CC BY
21
Сидоров М.В. ©
Аспирант, кафедра автомобиле- и тракторостроения, Калужский филиал Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана
ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ УПРУГОДЕМПФИРУЮЩИХ СВОЙСТВ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
МОДУЛЯ
Аннотация
Рассматривается новая измерительная система для исследования упругодемпфирующих свойств транспортно-технологического модуля. Главным элементом разработанной системы является аналого-цифровой преобразователь фирмы National Instruments. Программная часть представлена пакетом LabView
Ключевые слова: измерительная система, аналого-цифровой преобразователь, визуальный язык программирования, тензометрирование, индукционный датчик.
Keywords: measurement system, analog-digital converter, visual programming language, strain measurement, induction transducer.
В данной статье рассматривается система регистрации данных для исследования упругодемпфирующих свойств транспортно-технологического модуля, выполненного на базе ведущего моста трактора Т-150К, в агрегате с энергетическим модулем - трактором МТЗ-82 и сельскохозяйственным орудием - тяжёлой дисковой бороной БДТ-10.
Система имеет следующие основные составляющие: аналогово-цифровой
преобразователь; конечное устройство регистрации данных; источники и преобразователи напряжения; тензорезисторы и интерфейсы передачи данных.
Для регистрации данных, поступающих от датчиков использовался аналоговоцифровой преобразователь фирмы National Instruments, представляющий собой блочномодульную систему с несущим шасси c DAQ-9172, восемью слотами для модулей и USB-разъёмом для подключения к ноутбуку в режиме plug-and-play. Шасси cDAQ-9172 имеет разрядность 24 бит, а разрешение составляет 0.0000596 мВ при диапазоне входного сигнала ± 0.5 В. Шасси cDAQ-9172 поддерживает горячую замену и автоматическое распознавание модулей ввода/вывода. Подключение датчиков осуществляется напрямую к модулям. Шасси питается от постоянного напряжения 12 В. Общая схема измерительной системы представлена на рис. 1.
© Сидоров М.В., 2015 г.
Данная измерительная система обеспечивает запись в цифровой форме на ноутбук в режиме реального времени без необходимости предварительной аналоговой фильтрации с высокими частотами дискретизации, достигающими 2000 Гц. Обоснование применения разработанного измерительного комплекса заключается в необходимости фильтрации данных на этапе обработки, а не на этапе записи. Это позволяет более детально исследовать все частотные составляющие сигнала и проводить статистический анализ, исходя из условий постановки задачи.
В течение опытов непрерывно и синхронно записывались на ноутбук следующие параметры:
- тяговые усилия, действующие на нижние оси механизмов навесок энергетического и транспортно-технологического модулей в горизонтальной плоскости, кН;
- моменты на правом и левом задних колесах энергетического и на правом и левом колесах транспортно-технологического модуля.
Измерение тяговых сопротивлений энергетического и транспортно-технологического модулей производилось путем замера продольных сил, параллельных направлению движения, действующих на нижнюю ось навесных устройств (рис. 2). При этом оценка усилий, действующих на нижнюю ось навески, осуществлялась замером деформаций от изгибающих моментов на оси в горизонтальной плоскости. Для этой цели на оси делались проточки, на которых выполнялись площадки в вертикальной плоскости для наклейки проволочных тензорезисторов. Для исключения ошибки от изменения точки приложения силы, через тяги нагружающую нижнюю ось, применялась дифференциальная схема соединения тензорезисторов. Схема расположения тензорезисторов и соединения их в измерительную схему, приведена на рисунке 2.
Рис.2. Схема расположения тензорезисторов и соединения их в измерительную схему для записи горизонтальной составляющей тягового усилия на нижней оси навески: 1 - ось навески; 2 -
крепления механизма навески
Измерение крутящих моментов на задних ведущих колесах энергетического и транспортно-технологического модулей производилось тензорезисторами наклеенными на
их полуосях, под углом 45° к оси вала и соединялись в мостовую схему (рис.З).
