CC BY
36
Yakushenkov Alexander Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, im-stulguapochta. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Gorynina Irina Vadimovna, student, imstulgu@pochta.ru. Russia, Tula, Tula State University
УДК 536.531
ОСОБЕННОСТИ МНОГОКАНАЛЬНОГО ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ В ПРОЦЕССЕ ШЕВИНГОВАНИЯ-ПРИКАТЫВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
А. А. Маликов, А.В. Сидоркин
Рассмотрены практические аспекты построения измерительной системы, предназначенной для непрерывного многоканального измерения и регистрации температуры вращающихся частей технологических систем. Уделено существенное внимание конструкции оправки и токосъемного узла, используемых для передачи слаботочного сигнала с нескольких термометров сопротивления, установленных на вращающемся инструменте - шевере-прикатнике.
Ключевые слова: измерение, сигнал, температура, шевингование-прикатывание, вращающийся объект, датчик, термометр сопротивления.
Уходят в прошлое классические методы непосредственной регистрации величины изменений сопротивлений различных датчиков, основанные на использовании автоматических самопишущих мостов со следящей системой уравновешивания, а также комплексов, состоящих из преобразователей и устройств шлейфовой регистрации на световом и бумажном носителях.
В XXI веке тенденция преобразования аналоговых сигналов в цифровые, обработка и регистрация их в памяти ПЭВМ (на внешних или внутренних носителях) становится практически всеобъемлющей.
Как и в случае измерений температуры вращающихся частей технологических систем, подробно рассмотренном в статье [1], в составе измерительной системы, помимо объекта измерения - шевера-прикатника и установленных на нем термометров сопротивления, присутствуют преобразователь «сопротивление - напряжение» и аналогово-цифровой преобразователь, сопряженный с ПЭВМ посредством интерфейса USB - так называемый USB-осциллограф. Преобразователь «сопротивление - напряжение» должен запитываться от высокостабильного двуполярного источника питания, выдающего напряжения порядка ±12.. .15 В при токе нагрузки
не менее ОД А на каждый канал. При проведении экспериментальных исследований авторами было установлено, что применение стандартных блоков питания от ПЭВМ форм фактора AT или АТХ дает вполне приличные результаты. Эти источники питания обладают высокой стабильностью выходных напряжений, малым уровнем пульсаций и помех.
Несомненным достоинством такого варианта компоновки измерительной системы является возможность осуществления параллельной многоканальной регистрации данных, поступающих от нескольких термометров, установленных на различных элементах технологической системы либо на различных поверхностях или участках поверхности одного элемента, в рассматриваемом случае - шевера-прикатника.
Упрощенная схема экспериментальной установки представлена на рис. 1, где 1 - объект исследования - компонент технологической системы (в рассматриваемом примере - инструмент); 2 - термометр сопротивления; 3 - токосъемное устройство; 4, 6 - экранированные измерительные кабели с разъемами; 5 - кабель и разъем питания; 7 - стандартный USB-кабель с интерфейсными разъемами тапа «А» и «В»; 8 - преобразователь «сопротивление - напряжение»; 9 - двуполярный БП ±12В; 10 - USB-осциллограф; 10 - ПЭВМ, оснащенная соответствующими драйверами и пакетом прикладных программ «USB-осциллограф».
2 3
8 5 9
Измерит. USB '
* усилитель осциллограф -7
ч i—
Ддуполярн. * БП ПЗВМ / л 11
Рис. 1. Схема экспериментально-измерительной установки
Нагрев элементов технологической системы 1 (в рассматриваемом примере - режущих зубьев инструмента) вызывает изменение (увеличение) сопротивления термометра 2, включенного посредством экранированного измерительного кабеля 4 в цепь отрицательной обратной связи
150
преобразователя «сопротивление - напряжение». При этом передача электрического сигнала с чувствительного элемента термометра, установленного на вращающемся объекте 1, осуществляется посредством адаптера с размещенными на нем изолированными токосъемными кольцами на неподвижные токосъемники, размещенные, в свою очередь на изолированных основаниях, установленных на технологическом оборудовании посредством кронштейна.
Для целого ряда случаев требуется проведение измерений температуры в двух диаметрально противоположных точках инструмента. Это требует применения двух плоских термометров сопротивления. Нетрудно догадаться, что как при дискретной, так и при непрерывной регистрации температуры наличие гальванической связи между двумя двухпроводными каналами измерения является недопустимым. Следовательно, корпус оправки в данном случае должен быть оснащен посадочной поверхностью, позволяющей производить установку четырех токосъемных колец в сборе с изоляторами. В этом случае, интересующий фрагмент эскиза, иллюстрирующий оригинальную конструкцию оправки, представлен на рис. 2.
