CC BY
38
СИСТЕМА ДЛЯ АКСЕЛЕРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ МАШИН
Ворков А.А. (УГТУ, г. Ухта, РФ)
In this article spoken about the measuring electronic system for measurement of the value of accelerating.
На данный момент перед конструкторами современной техники стоит сложнейшая задача синтеза новых технических решений, которые позволили бы повысить эффективность лесозаготовительных и лесотранспортных машин.
Одна из главнейших проблем в проектировании технологического оборудования это динамический характер его работы и возникновение при его функционировании разнообразных колебательных процессов. Общеизвестно, что интенсивность и продолжительность колебаний оказывает непосредственное влияние на надежность оборудования, а так же на его основные технические характеристики. Увеличение числа циклов колебаний и их амплитуды приводит к уменьшению предела выносливости узлов и деталей машины [1].
Поэтому требуется создание и внедрение программно-аппаратного комплекса для анализа колебательных процессов в технологическом оборудовании. Ранее для этих целей использовались тензометрические станции (например, усилитель ТА-5). Данный тип оборудования позволяет измерить и записать значения механических напряжений, возникающих в узлах машин при их функционировании. Однако при тензометрических исследованиях существует ряд сложностей: высока трудоемкость оснащения подопытного объекта тензодатчи-ками, отсутствие возможности быстрой смены конфигурации оборудования, невозможность повторного использования датчиков и их высокая стоимость.
Опираясь на эти сведения, была поставлена задача получения электронной измерительной системы лишенной недостатков тензометрических систем и позволяющей производить обработку полученных данных на ЭВМ. В качестве измеряемого параметра было принято ускорение, так как данная величина наиболее удобна для описания характеристик движения механической системы при помощи математической модели и кроме того является диагностическим показателем технического состояния технологического оборудования.
В качестве базового элемента был использован микромеханический акселерометр MMA7260Q, выпускаемый фирмой Freescale. Он представляет собой интегральную микросхему, в состав которой входит механическая система подвижных обкладок конденсатора, реагирующих на значение ускорения [2, 4] а так же реализованы электронные устройства, необходимые для генерирования выходного сигнала. Данный компонент позволяет определять значения ускорений в диапазоне 0.. ,6g и в зависимости от их уровней генерирует электрические сигналы постоянного тока, значения которых изменяется пропорционально воздействующим на акселерометр ускорениям. Частотная чувствительность компонента находится в диапазоне от долей герца до нескольких килогерц.
Для обеспечения необходимой точности измерений был изготовлен стабилизатор напряжения питания датчика. Согласно заводской документации [4]
была воспроизведена электронная схема подключения акселерометра к измерительному прибору, показанная на рисунке 1. Буквами Х, У и Ъ обозначены выходы сигналов, отображающих уровни ускорений по физическим осям датчика X, У и Ъ соответственно.
Рисунок 1 - Схема подключения акселерометра ММА7260Р
В качестве регистрирующего прибора использовался цифровой осциллограф BM8020, подключаемый к персональному компьютеру при помощи шины USB. Данный осциллограф позволяет вести запись информации с датчика, а так же наблюдать в реальном времени осциллограммы входящего сигнала.
Связь устройств между собой осуществлялась при помощи многожильных экранированных кабелей малого сопротивления, что позволило добиться наименьшего уровня помех и искажений сигнала с акселерометра.
После общей проверки работоспособности осциллограф был настроен в соответствии с инструкцией, а датчик прошел тарировку методом падения [3].
Блок, содержащий датчик, был помещен в пластиковый корпус для защиты от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды.
Далее собранная измерительная система была смонтирована на исследуемый объект: лесотранспортную машину МАЗ оборудованную гидравлическим манипулятором СФ-65С. Установка блока датчика производилась на ротатор грейферного захвата манипулятора. Фиксация осуществлялась при помощи упругой полимерной ленты. Вид гидроманипулятора с закрепленным измерительным блоком показан на рисунке 2.
