Разработка стенда для проверки тахометров

Рисунок 19 - Муфта упругая втулочно-пальцевая

Компенсирующие способности муфты, которая представлена на рисунке 20 - невелики. При соединении несоосных валов муфта оказывает на них значительное силовое воздействие, хотя и меньшее, чем муфта МУВП. Она требует точного монтажа узлов. Эти муфты обладают большой радиальной, угловой и осевой жесткостью. Поэтому их применение так же, как и муфт МУВП, возможно при установке узлов на плитах (рамах) большой жесткости. Сборку узлов необходимо выполнять с повышенной точностью, применяя подкладки и контролируя положение узлов. Муфта с резиновой звездочкой по ГОСТ 14084-93 состоит из двух одинаковых полумуфт 1 и 2, имеющих на фланцах торцевые кулачки, и упругого элемента 3, выполненного в виде звездочки. Выступы звездочки располагаются между кулачками полумуфт и работают на сжатие через один при действии крутящего момента.

Муфты упругие со звездочкой сравнительно просты по конструкции, обладают малыми габаритными размерами и материалоемкостью.

Рисунок 20 - Муфта упругая со звездочкой

Рисунок 21 - Муфта упругая с торообразной оболочкой

Ориентировочные размеры муфты упругой с торообразной оболочкой можно наблюдать на рисунке 22.

Рисунок 22 - Ориентировочные размеры муфты упругой с торообразной оболочкой

Исходя из свойств, вышеперечисленных муфт, нам больше всего подходит муфта упругая с торообразной оболочкой, так как данная муфта отличается высокими компенсационными свойствами, способна уменьшать динамические нагрузки благодаря малой крутильной жесткости и высокой демпфирующей способности.

Теперь переходим непосредственно к выбору муфты упругой с торообразной оболочкой.

В нашем случае, исходя из конструктивных соображений, мы выбираем муфту, ориентируясь на диаметр отверстия, так как передающийся двигателем момент мал. Размеры упругих муфт с торообразной оболочкой показаны на рисунке 23.

Рисунок 23 - Размеры и параметры упругих муфт с торообразной оболочкой

В случае с магнитоиндукционным тахометром все просто, необходимо к тахогенератору подключить индикатор тахометра, который будет выводить визуально число оборотов, но для цифрового тахометра необходимо применить индикатор для удобства и быстроты снятия показаний.

Обратимся к теории систем измерения, чтобы понять, каким образом построить отсчет и индикацию информации.

Одним из свойств систем измерения (CИ) ЛА является необходимость автоматического отображения информации. Отображение информации -- это свойство технической системы воспроизводить следы информационных воздействий и результаты переработки информации. В настоящее время в основном используют три способа информации: сигнализацию, индикацию и регистрацию.

Информация на ЛА представляется символами и образами. Регистрация -- это такое воспроизведение символов, которое переносится на материальный носитель и для поддержания изображения символа на носителе не требуется расходовать энергию. При индикации, и сигнализации требуются непрерывные затраты энергии в течение времени воспроизведения символов. В состав любой СИ ЛА входит широкий ассортимент средств отображения. В качестве средств переработки информации используются универсальные и специализированные ЭВМ, которые играют решающую роль в техническом обеспечении СИ ЛА. Ими определяется степень автоматизации и сложность решаемых задач.

Основное назначение систем отражения информации (СОИ) состоит в представлении воспроизводимой информации в форме изображения, параметры которого обеспечивают необходимую точность, информационную емкость и удовлетворяют требованиям инженерной психологии, т. е. воспроизводимая информация представляется в закодированном виде -- в форме, приемлемой для непосредственного восприятия человеком. Центральное место в СОИ занимают индикаторы, основное назначение которых заключается в своевременном отображении информации, поступающей с датчиков и САУ. В САУ средствами отображения создаются динамические информационные модели управляемых объектов (внешние средства деятельности). Оператор взаимодействует не с самим объектом, а через СОИ с информационными моделями реальных объектов, которые позволяют представить образ реальной действительности, производить анализ и оценку обстановки, наблюдать и оценивать результаты управляющих воздействий, принимать решения. Форма представления информации должна способствовать принятию решения, быть активно действующей.

Кроме того, используются внутренние средства деятельности: знание, опыт, навыки, на основе которых формируются концептуальные (внутренние) и оперативные модели решения задач управления.

