Стенд снятия нагрузочной характеристики гидродемпфера
Полезная модель относится к измерительной технике и может применяться для автоматического определения усилия по отклонению штока гидродемпфера и построения нагрузочной характеристики исследуемого гидродемпфера.
Задачей полезной модели является снижение погрешности при построении нагрузочной характеристики гидродемпфера и автоматизация процесса построения нагрузочной характеристики гидродемпфера.
Указанная задача решается за счет того, что дополнительно вводятся последовательно соединенные между собой масштабирующий усилитель, фильтр низких частот, микроконтроллер, преобразователь интерфейсов, магнитный датчик перемещений, персональная ЭВМ и принтер.
Технико-экономический эффект предлагаемого стенда заключается в возможности автоматизации процесса построения нагрузочной характеристики гидродемпфера и снижении погрешности при ее построении, а следовательно, снижении время и трудозатрат при испытании гидродемпферов.
Полезная модель относится к измерительной технике и может применяться для автоматического определения усилия по отклонению штока гидродемпфера и построения нагрузочной характеристики исследуемого гидродемпфера.
Известен компьютерный диагностический комплекс [1] предназначенный для диагностирования двигателя внутреннего сгорания при прокручивании коленчатого вала. Комплекс конструктивно состоит из электродвигателя, цепного вариатора, понижающего цилиндрического редуктора, тензометрического вала, тензоусилителя, блока ЭВМ, блока питания, храпового механизма, оптопары верхней мертвой точки и угла поворота коленчатого вала, формирователя сигналов, зубчатой прямозубой передачи для индикации ВМТ и делительного диска угла поворота коленчатого вала. Задачей данного комплекса является повышение качества диагностирования двигателя внутреннего сгорания при помощи компьютерного диагностического комплекса за счет вращения коленчатого вала с постоянной частотой вращения.
Известна также измерительная система [2], предназначенная для определения усилий на задней опоре двигателя полноприводных и заднеприводных автомобилей. Данная система состоит из двухосевых датчиков силы с кабелями соединительных проводов, датчика продольных усилий, датчика вертикальных усилий, тензоусилителя и регистрирующего прибора. Задачей решаемой этой системой является измерение усилий на опоре задней подвески двигателя по трем взаимно перпендикулярным осям декартовой системы координат, а также измерения усилий на поперечине задней подвески двигателя в вертикальном направлении.
Измерительная система, заявленная в [3] предназначена для контроля зазора в рейке рулевого колеса автомобиля. Эта система содержит платформу с удлиненным плечом, прибор для измерения линейных перемещений и стержень. Задача, решаемая системой, направлена на снижение трудоемкости контроля зазора в рейке рулевого механизма и увеличение точности при измерениях смещения рейки.
В изобретении [4] предложен стенд для исследования динамической жесткости виброизоляторов, который состоит из основания, на котором закреплены генератор колебаний и нагрузочное устройство. На основании закреплен рычаг, один конец которого шарнирно связан с основанием, а другой - соединен посредством кривошипа через двойной эксцентрик с редуктором и приводом. Под виброизолятором установлен тензодинамометр, а на рычаге закрепляется сейсмический датчик, регистрирующий уровень виброускорения входного воздействия. Сигналы от датчика и тензодинамометра поступают на тензоусилитель, затем на осциллограф, магнитограф и компьютер для обработки полученной информации.
Известен стенд для контрольно-сдаточных испытаний гидродемпфера втулки несущего винта С-2363-76, который обеспечивает обкатку, снятие характеристик, замер времени перемещения штока, заполнение гидродемпфера маслом, проверку герметичности, проверку давления открытия клапанов, выбранный в качестве прототипа и состоящий из электродвигателя, маховика, ручного тормоза, редуктора, муфты, кривошипа, основания рамы, эксцентрика, шатуна, осевого шарнира, ванны, тяги, пневмоцилиндра, воздухораспределителя, клеммной коробки, кнопки аварийной остановки привода, датчика тахометра, тахогенератора [5].
Недостатком известных решений [1-4] является невозможность их применения для измерения усилий по отклонению штока гидродемпфера и автоматического построения нагрузочной характеристики исследуемого гидродемпфера.
Недостатком существующего стенда [5], выбранного в качестве прототипа, является большие трудо и время затраты, так как нагрузочная характеристика строится вручную на миллиметровой бумаге с допустимой погрешностью построения характеристики ±5% от прикладываемого усилия на шток. К тому же для построения характеристики необходимо производить измерения на 5 фиксированных ходах штока 3, 6, 9, 15, 27 мм, для чего нужно выключать электродвигатель и тормозить маховик, что в свою очередь приводит к лишней изношенности деталей, механизмов и большой затрате времени.
