Preview

Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей»

Расширенный поиск

Малогабаритный инерционный датчик

Полный текст:

Аннотация

Представлены конструкция и принцип действия инерционного датчика ИВ29 с постоянным магнитом. Рассмотрены результаты оценочного расчета параметров функционирования датчика (по разработанной математической модели). Предложены варианты возможной оптимизации магнитной системы датчика для более тонкой настройки параметров его срабатывания

Для цитирования:


Китаев В.Н., Афанасьев Р.Л., Петров М.В., Поль В.В. Малогабаритный инерционный датчик. Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2018;(3):82-86.

For citation:


Kitaev V.N., Afanas’Ev R.L., Petrov M.V., Pol V.V. Small-size inertia sensor. Journal of «Almaz – Antey» Air and Space Defence Corporation. 2018;(3):82-86. (In Russ.)

В разрабатываемых предприятием изделиях в качестве устройств предохранения применя­ются пороговые инерционные датчики (ИД) с контактными системами в упрочненном исполнении (ИВ7, ИВ30, ИВ31). Указанные приборы, обеспечивающие безопасность из­делия, имеют сложные трудоемкие конструк­ции и по этой причине не могут рассматриваться как инерционные замыкатели для пла­нируемых к разработке устройств задейство­вания.

Для существенного снижения стоимости инерционного прибора предложена его реали­зация с использованием ранее созданного тех­нического решения по патенту РФ № 2362233 [1] при проведении работ по одной из тем.

Отличительная особенность техниче­ского решения ИД по сравнению с известны­ми аналогами - повышенная надежность при простейшей конструкции и малых габаритах.

Инерционный прибор в предложенном варианте конструкции содержит три типораз­мера оригинальных деталей (корпус, магнитопровод, магнит), токовывод в виде отрезка капилляра из 29НК, бронзовые проволочные контакты и инерционное тело в виде шарика.

На инерционный прибор - инерцион­ный датчик ИВ29 выпущена эскизная КД, по которой изготавливаются лабораторные образцы для предварительных испытаний с целью подтверждения заявленных характе­ристик.

ИД замыкает контакт при торможении изделия от встречи с преградой. Габаритные размеры ИД показаны на рис. 1.

 

Рис. 1. Габаритные размеры ИД

 

Закрепление ИД в объекте использова­ния осуществляется тремя винтами М3. Установка ИД непосредственно на ферромагнитное основание не допускается. Расстояние от уста­новленного ИД до ферромагнитных элементов не менее 10 мм. Стрелка, маркированная на корпусе ИД, показывает направление ускоре­ния срабатывания. Конструктивная схема ИД представлена на рис. 2.

 

Рис. 2. Конструктивная схема ИД:

1 - магнит; 2 - шунт; 3 - магнитопровод; 4 - шарик; 5 - корпус; 6 - контакт

 

Материал токовыводов - ковар 29НК с покрытием Н6, материал корпуса - пресмате- риал АГ4, материал токовыводов - электротехническая сталь или сплав 27КХ. Масса ИД не более 8 г

Пороговое ускорение срабатывания (уставка), которое настраивается при изготов­лении ИД, возможно установить в широком диапазоне от нескольких десятков до сотен ус­ловных единиц.

В первоначальном варианте конструкции настройка уставки осуществлялась подбором магнита (грубая) и шунта соответствующего сечения (тонкая).

Диаграмма срабатывания ИД - кониче­ская. Соотношение уставок в осевом и по­перечном направлении определяется углом конической поверхности, выполненной на маг- нитопроводах в зоне взаимодействия с инер­ционным телом (шариком).

Разработана математическая модель, по­зволяющая получать расчетные оценки пара­метров функционирования и срабатывания ИД. Движение шарика в ИД описано рассмо­тренными ниже дифференциальными уравне­ниями.

До момента соприкосновения шарика с контактами

где mш - масса шарика;

Хш - координата шарика по оси Х (рис. 3) под действием приложенных нагрузок;

t - время действия внешней нагрузки;

Fин = mш A - проекция на ось Х силы инер­ции, действующей на шарик;

A - проекция на ось Хускорения изделия;

Fмаг - проекция на ось Х силы, действую­щей на шарик со стороны магнита.

После соприкосновения шарика с кон­тактами:

где Fпр - проекция на ось Х силы, действую­щей на шарик со стороны контакта;

a - угол наклона оси контакта к оси X;

Fтр - проекция на ось Х силы трения [2] между поверхностями шарика и контакта;

Fкор  - проекция на ось Х силы [3], действу­ющей на шарик со стороны корпуса ИД;

 

Рис. 3. ИД при действии ускорения, превышающего уставку:

1 - магнит; 2 - магнитопровод; 3 - шарик; 4 - корпус; 5 - контакт

 

С использованием численных методов для решения уравнений (1), (2) определено время нахождения в сработанном состоянии ИД. Зависимости перемещения и ускорения шарика от времени для разных мест размеще­ния ИД в изделии, а также зоны изделия (точ­ки 1 и 2) представлены на рис. 4, 5. Вершины пиков (на графике зависимости перемещения от времени) соответствуют контакту шарика с корпусом ИД. Разность времен В и А соответствует времени нахождения ИД в сработанном положении.