Рис. 3. Схема наклейки тензорезисторы и соединения их в измерительную схему для замера крутящего момента
Такая схема наклейки автоматически компенсирует влияние изгибаемых моментов и осевых сил на результат измерения. Для осуществления непрерывного токосъема применялись ртутно-амальгамированные концевые токосъемники ТРАК-12,
обеспечивающий надежную работу при высоких угловых скоростях.
Программная часть представляет собой комплекс LabView 8.5. Он позволяет записывать данные с учетом тарировки датчиков, при записи перед экспериментом вводить поправки по разбалансировке мостовых схем, основываясь на сигналах от индукционных датчиков не только получать количество импульсов, но и выводить текущее значение данной физической величины, программно управлять записью данных во время эксперимента.
Проект в программном комплексе LabView представляет собой «виртуальный прибором» [1, 2], состоящий из двух частей: лицевой панели (интерфейс) и блочной диаграммы. Первая является интерфейсом программы, который содержит средства ввод/вывода на экран, управляющие элементы и прочее. На рис. 4 представлен интерфейс измерительной системы. Интерфейс содержит кнопки управления выводом сигнала на дисплей, кнопку сброса вывода сигнала, аннотации, панель вывода данных в файл, панель управления параметрами осей дисплея и кнопку управления записью.
Рис. 4. Интерфейс измерительной системы
Вторая является, по сути, визуальным программным кодом на языке G. Принцип визуального программирования является весьма удобным и мощным средством разработки приложений, а динамический вывод результатов предоставляет мощное средство по контролю за виртуальными приборами. При этом графический язык программирования содержит все необходимые конструкции традиционных языков, такие как циклы, блоки условного исполнения, переменные, типы данных, последовательности, средства обработки ошибок и прочие. Тем не менее, главной особенностью комплекса LabView является возможность программирования DAQ-устройств [3], то есть устройств сбора данных, и других аппаратных средств, имеющих интерфейсы GPIB, VXI, PXI, RS-232 и RS-485. Помимо прочего компилятор LabView способен создавать не только автономные модули (.exe), но и совместно используемые динамические библиотеки (.dll), что обеспечивает принцип повторного использования кода.
Блочная диаграмма содержит следующие основные элементы: помощник настройки устройства сбора данных (в данном случае таким устройством является АЦП), который позволяет конфигурировать каналы сбора данных; логические элементы; реле; усилители; вычислительные элементы (например, блок оценки математического ожидания); блоки условного выполнения; блок управления выводом в файл и прочие. На рис. 5 показан фрагмент блочной диаграммы, который предназначен для измерения импульсов от тензорезисторов на нижней оси навески транспортно-технологического модуля и подсчета сопротивления сельскохозяйственной машины путем несложных математических преобразований.
Рис. 5. Фрагмент блочной диаграммы «Усилие сельскохозяйственной машины»
Разработанная измерительная система обладает высокой точностью и надёжностью, обеспеченной свойствами как первичных преобразователей, так и устройства сбора данных и конечных устройств (ЭВМ), использование её при исследования упругодемпфирующих свойств транспортно-технологического модуля позволяет записывать данные высокой разрядности и в удобном для последующей обработки цифровом виде, в данном случае нет необходимости в ручной обработке записанных осциллограмм, анализ и оценка статистических характеристик может быть проведена автоматизированными вычислительными средствами.
Литература
1. Батоврин В.К., Бессонов А.С., Мошкин В.В., Папуловский В.Ф. LabView: практикум по основам измерительных технологий / по ред. В.К. Батоврина. 2-е изд., переработ. и доп. - М.: ДМК Пресс, 2009
2. Федосов В.П., Нестеренко А.К. Цифровая обработка сигналов в LabVIEW - ДМК Пресс, 2007.
3. Блюм П. LabView: Стиль программирования. Пер. с англ. Под ред. Михеева П. - М.: ДМК Пресс,2008.
