном случае измеритель смещают в горизонтальной или вертикальной плоскости при смещении вала в одной из этих плоскостей, а не путем поворота. Т.е. при смещении точки перегиба вала, например, при смещении вала в горизонтальной плоскости, измеритель смещают в горизонтальной плоскости, находят точку перегиба в новом положении и измеряют вертикальную несоосность, в результате такого измерения несоосности не появляются перекрестные связи, что не требует усложнения закона регулирования.