Рисунок 2 - Блок акселерометра на гидроманипуляторе
В соответствии с программой эксперимента было проведено несколько серий опытов, заключавшихся в вертикальном перемещении пачки сортиментов при различном вылете манипулятора. При этом моделировались самые нагруженные стадии работы технологического оборудования, происходящие при эксплуатации манипулятора при работе с сортиментами: подъем и опускание груза.
В процессе эксперимента были получены осциллограммы величин ускорения при работе манипулятора, одна из них показана на рисунке 3.
-0.25 ..........................---i.........................J.........■■■■........■■:.........................---f-..................-i
-0.3 ..................;...................■:■■..................-;......................i-..................-i
-0.35..........................---i--------------------------;------------------------!-------------------------...j.--------------------j
,04----------------------;--------------------1----------------------;----------------------j.--------------------j
-0.45 -.........................---i--------------------------;------------------------!---------------------------.L--------------------;
-0.5..................... ................... ........................................;....................j
-0.55..................... ................... ........................................;....................j
-0.6 -------j-------!-------!-------j-------j
ШоввШООО 00:00:10:000 00:00:20:000 00:00:30:000 00:00:40:000 00:00:;
Рисунок 3 - Осциллограмма значения величин ускорения при работе гидравлического манипулятора
Дополнительно вся информация записывалась в виде последовательности чисел в файл для обеспечения возможности в последующем обрабатывать ее на ЭВМ, например в MS Excel или схожем программном обеспечении.
Последующий анализ полученных данных показал высокую повторяемость результатов эксперимента. Сравнение с результатами других экспериментальных исследований технологического оборудования [5, 6 и др.] показало, что полученные данные имеют достаточную достоверность и соответствие с экспериментальными данными, полученными иными способами.
Выводы:
1) Описываемая система показала свою работоспособность и эффективность, о чем говорят проведенные испытания.
2) Применение в системе компьютера для анализа сигнала датчика позволяет определять не только амплитуду, но и частотный спектр колебаний. При этом получаемая в результате измерений информация легко поддается обработке и интерпретации.
3) Невысокая стоимость и простота комплекта аппаратуры, а так же низкая сложность изготовления блока акселерометра позволяет использовать данный комплект для достижения множества разнообразных целей: научных, производственных и в особенности учебных.
4) Осциллограф измерительной системы в представленном варианте питается от порта USB компьютера, а акселерометр от собственного встроенного источника. При использовании портативного компьютера (ноутбука) с автономным питанием это дает возможность проведения испытаний техники в условиях лесосеки.
5) Во время проведения экспериментов было установлено, что при укладывании сортиментов на землю или при подъеме их с земли возникают ускорения, значительно превышающие диапазон измерения датчика. Поэтому для исследования данных процессов требуются датчики с большими пределами измерений.
Литература
1. Дроздовский, Г. П. Проектирование лесопромышленного оборудования: учебное пособие / Г. П. Дроздовский. - Ухта, УГТУ, 1989. - 133 с.
2. Фрайден, Дж. Современные датчики. Справочник / Дж. Фрайден., перев. с англ. Ю. А. Заболотной. - Москва: Техносфера, 2005. - 592 с.
3. Экспериментальная механика книга 2 / под ред. А. Кобаяси, перев. с англ. Б. Н. Ушакова. - Москва: Мир, 1990. - 552 с.
4. Freescale Semiconductors - URL: http://www.freescale.com. Дата обращения: 06.01.2011.
5. Ворков, А. А. Повышение эффективности управления технологическим оборудованием лесозаготовительных машин / А. А. Ворков, Г. П. Дроздовский, Н. Р. Шоль // Сборник научных трудов к научно-технической конференции, Ухта, 18 - 20 марта 2009 в 4 ч., ч. 2. - Ухта: УГТУ, 2009. - С. 238-241.
6. Александров, В. А. Моделирование технологических процессов лесных машин / В. А. Александров. - М.: Экология, 1995. -256 с.
