CC BY
9
Cloud of Science. 2019. T. 6. № 4 http:/ / cloudofscience.ru
Модернизация установки измерения сил сочленения и расчленения электрических соединителей с ручным приводом
П. А. Акулов, Д. И. Петрешин
Брянский государственный технический университет 241035, Брянск, бульвар 50 лет Октября, 7
e-mail: Akulov.paul@mail.ru, dipetreshin@yandex.ru
Аннотация. Рассмотрены особенности используемых установок для измерения сил сочленения и расчленения электрических соединителей с ручным приводом. На основании выявленных недостатков предложена модернизированная версия установки, позволяющая проводить необходимые испытания в одном цикле с увеличением точности и производительности процесса измерения сил.
Ключевые слова: сила сочленения, сила расчленения, измерительная установка, электрический соединитель, контроль.
1. Введение
Электрический соединитель — электротехническое устройство, предназначенное для механического соединения и разъединения электрических цепей, состоящее из двух или более частей (вилки, розетки), образующих разъемное контактное соединение [1].
В процессе изготовления электрический соединитель проходит ряд испытаний, в том числе — измерение силы сочленения и расчленения.
Сила расчленения (сочленения) электрического соединителя — сила, необходимая для полного расчленения (сочленения) частей электрического соединителя между собой или частей соединителя с печатной платой [1].
В настоящее время отечественные предприятия, выпускающие электрические прямоугольные соединители, при определении силы сочленения и расчленения используют специализированные установки со стрелочным динамометром, показанные на рис. 1.
Процесс измерения силы сочленения-расчленения заключается в следующем: испытуемые соединители помещаются в соответствующие сменные посадочные места, конструкция которых зависит от типа разъемов. После чего оператор с помощью рукоятки осуществляет механическое перемещение (сочленение и расчленение) испытуемой пары, визуально контролируя показания стрелочного прибора (динамометра) [2, 3].
Рисунок 1. Внешний вид установок со стрелочным динамометром
Применяемые динамометры имеют несколько недостатков:
- являются однонаправленными, т. е. способны измерять приложенную силу только в одном направлении. Благодаря этому, необходимо применение двух типов установок, отдельно фиксирующих силу сочленения и расчленения электрических соединителей;
- отсутствует возможность протоколирования полученных результатов измерения. Оператор имеет возможность регистрации силы только в конкретный момент времени.
Кроме того, в литературе [4] описана установка, позволяющая проводить измерение только силы расчленения электрических соединителей с отображением регистрируемых параметров на дисплее индикатора.
2. Цель работы
Целью работы является повышение производительности и точности процесса измерения силы сочленения и расчленения электрических соединителей за счет модернизации применяемой установки с ручным приводом. Модернизация заключается в замене органов измерения силы и разработка специализированного программного обеспечения, позволяющего отображать результаты измерения сил сочленения и расчленения соединителей на экране сенсорной панели.
3. Разработка модернизированной версии установки
Прежде всего, предлагается замена динамометра общего назначения ДПУ-0.02-2 [5] на тензометрический датчик силы.
В качестве тензометрического датчика силы в модернизированной версии установки измерения сил сочленения-расчленения электрических соединителей с ручным приводом применяется датчик L6N-C3-50kg-3B6 [6] типа Single Point. Следует отметить, что данный тип тензодатчика находится в Госреестре РФ средств измерения, что упрощает прохождение процедуры сертификации установки. Кроме того, при необходимости изменения предела измерения можно произвести легкую замену тензометрического датчика на другой из этой же серии и типоразмера: с пределом измерения от 29,4 до 980 Н (от 3 до 100 кгс).
В табл. 1 представлена сравнительная характеристика стрелочного динамометра и применяемого тензодатчика.
