CC BY
48
УДК 629.11
ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ РОБОТИ КОЛІС З ПНЕВМАТИЧНИМИ
ШИНАМИ
М.М. Балака, аспірант, Л.Є. Пелевін, професор, к.т.н., КНУБА, Г.О. Аржаєв, магістр, МБК КНУБА
Анотація. Розглянуто складові мехатронного інформаційно-вимірювального комплексу для дослідження роботи окремого колеса з пневматичною шиною на різних режимах його силового навантаження.
Ключові слова: мехатроніка інформаційно-вимірювальних комплексів, колесо з пневматичною шиною.
Вступ
Відповідно до гіпотези закону стадійного розвитку техніки, яка на філософському рівні була вперше сформульована в [1], а на інженерному - в [2], технічний об’єкт (ТО) має чотири стадії (етапи) розвитку, які пов’язані з послідовною реалізацією за допомогою технічних засобів чотирьох фундаментальних функцій (технологічної, енергетичної, управління і планування для себе) і послідовним виключенням із технологічного процесу ТО відповідних функцій, які виконує людина. Із цього слідує, що вже на стадії виключення із технологічного процесу ТО функції його управління людиною він перетворюється в класичну мехатронну систему [3] з відповідним рівнем інтелектуалізації [4].
Аналіз публікацій
Відмінною рисою всякої мехатронної системи є те, що вона спрямована на удосконалення технологічних процесів ТО [4]. Для мехатронних інформаційно-вимірювальних комплексів (ІВК) різного призначення - це, в першу чергу, оптимальне керування процесом одержання, накопичення, обробки і оперативного аналізу експериментальних даних по об’єкту, що досліджується.
Що стосується позашляхових транспортно-технологічних засобів (ТТЗ) різного призначення (землерийно-транспортних і сільсько-
господарських машин, армійської техніки і планетоходів), то до перших мехатронних ІВК в цій галузі, очевидно, слід віднести стенди для моделювання технічних систем «людина - ТТЗ - опорна поверхня» [5], «людина -робочий орган технологічного засобу - робоче середовище» [6], а також автоматичні планетні станції [7].
Мета та постановка задачі
Задача полягає у створенні ІВК для дослідження роботи коліс з пневматичними шинами, який повинен відповідати вимогам до мехатронних систем [3] згідно з положеннями [1,2].
Дослідження містять три основні складові: розробку комплексу вимірювальних датчиків (реалізація технологічної функції ТО), створення обчислювального комплексу (реалізація енергетичної функції ТО) і застосування системи керування стенда [8] за допомогою ЕОМ з відповідним програмним забезпеченням (реалізація функції управління ТО).
Комплекс вимірювальних датчиків
Загальні та деякі метрологічні характеристики датчиків інформаційного забезпечення стендових випробувань окремого колеса з пневматичною шиною для експериментальної оцінки його тягово-зчіпних властивостей наведені у табл. 1.
Параметр, що вимірюється, його позначення Тип перетворювача механічної величини в електричний сигнал Діапазон вимірювань, похибка
Реактивний крутний момент на нерухомій піввісі ведучого моста Мк Тензометричний на основі кремнієвих напівпровідникових тензорезисторів (0...100)кН-м±2,0%
Г альмовий момент на осі поворотної підпори Мг (0...700)кН-м±3,0%
Нормальні контактні напруження по виступу грунтозацепу ств |9| (0...1,0) МПа±2,5%
Нормальні контактні напруження по лобовій поверхні грунтозацепу стл |9| (0... 1,5) МПа±2,5%
Швидкість проковзання елемента протектора шини у зоні її контакту з опорною поверхнею АІ (0... 1,75) м/с±3%
Кутова швидкість колеса шк Комутуючий на основі герметизованого магнітокерованого контакту (геркону) (0. .1,0) с_1±0,1%
Кутова швидкість поворотної підпори со |||г (0...0Д5) с_1±0,1%
Радіальна Ар, тангенційна - Ат і бокова Де деформації шини Варіант 1. Безконтактний опторезистивний [10] Др=(0...0,35) м±0,5% Дт=(0...0,25)м+0,5% Дв=(0...0,25) м+0,5%
Варіант 2. Контактний потенціометричний [11]
Кут контакту протектора шини з опорною поверхнею фк Контактний (0. .1,25) рад ±0,3%
У випадку необхідності
Обчислювальний комплекс
Комплекс складається з електронного блока та ПЕОМ типу Notebook. Основою електронного блока, який призначений для забезпечення зв’язку елементів комплексу з ПЕОМ, є аналого-цифровий / цифрово-аналоговий перетворювач (АЦП-ЦАП) моделі E14-44G (www.holit.com.ua). Управління АЦП-ЦАП здійснюється за допомогою інтерфейсу USB, що забезпечує підключення ПЕОМ практично будь-якої моделі. Кількість каналів АЦП -16, максимальна частота перетворювань -4G0 кГц, діапазон вхідного аналогового сигналу - (G-1G) В, розрядність перетворювання -14 біт; кількість каналів ЦАП - 2, діапазон вихідного аналогового сигналу - (G-5) В, ро-зрядність перетворювання - 12 біт.