Задачей полезной модели является автоматизация процесса построения нагрузочной характеристики и снижение погрешности при ее построении.
Указанная задача достигается тем, что в стенд снятия нагрузочной характеристики гидродемпфера, включающий электродвигатель, соединенный посредством штока с маховиком, редуктором и муфтой, которая посредством шатуна соединена с осевым шарниром, на котором жестко закреплен исследуемый гидродемпфер с тензодатчиком и тензоусилителем, предлагается дополнительно ввести магнитный датчик перемещений, размещенный на осевом шарнире, последовательно соединенные между собой масштабирующий усилитель, фильтр низких частот, микроконтроллер, преобразователь интерфейсов, персональную ЭВМ и принтер, причем вход масштабирующего усилителя предлагается соединить с выходом тензоусилителя, тогда как вход микроконтроллера соединить с выходом магнитного датчика перемещений.
Сущность полезной модели поясняется следующими фигурами.
На фиг.1 изображена блок-схема заявляемого стенда, где:
1 - электродвигателя
2 - маховик
3 - редуктор
4 - муфта
5 - шатун
6 - осевой шарнир
7 - исследуемый гидродемпфер
8 - тензодатчик
9 - тензоусилитель
10 - масштабирующий усилитель
11 - фильтр низких частот
12 - микроконтроллер
13 - преобразователь интерфейсов
14 - персональная ЭВМ
15 - магнитный датчик перемещений
16 - принтер
На фиг.2 приведена нагрузочная характеристика эталонного демпфера и границы поля допусков.
На фиг.3 приведена нагрузочная характеристика испытуемого демпфера и границы поля допусков.
На фиг.4. приведен внешний вид платы ввода данных;
На фиг.5. приведен внешний вид стенда;
Предлагаемый стенд работает следующим образом. 1. Электродвигатель 1 через соединительную муфту передает вращательный момент на маховик 2, через редуктор 3 на муфту 4, которая преобразует вращательные движения в возвратно поступательные, которые через шатун 5 сообщаются осевому шарниру 6, который через свои крепления передает усилие на исследуемый гидродемпфер 7. На гидродемпфере 7, закреплен с тензодатчик 8, сигнал с которого через тензоусилитель 9 поступает на масштабирующий усилитель 10. Масштабирование по амплитуде необходимо для того, чтобы задействовать весь входной диапазон АЦП и, тем самым, повысить точность измерения и обеспечить симметричность характеристики по сжатию и растяжению. Далее сигнал поступает на фильтр низких частот 11 и затем на первый вход микроконтроллера со встроенным АЦП 12, и далее через преобразователь интерфейсов 13, который формирует последовательный код данных согласно протоколу USB 2.0. По этим данным в персональной ЭВМ 14 производится оценка амплитуды А входного сигнала пропорциональному усилию снимаемого с тензодатчика 8.
На второй вход микроконтроллера 12 поступает сигнал с магнитного датчика линейных перемещений 15, с выхода которого цифровой код пропорциональный величине линейного перемещения относительно крепления осевого шарнира 6 и равный изменению хода штока исследуемого гидродемпфера 7. Причем, выставляется максимальное значение хода 27 мм, и данные снимаются постоянно, при всей величине хода.
Микроконтроллер 12 со встроенным АЦП преобразует аналоговый сигнал в цифровой код, формирует пакет данных с отсчетами и передает их на преобразователь интерфейсов 13, который принимает данные с микроконтроллера 12 по интерфейсу, основанному на асинхронном последовательном приемопередатчике последовательной связи, и передает их на персональную электронно-вычислительную машину 14 по USB интерфейсу.
В персональной ЭВМ 14 производятся необходимые вычисления и строится нагрузочная характеристика исследуемого гидродемпфера, с отображением ее на мониторе с одновременным визуальным контролем на допуск, а также распечатка ее на принтере 16.
По известному тарировочному коэффициенту Тk предварительно введенному в персональную ЭВМ 14 и измеренному значению амплитуды А сигнала пропорциональному усилию снимаемого с тензодатчика 8 вычисляется значение нагрузочной характеристики, т.е. нагрузки на сжатие для изделия принятого за эталонное:
Далее определяется математическое ожидание 
:
и среднеквадратическое отклонение:
где N - число измерений;
Рi - текущее значение нагрузки на сжатие и растяжение.
Процедуры определения математического ожидания и дисперсии пот зависимостям (2) и (3) производятся в персональной ЭВМ 14.
От расчетного значения 
вычисляются величины Р1 и Р2 при каждом значении хода штока исследуемого гидродемпфера:
где k - коэффициент, обеспечивающий требуемую вероятность «попадания» нагрузочной характеристики в поле допуска.