Таблица 1. Сравнительная характеристика стрелочного динамометра ДПУ-0.02-2
и тензометрического датчика силы L6N-C3-50kg-3B6
Характеристика ДПУ-0.02-2 L6N-C3-50kg-3B6
Наименьший предел измерения, Н 19.6 0.049
Наибольший предел измерения, Н 196 490
Цена деления, Н 1.96 0.0196
Основная приведенная погрешность, % 4 0.02
Допустимая перегрузка, % от наибольшего предела измерения 200 150
Температурное отклонение чувствительности (% основной приведенной погрешности на каждые 10%) 0.25 0.014
Из данных, представленных в табл. 1, видно, что тензометрический датчик обладает меньшей погрешностью измерения при большем диапазоне измеряемых сил.
Сам тензодатчик подключается к модулю обработки сигналов МВ110-24.1ТД, сигнал с которого поступает на сенсорную панель оператора. Управление процессом измерения и визуализация осуществляется с помощью панельного контроллера типа СПК 110.
Структурная схема электрической части установки представлена на рис. 2.
Рисунок 2. Структурная схема электрической части установки На рис. 3 представлен внешний вид модернизированной установки измерения силы сочленения-расчленения с ручным приводом.
Рисунок 3. Внешний вид модернизированной установки измерения силы сочленения-расчленения электрических соединителей
Следует отметить, что установка, описанная в [4], имеет возможность измерения лишь силы расчленения, т. к. в технических характеристиках на применяемый динамометр ДОР-3-0,5И(2) [7] указано, что он предназначен для измерения статической и динамической силы растяжения. К тому же в работе [4] отсутствует описание возможности накапливания информации о проводимом измерении, в то время как в предлагаемой модернизированной установке имеется возможность динамического построения и отображения графиков регистрируемых сил при испытании непосредственно на рабочем месте для оперативного принятия решения по качеству испытуемого изделия без необходимости использования дорогостоящего внешнего компьютера (в отличие от установки измерения силы расчленения соединителей [4]) .
Что касается механической части описанных установок, то они в целом схожи: сочленение-расчленение соединителей осуществляется при помощи поворота рукоятки, которая приводит в движение зубчато-реечный механизм, обеспечивающий перемещение подвижной части установки с закрепленной вилкой/розеткой. Основные отличия заключаются лишь в креплении применяемых тензометрических датчиков разных типов.
4. Описание программного обеспечения
Для представления результатов измерения на экране сенсорной панели разработано специализированное программное обеспечение в среде СоБе8у8 V 3.5.5.
После включения установки в питающую сеть запускается процесс контроля аппаратных ошибок. В случае сбоя элементов логики или отсутствия связи с контроллером и измерительным блоком на сенсорном экране появляется сообщение о возникшей ошибке, и система производит перезапуск [8]. Если в ходе запуска аппаратных ошибок не было обнаружено, то отображается экран начальной калиб-
ровки (рис. 4). В данное окно выведены операции, связанные с калибровкой измерительной установки — калибровка нуля тензодатчика и шкалы измерений.
В левой части экрана отображается измеряемое значение регистрируемой силы в виде кругового стрелочного индикатора в диапазоне измеряемых сил от -490 до +490 Н (-50...+50 кгс). В правой части экрана расположен набор сенсорных кнопок выбора режима калибровки и возврата в режим измерения.
Нажатие на кнопку «>0<» приводит к появлению диалога запуска калибровки нуля тензодатчика. При нажатии кнопки «ОК» запускается программа калибровки. При этом установка производит последовательно 100 измерений текущего кода АЦП тензодатчика, вычисляет среднее значение и устанавливает значение в качестве текущего нуля измерений.
Нажатие сенсорной кнопки «Calibration of Scale» приводит к запуску калибровки шкалы измерения. Предполагается, что перед запуском этой калибровки тен-зодатчик нагружен калиброванной гирей известной массы. Перед проведением данной операции в обязательном порядке должна быть проведена процедура калибровки нуля. В начале выполнения калибровки шкалы измерения открывается диалоговое окно подтверждения выбора режима калибровки. После этого на экране открывается диалоговое окно (рис. 5), где пользователю предлагается ввести точное значение используемой калибровочной силы (масса калибровочного груза).
Рисунок 4. Визуализация экрана начальной Рисунок 5. Визуализация окна ввода
калибровки значения параметра
После нажатия кнопки «ОК» в окне диалога система вычисляет коэффициент преобразования сигнала АЦП тензодатчика в значение силы, соответствующее текущему сигналу АЦП.