Динамическая информационная модель, образованная СОИ, должна быть адекватна концептуальной модели деятельности человека. Средства отображения облегчают человеку выработку и воспроизведение в памяти концептуальной модели деятельности. Модель должна быть наглядной для быстрого анализа восприятия ситуации, компактной, обеспечивая в тоже время необходимую полноту воспроизводимых данных, согласованных с психофизиологическими возможностями оператора.

В связи с большим количеством и разнообразием решаемых задач и требованиями к преобразованию выходной информации средства отображения разнообразны по техническим, конструкционным и эксплуатационным характеристикам и должны формировать изображение, отличающееся по форме, размерам, цветовому решению. Создание универсального устройства СОИ, согласованного с широким классом решаемых задач, представляет большую трудность. Ближе всего к этому подошли устройства на ЖК-дисплеях. Практика показала, что во всем комплексе технических средств САУ, СОИ являются наиболее нестандартными, требующими специальной разработки.

Поэтому рассмотрим возможность построения индикатора на семисегментных индикаторах, либо на ЖК-дисплее.

2.6.1 Семисегментный индикатор

Светодиоды часто используются для отображения чисел, для этого используется семисегментный индикатор. Семисегментный индикатор является разновидностью электронного индикаторного устройства для отображения десятичных чисел и являются альтернативой для более сложных индикаторов с точечной матрицей. Семи сегментный индикатор широко используется в часах с цифровой индикацией, в электронных измерительных приборах и других устройствах для отображения цифровой информации. Семисегментные индикаторы состоят из семи элементов. Отдельно включаясь и выключаясь, они могут быть объединены для упрощенного отображения арабских чисел. Семь сегментнов размещаются в форме прямоугольника с двумя вертикальными сегментами на каждой стороне и с одним горизонтальным сегментом сверху, посередине и снизу.

Рисунок 24 - Семисегментный индикатор

2.6.2 Жидкоскристаллический индикатор

Термин жидкие кристаллы относится к специальным химическим веществам, которые являются основой технологии жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ). Любое изображение на ЖКИ состоит из миллионов отдельных пикселей - наименьших видимых элементов изображения. В цветных ЖКИ каждый пиксель разделен на три элемента. Каждый из этих элементов связан с одним из трех цветов: красным, синим или зеленым.

Различные цвета пикселя ЖКИ формируются посредством управления интенсивностью света каждого из красного, зеленого и синего элементов. Способ управления светом отдельных элементов ЖКИ основан на использовании очень маленьких частиц, называемых скрученные нематические жидкие кристаллы. Скрученные нематики получили свое имя поскольку они скручены в своем естественном состоянии. Но при приложение электрического заряда скрученные нематический кристалл раскручивается. Существует возможность приложить к скрученному нематику для его не полного, а частичного раскручивания.

В ЖКИ каждый красный, зеленый и синий элемент содержит закрученный жидкий кристалл. Если жидкий кристалл, связанный с красным элементом, раскручен полностью, а синий и зеленый кристаллы остаются закрытыми, пиксель будет излучать чистый красный свет. Если раскрутить при этом синий кристалл, то пиксель станет пурпурным.

Раскручивая кристаллы трех элементов в различной степени, можно формировать свет с любым спектром. Наиболее высококачественные ЖКИ экраны называются ЖКИ, работающими на пропускание, поскольку они пропускают через себя свет от источника, расположенного за экраном. Этот свет формируется маленькой флуоресцентной трубкой или светодиодами, прикрепленными к светонаправляющему устройству, которое направляет свет вперед к ЖКИ панели. Когда свет достигает ЖКИ панели, он в первую очередь проходит через поляризатор, который выравнивает поляризацию света с ориентацией скрученных жидких кристаллов.

Посредством приложения электрического заряда к кристаллам, определяются элементы, через которые может проходить свет, устанавливая свет каждого из миллионов пикселей, связанных с цифровым изображением.

ЖКИ позволяет объединить несколько различных типов представления данных на одном индикаторе. Следует отметить, что каждый ЖКИ может заменить несколько семисегментных светодиодных индикаторов.

Рисунок 25 - Конструкция ЖКИ

Мы будем строить систему индикации, которую можно применить к цифровому тахометру. Ниже описывается система преобразования и индикации сигнала, поступающего с двигателя в цифровой тахометр, с использованием семисегментных индикаторов.

