Научная статья на тему 'Применение аналогово-цифрового преобразователя при оценке теплового состояния элементов гидропривода'

Применение аналогово-цифрового преобразователя при оценке теплового состояния элементов гидропривода Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
171
39
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СТРОИТЕЛЬНО-ДОРОЖНЫЕ МАШИНЫ / ЭКСПЛУАТАЦИЯ / ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ ТЕМПЕРАТУРЫ / ГИДРОПРИВОД / ТЕПЛОВАЯ ПОДГОТОВКА / ИЗМЕРЕНИЕ / ДАТЧИК / CONSTRUCTION MACHINERY / OPERATION / NEGATIVE TEMPERATURE / HYDRAULIC / THERMAL PREPARATION / MEASUREMENT / SENSOR

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Мерданов Шахбуба Магомедкеримович, Конев Виталий Валерьевич, Пирогов Сергей Петрович, Бородин Дмитрий Михайлович, Созонов Святослав Владиславович

Приведено обоснование необходимости проведения тепловой подготовки гидропривода строительно-дорожных машин (СДМ), эксплуатируемых в условиях Севера. Учитывая, что значительное количество отказов приходится на элементы гидропривода, то становится актуальным необходимость исследования их работы и причин отказов. С целью анализа средств тепловой подготовки, разработки новых систем необходимо провести исследование теплотехнических характеристик элементов гидропривода СДМ, эксплуатируемых при низких отрицательных температурах. При этом необходимо учитывать скорость изменения процессов, протекающих в гидроприводе. В соответствие с изложенным выше требуется качественное измерительное оборудование, созданное на базе аналого-цифровых преобразователей. Для этого проведен анализ измерительного оборудования для проведения экспериментальных исследований. В настоящее время, на кафедре Транспортных и технологических систем разрабатывается программно-аппаратный измерительный комплекс для температурного мониторинга элементов гидропривода СДМ.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Мерданов Шахбуба Магомедкеримович, Конев Виталий Валерьевич, Пирогов Сергей Петрович, Бородин Дмитрий Михайлович, Созонов Святослав Владиславович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Application of analog-to-digital converter in the evaluation of the thermal state of elements of the hydraulic drive

The substantiation of the need for the preparation of thermal hydraulic drive road construction machinery (SDM) operating in the North. Given that a significant number of failures falls on hydraulic drive elements, it becomes urgent need to study their work and causes of failures. In order to analyze the thermal training funds, the development of new systems is necessary to study thermal characteristics of hydraulic drive elements SDM operated at low subzero temperatures. It is necessary to take into account the rate of change of the processes occurring in the hydraulic drive. In accordance with the above requires a quality measuring equipment, created on the basis of analog-to-digital converters. For this analysis instrumentation for experimental studies. Currently, at the Department of Transportation and technological systems developed hardware and software for temperature measurement system for monitoring hydraulic drive elements SDM.

Текст научной работы на тему «Применение аналогово-цифрового преобразователя при оценке теплового состояния элементов гидропривода»

Применение аналогово-цифрового преобразователя при оценке теплового состояния элементов гидропривода

Ш.М. Мерданов, В.В. Конев, С.П. Пирогов, Д.М. Бородин, С.В. Созонов

В настоящее время Россия стремится активно осваивать территорию Арктики, и Арктического шельфа. Широкомасштабные работы по обустройству новых месторождений полезных ископаемых потребуют применения значительного количества строительных и дорожных машин. Основная часть этих машин гидрофицирована. Основным недостатком гидрофицированных машин является ограниченная пригодность гидропривода для работы в суровых климатических условиях (вплоть до полной её потери при экстремально низких температурах) [1 - 3]. Использование СДМ северного исполнения «ХЛ» не решают рассматриваемых задач, т. к. парк такими машинами оснащен не более чем на 20 %. Поэтому возникает необходимость модернизации существующей гидрофицированной техники общестроительного исполнения для работы в суровых климатических условиях [1, 4]. Один из способов, возможного решения данной проблемы - применение систем тепловой подготовки гидропривода [5 - 7]. Но прежде требуется исследовать тепловые процессы, протекающие в этих элементах при работе гидропривода и процесс работы самих систем тепловой подготовки.