Нажатие кнопки «Measure» приводит к переключению визуализации и переходу к проведению процесса испытаний и отображения результатов измерений. Визуализация процесса проведения измерения представлена на рис. 6.
Рисунок 6. Визуализация окна проведения измерений
В левой части экрана отображается диаграмма результатов измерений регистрируемой силы (осциллограмма) при сочленении и расчленении электрического соединителя, а в правой части экрана отображается текущее значение измеряемой силы (правый верхний угол экрана), под которым расположена кнопка перехода в режим калибровки датчика и сенсорная кнопка запуска процесса измерения.
На рис. 7 представлена блок-схема алгоритма работы измерительной установки.
Рисунок 7. Блок-схема алгоритма работы измерительной установки
На рис. 7: * ForceZero = SumCode/N, где ForceZero — величина смещения показаний с тензодатчика во время измерения; SumCode — сумма значений показаний с тензодатчика; N — количество последовательных значений показаний с тензодатчика; ** ForceRatio = ABS (InputValue/ForceZero) — ForceZero, где ForceRatio — калибровочный коэффициент чувствительности тензодатчика; Input-Value — введенное значение массы калибровочного груза; *** Force, = RdForce.GetForceValuei — ForceZero, i е[0..Х], где RdForce.GetForceValue, — зафиксированное 7-e значение силы; **** K — количество точек измеренной силы.
Полный алгоритм проведения процедуры измерения силы сочленения-расчленения электрического соединителя при помощи модернизированной установки заключается в следующем:
- включить установку в питающую сеть;
- в случае необходимости произвести калибровку нуля тензодатчика и шкалы измерения;
- установить в соответствующую оснастку испытуемые соединители;
- запустить процесс регистрации силы путем нажатия на кнопку «Run» в окне проведения измерений;
- произвести ручное смыкание и размыкание разъемов путем поворота рукоятки приводного механизма;
- на полученной осциллограмме навести курсор на участок сочленения (или расчленения) для регистрации необходимой силы;
- по информации, представленной во всплывающем окне, зафиксировать силу, которая является силой сочленения-расчленения электрического соединителя.
Пример результатов, полученных при испытании электрического соединителя, представлен на рис. 8.
Рисунок 8. Отображение результатов измерения сил сочленения-расчленения
На графике сил, представленном на рис. 8, сила сочленения (Fco4ji ) и расчленения ) соответствует экстремумам функции (глобальный минимум и максимум). Для того, чтобы определить значение зарегистрированной силы на каждом участке нужно нажать на экран сенсорной панели (а именно — на определенную точку графика), после чего всплывает окно-подсказка с отображением данных: время от начала проведения испытания и значение зарегистрированной силы. Но, при проведении данного типа испытания необходимо обращать внимание только на участки осциллограммы, определяющие силу сочленения и расчленения электрического соединителя.
5. Вывод
Таким образом, модернизированная система измерения сил сочленения и расчленения электрических соединителей с ручным приводом позволяет проводить испытания на одной установке за один цикл, благодаря чему повышается производительность процесса. Использование двунаправленного тензометрического датчика позволяет значительно повысить точность измерений.
Однако применение ручного привода не может гарантированно обеспечить скорость сочленения-расчленения 10 мм/сек, которая регламентирована ГОСТ 23784 [9], а также не гарантирует полного смыкания разъемов при проведении испытаний. Для исключения ошибок человеческого фактора и обеспечения заданных режимов испытаний рекомендуется применять автоматизированную установку контроля силы сочленения-расчленения электрических соединителей с электромеханическим приводом [2, 3].
Применение установок с ручным приводом имеет место быть в тех случаях, когда необходимо повысить точность и производительность измерения с минимальными затратами на приобретение нового дорогостоящего оборудования..
Литература
[1] ГОСТ 21962-76. Соединители электрические. Термины и определения. Ч. 2. Сб. стандартов. — М. : Стандартинформ, 2005.