Програмне забезпечення обчислювального комплексу включає реалізацію таких процедур: П1 - розрахунок параметрів експериментальної тягової характеристики рушія (коефіцієнта буксування 5, дійсної швидкості руху осі колеса Укд, тягової потужності N і тягового ККД у функції сили тяги Т або відносної СИЛИ ТЯГИ \|/ = Т /Ру . де Ру - вертикальне навантаження на вісь колеса); П2 -розрахунок і оцінку статистичних характеристик параметрів експериментальної тягової
характеристики (математичне сподівання М\ХІ, дисперсію 1)у і середнє квадратичне відхилення Ох або стандарт); ПЗ - керування стендом.
Система керування стендом
При виконанні умови а у < [ох], (де | стЛ | - наперед задане значення <зх) для всіх розрахункових параметрів (за процедурою П1) досліджуваної тягової характеристики (за процедурою П2) вступає в дію процедура П3 і по каналу зворотного зв’язку від ПЕОМ через ЦАП електронного блока здійснюється керування індукторною муфтою ковзання (ІМК 7) [8], яка при роботі колеса на ведучому режимі його силового навантаження виконує функцію гальмового пристрою стенда.
При зміні Мт ІМК 7 на величину ЛМГ колесо з пневматичною шиною, що досліджується, перейде на наступний режим його силового навантаження: Мк + ДМК —> Рк + ДРК —>
-» Т + АТ . де 1\ - окружна сила. Після чого знову виконуються послідовно процедури П1-ПЗ і, таким чином, сила тяги Т рушія змінюється в діапазоні від 0 до Тер, що дозволяє одержати експериментальну тягову характеристику рушія, тобто залежності 8, Укд, Л'Т-Г|т = /(Т) з необхідним рівнем |аЛ|.
БЖБ АЦП
ПЕОМ
ЦАП —~\
ТТРА-6
ТТРА-18
БКІМК
Щю
— ІМК
(М) (М) (^в) (ал) И’П, (И/) (^Г) (рТ) (гаГ) (гапЛ)
Рис. 1. Принципова схема ІВК: БЖБ - блок живлення і балансування датчиків; ТТРА-6, ТТРА-18 - струмознімачі; Мк, Му,..., е>пп - датчики відповідних вимірювальних параметрів (див. позначення в табл. 1); АЦП, ЦАП - електронний блок; БКІМК - блок керування ІМК 7
На рис. 1 [8] наведено принципову схему запропонованого ІВК.
Висновки
Запропонований інформаційно-вимірювальний комплекс для дослідження роботи окремих коліс з пневматичними шинами і експериментальної оцінки їх тягово-зчіпних властивостей в лабораторних умовах на стаціонарному стенді.
Структура ІВК відповідає мехатронним системам і дозволяє за цей рахунок підвищити ефективність експериментальних дослі-
джень.
Література
1. Мелещенко Ю.С. Техника и закономерно-
сти ее развития. - Л.: Лениздат, 1970. -246 с.
2. Половинкин А.И. Законы строения и раз-
вития техники. - Волгоград: ВолгПИ, 1985. - 202 с.
3. Мехатроника / Т. Исии, И. Симояма,
Х. Иноуэ и др.: Пер. с япон. - М.: Мир, 1989. - 318 с.
4. Алексєєв В.О. Концептуальний аналіз ав-
томобільних мехатронних систем // Автомобильный транспорт / Сб. науч. тр. -Харьков. - 2005. - Вып. 16. - С.321-323.
5. Малиновский Е.Ю., Гайцгори М.М. Дина-
мика самоходных машин с шарнирной рамой. - М.: Машиностроение, 1974. -176 с.
6. Баловнев В.И. Моделирование процессов
взаимодействия со средой рабочих органов дорожно-строительных машин. -М.: Высшая школа, 1981. - 335 с.
7. Планетоходы / Кемурджиан А.Л., Гро-
мов В.В., Кажукало И.Ф. и др. - М.: Машиностроение, 1982. - 319с.
8. Патент України №14456, 001 М17/02.
Стенд для дослідження роботи колеса з пневматичною шиною / Аржаєв Г.О., Балака М.М., Пелевін Л.Є. (Україна). -и2005 11129; Заявлено 24.11.2005;
Опубл. 15.05.2006. Бюл. №5.
9. Патент України №12361, 001 Ы/04 Сило-
вимірювальний прилад / Аржаєв Г.О., Балака М.М., Дєордієв С.І., Пелевін Л.Є. (Україна). - и2005 03103; Заявлено 05.04.2005; Опубл. 15.02.2006. Бюл. №2.
10. Патент України №11944, 001 М17/02. Прилад для вимірювання деформацій пневматичної шини / Аржаєв Г.О., Бала-ка М.М., Пелевін Л.Є. (Україна). - и2005 06872; Заявлено 12.07.2005; Опубл.
16.01.2006. Бюл. №1.
11. Патент України №11841, 001 М17/02. Прилад для вимірювання деформацій пневматичної шини / Аржаєв Г.О., Бала-ка М.М., Пелевін Л.Є. (Україна). - и2005 06217; Заявлено 23.06.2005; Опубл.
16.01.2006. Бюл. №1.
Рецензент: В.В. Нічке, професор, д.т.н.,
ХНАДУ.
Стаття надійшла до редакції 6 травня 2007 р.