При проведении экспериментальных исследований возникла необходимость мониторинга теплового состояния элементов гидропривода СДМ [8 - 10]. Изменение теплового состояния систем гидропривода таких машин, характеризуется быстрым изменением градиента температуры, то есть высокой динамичностью процесса. В то же время по условиям экспериментов, измерения проводятся при относительно низких температурах минус 25^40°С [9, 10].

В связи с этим, для проведения измерений, решалась задача выбора температурных датчиков, а также аппаратуры для проведения измерений.

При решении задачи мы столкнулись с рядом трудностей. Так, например: новое поколение «тестеров»- цифровые мультиметры серии М -830 имеют функцию измерения температуры, но использовать их для измерения температуры каких-либо процессов затруднительно. Входящий в комплект прибора измерительный датчик - термопара работает неточно и нелинейно, к тому же инерционен, поэтому была установлена практическая непригодность данных датчиков для измерения тепловых процессов гидропривода при отрицательных температурах [8].

Обычно для измерения температуры в небольших пределах (до 1500С) используют в качестве датчиков терморезисторы, но хороших результатов это не даёт из-за их нелинейной температурной характеристики. Применение различных линеаризующих цепей приводит к снижению чувствительности, сужению измерительного диапазона.

Промышленность выпускает специализированные датчики [11, 12]: цифровые микросхемы, выполненные в различных корпусах, использующие для вывода данных цифровой интерфейс one-wire, а также аналоговые, имеющие как преимущества, так и недостатки приведены в таблице. Для примера приведем параметры наиболее доступного в нашем регионе цифрового датчика температуры фирмы Dallas Semiconductors - ds18b20.

Достоинство аналоговых датчиков в том, что аппаратура преобразования сигнала в цифровые величины более простая и относительно недорогая, но при практическом применении точность таких датчиков недостаточна. Наиболее распространенными являются датчики LM135, LM235, LM335. LM335 - недорогой прецизионный датчик для измерения температуры. Этот датчик выпускается в корпусе транзистора или корпусе SO8. Он представляет собой стабилитрон с нормированным температурным коэффициентом напряжения - TKU. Изменению температуры датчика на 1К, соответствует изменение напряжения, снимаемого с датчика, на 10мВ, т.е. при температуре 00С (273,15К) напряжение, снимаемое с датчика, будет около 2,73В. Характеристики датчика и его точные электрические параметры

указаны в паспорте на деталь (datasheet), который представлен на официальном сайте производителя датчика.

Таблица

Преимущества и недостатки цифровых и аналоговых интерфейсов

Цифровые Аналоговые

Преимущества Недостатки Преимущества Недостатки

- большая - ограниченная цена - высокая - для цифровой

доступность; деления (0.5 0С); температурная обработки

-надежность; - необходимость чувствительность; необходим

- по сравнению с использования - малая цена аналогово-

аналоговыми, не специального деления; цифровой

сильно контроллера для - большой диапазон преобразователь;

чувствительны к управления шины one- измерения - высокие

длине wire; температур; требования к

соединительного - малая - низкая стоимость соединительным

провода; помехоустойчивость линиям;

- возможность - невозможность

параллельного параллельного

подключения к включения к одной

одной шине до 32-х шине

датчиков

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) предназначены для преобразования аналоговых величин напряжения в дискретные величины. АЦП характеризуются разрядностью, например 10-разрядный АЦП, может выдавать преобразованные значения напряжения с датчика числом от 0 до 1023(210). Диапазон измеряемых напряжений АЦП лежит в пределах от 0 до 5В (от нуля до предела питания микроконтроллера), при больших пределах измеряемых величин могут потребоваться специальные преобразователи напряжения. Таким образом, цена деления 10 разрядного АЦП в диапазоне измерений от 0 до 5 В равно 0,00488 В.

Компания Microchip выпускает надежные и функциональные 12 разрядные микроконтроллеры, серии PIC16F и PIC16C, включающие в себя качественные АЦП, позволяющие подключать различные датчики для измерения температуры. Для примера приведем простейшую схему измерительного прибора на основе микроконтроллера PIC16F876A. Для этого воспользуемся системой автоматизированного проектирования (САПР)

электронных схем - программой Proteus, позволяющей довольно точно моделировать поведение электронной схемы.