[2] Акулов П. А., Петрешин Д. И., Сырых А. Д. Автоматизация испытаний электрических соединителей // Автоматизация и измерения в машино- приборостроении. 2018. № 3. C. 100-106.
[3] Акулов П. А., Сырых А. Д. Автоматизированная установка контроля усилия сочленения и расчленения электрического соединителя // Автоматизация в промышленности. 2019. № 1. C. 48-51.
[4] Левин М. З., Уланов М. В., Давидчук А. Г. и др. Установка для измерения усилия расчленения соединителей. Патент РФ № 2009146104/22, 11.12.2009. Патент России № 93532. 2010. Бюл. № 12.
[5] Динамометр ДПУ-0.02-2. Технические характеристики / ТОЧПРИБОР. URL: http://www.vesmaster.ru/catalogue/824/827/ (дата обращения 10.03.2019).
[6] Датчик L6N. Технические характеристики / Zemic. URL: http://www.zemic.ru/catalog/rasd1/detail.php?ID=1156 (дата обращения 10.03.2019).
[7] Динамометр Д0Р-3-0,5И(2). Технические характеристики / Петвес. URL: http://www.vesmaster.ru/catalogue/7778/2238/ (дата обращения 10.03.2019).
[8] Акулов П. А., Петрешин Д. И. Алгоритмическое обеспечение установки контроля сил сочленения и расчленения электрических соединителей // Известия Юго-Западного государственного университета. 2018. Т. 22. № 4 (79). C. 94-104.
[9] ГОСТ 23784. Соединители низкочастотные низковольтные и комбинированные. Технические условия. — М. : Изд-во стандартов. 1998.
Авторы:
Павел Александрович Акулов — аспирант, Брянский государственный технический университет
Дмитрий Иванович Петрешин — доктор технических наук, доцент, директор учебно -
научного технологического института, Брянский государственный технический университет
Modernization of the System for Measuring Forces of Joint and Disjoint of Electrical Connectors with Manual Drive
P. A. Akulov, D. I. Petreshin
Bryansk State Technical University
Boulevard 50 let Oktyabrya, 7, Bryansk, Russian Federation, 241035 e-mail: Akulov.paul@mail.ru, dipetreshin@yandex.ru
Abstract. In this article was considered the features of the systems for measuring forces of joint and disjoint of electrical connectors with manual drive. On the basis of the identified deficiencies, an upgraded version of the system was proposed. The system allows to carry out the necessary tests in one cycle with increasing accuracy and productivity of the force measurement process.
Keywords: force of joint, force of disjoint, measuring system, electrical connector, control process.
References
[1] GOST 21962-76. (2005) Electrical connectors. Terms and definitions. Part 2: Sat. standards. Moscow: Standardinform. [In Rus]
[2] Akulov P. A., Petreshin D. I., Syrykh A. D. (2018) Avtomatizatsiya i izmereniya v mashino-priborostroyenii, (3):100—106. [In Rus]
[3] AkulovP. A., Syrykh A. D. (2019) Avtomatizatsiya vpromyshlennosti, (1):48—51. [In Rus]
[4] Levin M. Z., Ulanov M. V., Davidchuk A. G. and etc. (2010) Patent of the Russian Federation No. 2009146104/22, 11.12.2009. Patent of Russia No. 93532. Installation for measuring the efforts of dismemberment of connectors. Byul. № 12. [In Rus]
[5] Dynamometer DPU-0.02-2. Specifications / TOC. URL: http://www.vesmaster.ru/catalogue/824/827/ (appeal date 10.03.2019).
[6] L6N sensor. Specifications / Zemic. URL: http://www.zemic.ru/catalog/rasd1/detail.php?ID=1156 (appeal date 10.03.2019).
[7] Dynamometer DOR-3-0,5I(2). Specifications / Petves. URL: http://www.vesmaster.ru/catalogue/ 7778/2238/ (appeal date 10.03.2019).
[8] Akulov P. A., Petreshin D. I. (2018) Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta, 22(79):94-104. [In Rus]
[9] GOST 23784. (1998) Low-frequency low-voltage and combined connectors. Technical conditions. M., Publishing house of standards. [In Rus]