 

Рис. 4. Ускорение (а) и перемещение (б) шарика в зависимости от времени (точка 1)

 

 

Рис. 5. Ускорение (а) и перемещение (б) шарика в зависимости от времени (точка 2)

 

По результатам проведенной оценки про­должительность первого замкнутого состояния контакта инерционного датчика при встрече изделия с преградой более 200 мкс.

Требуемая продолжительность первого замкнутого состояния контакта определяется конструкцией контактной системы: на про­должительном конечном участке перемеще­ния и, соответственно, на начальном обратном участке перемещения шарик взаимодействует с проволочными контактами, обеспечивая зам­кнутое состояние контакта.

При проведении оптимизации магнит­ной системы инерционного датчика выявлена необходимость конструктивного обеспечения более тонкой регулировки усилия притяжения шарика магнитной системой. Для этой цели в конструкцию магнитной системы предложено ввести регулировочные винты, выполненные из магнитомягкого материала - электротехни­ческой стали или сплава 27КХ. Конструкция ИД с четырьмя дополнительными регулиро­вочными винтами показана на рис. 6.

 

Рис. 6. Конструкция ИД с регулировочными винтами:

1 - проволочный контакт; 2 - шунт; 3 - магнит; 4 - инерционное тело; 5 - корпус; 6 - магнитопровод; 7 - токовывод; 8 - крепежные отверстия; 9 - регулировочные винты

 

Изображенные на виде Б-Б (рис. 6) вер­тикальные регулировочные винты позволя­ют шунтировать постоянный магнит, а гори­зонтальные - менять эффективную площадь магнитопроводов. Благодаря наличию резьбы изменение зазоров между торцами винтов и магнитом является плавным. Винты дополни­тельно удерживают магнитную систему ИД, обеспечивая требуемую механическую проч­ность конструкции.

Введение в конструкцию ИД дополни­тельных регулировочных винтов незначитель­но повышает его трудоемкость, а следователь­но, и стоимость.

Также для упрощения регулировки уставки ИД на конической поверхности магнитопроводов, взаимодействующей с инерци­онным телом (шариком), и на само инерцион­ное тело нанесено покрытие типа М24Ср9Пд3 или Н1М35Зл3тв. Гарантированный зазор в замкнутой магнитной цепи ИД, обеспечива­емый указанным немагнитным покрытием, позволяет уйти с участка кривой (зависимо­сти усилия притяжения инерционного тела от величины зазора до конической поверхности) с резким изменением притягивающего усилия, что, собственно, и упрощает регулировку.

Выполнение замкнутой магнитной цепи ИД повышает сохраняемость его параметров при воздействии внешних электромагнитных полей в течение длительного срока эксплуатации.

Стоимость подобного простейшего прибо­ра при изготовлении на серийных предприятиях отрасли не будет превышать 5 % от стоимости изготовления приборов ИВ7, ИВ30, ИВ31.

Оригинальные решения конструкторских задач, показанные на примере разработки ма­логабаритного инерционного датчика ИВ29, могут быть полезны инженерам-конструкторам, создающим электромеханические прибо­ры для систем автоматики изделий.

Список литературы

1. Инерционный переключатель. Патент РФ № 2362233 от 24.12.2007. Н01Н 35/14. Опубл. 20.07.2009.

2. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. М.: Наука, 1977. С. 53-55.

3. Матюнин В.М. Критические нагрузки и параметры отпечатка в начальной стадии пластического контакта шара с плоской поверхностью метала // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007. Т. 73. № 4. С. 62-65.


Об авторах

В. Н. Китаев
Федеральное государственное унитарное предприятие «Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина»
Россия


Р. Л. Афанасьев
Федеральное государственное унитарное предприятие «Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина»
Россия


М. В. Петров
Федеральное государственное унитарное предприятие «Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина»
Россия


В. В. Поль
Федеральное государственное унитарное предприятие «Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина»
Россия


Для цитирования:


Китаев В.Н., Афанасьев Р.Л., Петров М.В., Поль В.В. Малогабаритный инерционный датчик. Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2018;(3):82-86.

For citation:


Kitaev V.N., Afanas’Ev R.L., Petrov M.V., Pol V.V. Small-size inertia sensor. Journal of «Almaz – Antey» Air and Space Defence Corporation. 2018;(3):82-86. (In Russ.)

Просмотров: 40


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2542-0542 (Print)