Корпус Кольцо
ТС ТЗП 018-05 2шт
Гойко2М12 2шт ГОСТ 15522-70
Устройство контактное
-Кольцо токосьемное 4шт
Шайба Планка
А (увеличено!
Рис. 2. Эскиз оправки с четырьмя токосъемными кольцами в сборе
Процедура установки термометра сопротивления на оправку аналогична рассмотренной ранее [2] за исключением необходимости еще большей сноровки и тщательности ввиду того, что количество одновременно монтируемых термометров не один, а два.
Как видно из рис. 2, в конструкцию токосъемной системы по сравнению с рассмотренной в [2] внесены существенные изменения. Во-первых, цилиндрическая поверхность корпуса, предназначенная для установки токосъемных узлов, выполнена более протяженной. Во-вторых, свободный конец посадочной поверхности имеет резьбу М12. В-третьих, на ее
гладком участке (с заходом на резьбу МЗО) выполнен паз-канал шириной 4 мм и глубиной 2 мм, предназначенный для прокладки четырех сигнальных проводов МГТФ 1x0,12 (рис. 3).
/77
Д Отд. центр. А2,5 1 ГОСТ Ш4-74
Яа 3,2 /V/ А Мрличрнп!
Б (Увеличено)
Я?_
2 радиуса 57
г Острые кромки - притупить. 2. Общие допуски по ГОСТ 30893.1
Рис. 3. Эскиз корпуса оправки для установки четырех токосъемных колец
Особенность сборки токосъемного узла заключается в том, что то-косъемные кольца не приклеиваются к корпусу оправки и друг к другу, а удерживаются от проскальзывания за счет прижима гайкой и контргайкой. При этом провода, подключаемые к термометрам сопротивления, свитые в пары, подводятся к токосъемным кольцам через паз-канал, профрезеро-ванный в корпусе оправки. Каждый провод подводится к соответствующему токосъемному кольцу через индивидуальный паз, находящийся в торцевой плоскости изолятора (рис. 4). Изоляторы, рассматриваемые в рамках настоящей статьи, были получены при помощи ЗБ-печати [3].
При сборке токосъемного узла (особенно при затягивании гаек) необходимо тщательно следить за тем, чтобы изоляторы с установленными на них кольцами не прокручивались относительно паза-канала. Несоблюдение этого условия может привести к повреждению изоляции сигнальных проводов, отрыву их от контактных колец и ряду других неприятных последствий.
Следует также заметить, что при закручивании крепежных гаек не следует прилагать чрезмерных усилий, так как это может привести к смятию относительно непрочных деталей - изоляторов, выполненных из пластмасс. Кроме того, необходимо учитывать, что в процессе сборки электрических узлов, базирующихся на оправке, необходимо осуществлять периодическую проверку целостности изоляции и величины сопротивления термометров.
/Яа 3,2 А/У
г Наличие заусенцев - не допускается
2. Материал - Капролон ТУ 6-05-988-97
3. Общие допуски по ГОСТ 30893.1 - т.
Рис. 4. Эскиз детали «Изолятор»
Величина изменения сопротивления, поступающая на вход преобразователя «сопротивление - напряжение», преобразуются им в прямо пропорциональное напряжение и усиливается масштабным усилителем, объединенным с преобразователем в единый конструктив 8. Блок 8, помимо прочего, оснащен средствами точной балансировки «нуля» преобразователя, а также средствами калибровки двух (а, при необходимости, и большего числа) эквивалентных точек измерения (в рассматриваемом примере 0 и 100 °С). Блок 8 запитывается от двуполярного БП ±12В 9 посредством кабеля 5, оканчивающегося разъемом питания. Далее преобразованный в напряжение и усиленный сигнал поступает посредством экранированного измерительного кабеля 6 на вход ШВ-осциллографа 10.
В связи с тем, что большинство различных моделей ШВ-осциллографов, выпускаемых разными производителями, оснащаются входными блочными разъемами-розетками типа В1ч[С с волновым сопротивлением 50 Ом, целесообразным, по мнению авторов, является оснащение измерительного блока 8 аналогичными вилками отечественного производства типа СР50-65Ф либо иностранного производства типа ВМС. Это
дает возможность использования стандартных 50-омных соединительных кабелей 6, оканчивающихся с обеих сторон кабельными отечественными вилками типа СР50-74ПВ либо импортными - БКС.
ШБ-осциллограф 10 является, по сути, аналогово-цифровым преобразователем с развитым программным интерфейсом, реализованным в виде пакета прикладных прогамм «ШБ-осциллограф». Используемая авторами модель ШБ-осциллографа «Б1вСо2» выпускается производственной фирмой «Трейд-М» (г. Тула) и является практичным и недорогим прибором, позволяющим в двухканальном режиме отслеживать и производить оцифровку сигналов любой формы с частотой до 20 кГц на канал. Величина этого параметра является более чем достаточной для осуществления измерений в рассматриваемой области. Прибор обладает основными техническими характеристиками, которые отражены в таблице.