Микроконтроллер PIC16F876A содержит 10 разрядный 5 канальный АЦП, позволяющий производить точные измерения аналоговых величин. Более точные данные по настройке АЦП находятся в технической документации на данный микроконтроллер. Для вывода информации можно использовать LCD дисплей или отправлять данные в компьютер посредством интерфейса RS-232.

В настоящее время, на основании вышеизложенных принципов, на кафедре Транспортных и технологических систем разрабатывается программно-аппаратный измерительный комплекс для температурного мониторинга элементов гидропривода СДМ.

Литература:

1. Каверзин, С.В. Работоспособность гидравлического привода при низких температурах [Текст]: Монография / С.В.Каверзин. - Красноярск: Изд-во Красноярского университета, 1986. - 144 с.

2. Карнаухов, Н.Н. Приспособление строительных машин к условиям Российского Севера и Сибири [Текст]: Монография / Н.Н. Карнаухов. - М.: Недра, 1994. - 352 с.

3. Мерданов Ш.М. и др. Исследование и разработка системы тепловой подготовки гидропривода строительно-дорожных машин [Текст] / Ш.М. Мерданов, Ю.Я. Якубовский, В.В. Конев, М.М. Карнаухов //Строительные и дорожные машины. - 2013 - № 1. С. 27-29.

4. Каверзин С. В. Разогрев рабочей жидкости в гидроприводе самоходных машин [Текст] / Каверзин С.В. // Строительные и дорожные машины. - 1983 -№ 11. - С. 18-21.

5. Мерданов Ш.М., Конев В.В., Бородин Д.М. Экспериментальная установка исследования локального прогрева элементов гидропривода строительно-дорожных машин / Инновации в науке - инновации в

образовании: материалы Международной научно-технической конференции «Интерстроймех - 13», 1-2 октября 2013 г., г. Новочеркаск / Юж.-Рос. Гос. Политехн. Ун-т (НПИ) им. М.И. Платова. - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ),

2013, С. 245-248.

6. Система предпусковой тепловой подготовки ДВС и гидропривода [Текст] : пат. 2258153 Рос. Федерация : МПК7 F02N 17/06. / Карнаухов Н.Н., Конев В.В., Разуваев А.А., Юринов Ю.В.; заявитель и патентообладатель ТюмГНГУ. - № 2004104477/06; заявл. 16.02.2004; опубл. 10.08.2005, Бюл. № 22.

7. Гидродвигатель [Текст] : пат. 94649 Рос. Федерация : МПК F15В 21/04. / Конев В.В., Куруч С.В.; заявитель и патентообладатель ТюмГНГУ. - № 2008140577/22; заявл. 13.10.2008; опубл. 27.05.2010, Бюл. № 15.

8. Конев В.В., Бородин Д.М. Датчик для измерения температуры / Транспортные и транспортно-технологические системы: материалы Международной научно-технической конференции. - Тюмень: ТюмГНГУ,

2014. - С. 103-105.

9. Merdanov Sh., Konev V., Sozonov S., Experimental research planning heat training hydraulic motors: SCIENTIFIC ENQUIRY IN THE CONTEMPORARY, WORLD: THEORETICAL BASKS AND INNOVATIVE APPROACH, Vol. 5. -Technical Sciences. Research articles, B&M Publishing (San Francisco, California, USA) 2014. - p.113-117.

10. Konev V., Merdanov Sh., Karnaukhov M. & Borodin D. Thermal preparation of the trailbuilder fluid drive / Energy Production and Management in the 21st Century - The Quest for Sustainable Energy, 2014, Vol. 1 - Southampton. WIT Press, 2014. - p. 697-706.

11. Асцатуров Ю.Г., Семенов В.В., Ханжонков Ю.Б. Разработка оптико-электронного устройства для анализа загрязнённости моторного масла двигателя внутреннего сгорания дисперсными частицами [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2014, №2. - Режим

доступа: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2376 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

12. Гаврилов А.И., Тун Мин Мин, Со Ситу Аунг, Аунг Тхет Адаптивная система управления сварочным оборудованием Разработка оптико-электронного устройства для анализа загрязнённости моторного масла двигателя внутреннего сгорания дисперсными частицами [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2014, №2. - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2385 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.