После этого ПЭВМ строит нагрузочную характеристику эталонного изделия (фиг.2) по зависимости (2) график 1, как функцию от хода штока гидродемпфера и нагрузки на сжатие и растяжения Р.
После чего ПЭВМ автоматически строит границы поля допуска нагрузочной характеристики по зависимостям (4), причем величина P1 соответствует графику 2, а зависимость Р2 соответствует графику 3 фиг 2.
Полученные таким образом характеристики хранятся в памяти ПЭВМ.
При установке на стенд исследуемого гидродемпфера, рассчитываются значения Р по формуле (2), строится нагрузочная характеристика и происходит сравнение с эталонной (фиг.3).
Гидродемпфер считается прошедшим допусковые испытания если нагрузочная характеристика Р фиг.3 находится в пределах области, ограниченной графиками P1 и Р2 фиг.3.
После проведения испытаний, их результаты хранятся в персональной ЭВМ 14, где указывается дата, время испытаний, данные лица проводившего испытания, кроме того результат распечатывается на принтере 16.
Масштабирующий усилитель 10 масштабирует сигнал по амплитуде и постоянному смещению [6, стр.18]. Масштабирование по амплитуде необходимо для того, чтобы задействовать весь входной диапазон АЦП и, тем самым, повысить точность измерения и обеспечить симметричность характеристики по сжатию и растяжению.
Масштабирующий усилитель выполнен на операционном усилителе ОУ AD822B [7].
Микроконтроллер 12 ATmega128 [8, 114] - маломощный 8-разр. КМОП микроконтроллер, основанный на расширенной AVR RISC-архитектуре. ATmega128 содержит 10-разрядный АЦП последовательного приближения.
Магнитный датчик линейных перемещений [9] служит для измерения величины перемещений в диапазоне от 0 мм до 40 мм. Датчик выполнен на основе магнитного первичного преобразователя и микроконтроллера.
Принцип действия - магнитный. На подвижном штоке расположена магнитная лента с нанесенными на ней магнитными полюсами. Датчик магнитного поля, расположенный в корпусе, считывает полюса, а микроконтроллер вычисляет величину перемещения.
Масштабирующий усилитель, фильтр низких частот, микроконтроллер и преобразователь интерфейсов конструктивно объединены в плату ввода данных (фиг.4), с низким энергопотреблением по протоколу USB фиг.4.
На фиг.2 приведена нагрузочная характеристика эталонного демпфера и границы поля допусков.
На фиг.3 приведена нагрузочная характеристика испытуемого демпфера и границы поля допусков.
На фиг.4. приведен внешний вид платы ввода данных;
На фиг.5. приведен внешний вид стенда балансировки после модернизации;
Технико-экономический эффект предлагаемого стенда заключается в возможности снижения погрешности в построении нагрузочной характеристики при многократном снятии значений и автоматизации процесса построения нагрузочной характеристики гидродемпфера, а следовательно, снижении время и трудозатрат при испытании гидродемпферов.
Литература:
1. Патент на полезную модель RU 30165 U1 МПК F02B 77/00 10.10.2002 г. авторы: Ильин П.И., Терских И.П., Федотов А.И., Мошкин Н.И., Овчинникова Н.И., Матвеев А.Н., Лубсанов Д.М.
2. Патент на полезную модель RU 35004 U1 МПК G01B 7/16 29.07.2003 г. автор Шалин B.C.
3. Патент на полезную модель RU 57889 U1 МПК G01B 7/14 12.09.2005 г. авторы: Шалин B.C., Конопляник Е.Л., Юдин А.В.
4. Патент на изобретение RU 2279046 С1 МПК G01M 7/02 31.01.2005 г. авторы: Кочетов О.С., Кочетова М.О., Ходакова Т.Д., Шестернинов А.В., Шмаков В.Т.
5. Электронный ресурс, http://depositfiles.com/files/k4t0h1kg2
6. Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. Издательский дом «Додека XXI», 2005. 528 с.
7. www.analog.com
8. Евстигнеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы ATMEL
9. www.start-vector.com
Стенд снятия нагрузочной характеристики гидродемпфера, включающий электродвигатель, соединенный посредством штока с маховиком, редуктором и муфтой, которая посредством шатуна соединена с осевым шарниром, на котором жестко закреплен исследуемый гидродемпфер с тензодатчиком и тензоусилителем, отличающийся тем, что дополнительно содержит магнитный датчик перемещений, размещенный на осевом шарнире, а также последовательно соединенные между собой масштабирующий усилитель, фильтр низких частот, микроконтроллер, преобразователь интерфейсов, персональную ЭВМ и принтер, причем вход масштабирующего усилителя связан с выходом тензоусилителя, тогда как вход микроконтроллера соединен с выходом магнитного датчика перемещений.