Основные технические характеристики USB-осциллографа «DisCo2»
Количество каналов 2
Частота дискретизации 100 Гц ... 200 кГц
Глубина памяти: - чтение через буфер; - потоковое чтение 1126 отсчетов/канал (1 канал), 563 отсетов/канал (2 канала) 64К отсчетов/канал (1 или 2 канала)
Входное напряжение -20 ... +20 В (аппаратно 2 поддиапазона)
Разрядность АЦП 10 бит
Основная погрешность 0,125 %
Оцифрованные результаты измерений напряжения, прямо пропорционального величине сопротивления термометра, а, следовательно, и измеряемой температуре, передаются по USB-интерфейсу на ПЭВМ 11 (например, форм-фактора «Ноутбук»). Эти результаты могут быть визуализированы в режиме «Цифрового осциллографа» окне пакта «USB-осциллограф», установленного на ПЭВМ (рис. 5). При этом становится возможным осуществление оперативного контроля температурных параметров процесса механической обработки. Для осуществления контроля рассматриваемых параметров на протяжении всего цикла обработки удобно использовать режим «Самописец», позволяющий сохранять оцифрованные данные в формате, удобном для восприятия другими приложениями, например, Microsoft Excel.
Рис. 5. Аналогово-цифровой тракт измерительного комплекса
Питание преобразователя и усилителя 8, как уже было отмечено выше, осуществляется от внешнего высокостабильного БП, обеспечивающего также высокие точностные показатели работы измерительной схемы. Во избежание возникновения помех и наводок все тракты измерительной системы соединены между собой экранированными кабелями, экраны которых, а также экранированные корпуса измерительных приборов и устройств заземлены, кроме того, заземляется также нулевой провод двупо-лярного источника питания.
Список литературы
1. Маликов А. А., Сидоркин А.В. Некоторые особенности практической реализации процесса дискретной регистрации температуры вращающихся частей технологических систем // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 8. Ч. 2. С. 78 - 86.
2. Сидоркин А.В. Технологическая оснастка для измерения температуры в зоне обработки цилиндрических колес шевингованием-прикатыванием // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2013. Вып. 8. С. 68 - 73.
3. Использование 3Б-принтеров для прототипирования деталей изоляторов токосъемных узлов / А. А. Маликов, Н.Д. Феофилов, А.В. Сидоркин, Е.С. Янов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 8. Ч. 1. С. 17 - 23.
155
Маликов Андрей Андреевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, andrej-malikov@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Сидоркин Андрей Викторович, канд. техн. наук, инж.-исследователь, alan-a@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
PECULIARITIES OF MULTICHANNEL MEASURING AND RECORDING TEMPERATURES DURING SHA VE-ROLLING OF THE SPUR GEAR
A.A. Malikov, A. V. Sidorkin
We consider the practical aspects of construction of the measuring system for continuous multi-channel measuring and recording the temperature of the rotating parts of technological systems. Paid considerable attention to the design of the mandrel and the collector node, used to transmit the signal from several low-current resistance thermometers mounted on a rotating tool - shaver-roller.
Key words: measurement, signal, temperature, shave-rolling, rotating object, the sensor resistance thermometer.
Malikov Andrey Andreevich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, andrej-malikov@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Sidorkin Andrey Victrovich, candidate of technical sciences, research engineer, alan-aamail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 534.2
АКУСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
А. С. Дударев
В соответствии с актуальными экологическими требованиями стандарта ИКАО приводится анализ звукопоглощающих конструкций авиационных двигателей. Проделаны расчеты конструктивных характеристик элементов звукопоглощающих конструкций, содержащих резонаторы Гельмгольца для определения частот спектра гашения шума. Предложенная методика позволяет назначить конструктивные параметры звукопоглощающих конструкций, а именно длины горловины, площадь сечения горловины, объёма резонатора в соответствии с требуемыми частотами поглощения звука для высокочастотной и низкочастотной областей. Показано, что влияние объема полости резонатора превалирует над влиянием площади сечения горловины при относительно больших (свыше 3 мм) длинах горловины.
Ключевые слова: резонатор Гельмольца, звукопоглощающая конструкция, спектр, частота, шум, звук, горловина, гашение.
При развитии конкурентоспособной авиационной техники и в условиях ужесточения международных экологических стандартов, устанавливаемых ИКАО, проблема нахождения акустических свойств звукопоглощающих конструкций (ЗПК) самолётов очень актуальна.
156