Предлагаемый прибор весьма прост по схеме, но обладает хорошими техническими характеристиками и собран на доступных компонентах. Прибор может быть использован как для регулировочных работ на холостом ходе, так и для оперативного контроля частоты вращения вала двигателя в процессе его работы.

Цикл измерения равен 1 с, причем время индикации также равно 1 с, т. е. в течение времени индикации происходит очередное измерение, смена показаний индикатора происходит один раз в секунду. Тахометр имеет кварцевую стабилизацию тактового генератора, поэтому погрешность измерений не зависит от температуры окружающей среды и изменений напряжения питания.

Рисунок 26 - Электрическая принципиальная схема цифрового тахометра

После подачи напряжения питания триггер DD2.1, DD2.2 может оказаться в любом состоянии (из двух возможных). Предположим, что на выходе элемента DD2.2 присутствует напряжение низкого уровня, которое запрещает прохождение через элемент DD2.3 импульсов частотой 1024 Гц с выхода F счетчика DD1 на счетный вход СР счетчиков D03 и DD4.

При размыкании контактов прерывателя транзистор VT1 откроется, переключит триггер DD2.1, DD2.2 и откроет элемент DD2.3. Счетчики DD3 и DD4 начнут счет импульсов частотой 1024 Гц. По спаду третьего входного импульса счетчика DD3 на его выходе 2 сформируется импульс, который переключит триггер DD2.1, DD2.2 в исходное состояние, элемент D02.3 окажется снова закрытым, а счетчик DD3 - обнуленным. При следующем импульсе с прерывателя процесс повторится. Таким образом, при каждом размыкании контактов прерывателя число, записанное в цепь счетчиков DD4-DD6, будет увеличиваться на 3.

Процесс записи будет продолжаться в течение секунды, т. е. до того момента, когда на выходе S1 счетчика DD1 появится очередной положительный перепад напряжения. В этот момент информация, накопившаяся в счетчиках DD4-DD6, будет переписана в буферные регистры преобразователей кода DD7-DD9, а вскоре счетчики DD4-DD6 обнулит по входу R сигнал с цепи C5R9. Сразу после спада импульса высокого уровня на входе счетчиков DD4-DD6 начнется новый цикл записи и т. д. Для обеспечения необходимой временной задержки между моментами перезаписи информации из счетчиков DD4-DD6 в буферные регистры преобразователя кода DD7-DD9 и обнуления счетчиков служат дифференцирующие цепи C3R6, C4R8, C5R9 и элемент DD2.4. Утроение частоты импульсов, поступающих с прерывателя, необходимо для получения соответствия между показаниями индикатора и частотой вращения вала двигателя.

2.6.3 Счетчик

Счетчик - это цифровое устройство, осуществляющее счет числа появлений на счетном входе устройства сигналов высокого или низкого логического уровня.

Чтобы перейти к рассмотрению счетчика на 6, рассмотрим принцип работы счетчика на 3. Логическая схема счетчика на 3 показана на рисунке 27.

Рисунок 27 - Логическая схема троичного счетчика

Рассмотрим работу первого и второго триггеров, охваченных обратной связью. После подачи положительного сигнала начальной установки триггеров R в нулевое состояние на входе J1установится уровень логической единицы (J1 = 1), а напряжение на J2 будет равно нулю (J2 = Q1 = 0). Первый перепад тактирующего импульса 1/0, поступивший на вход С переведет первый триггер в состояние логической единицы, поскольку триггер находится в счетном режиме (J2 = К1 = 1). Второй триггер остается в исходном состоянии, т.к. комбинация управляющих сигналов J2 = 0, К2 = 1 соответствует режиму «управление нулем».

Рисунок 28 - Временные диаграммы троичного счетчика

Временные диаграммы работы такого счетчика приведены на рисунке30, а таблица истинности в таблице 5.

Рисунок 30 - Временные диаграммы счетчика на 6 по принципу построения 2:3

Таблица 5 - Таблица истинности счетчика на 6 по принципу построения 2:3

еперь рассмотрим счетчик 3:2. Его принципиальная схема приведена на рисунке 31.

В данной реализации такого счетчика первый и второй триггеры работает в режиме деления на 3, а третий в режиме деления на 2, что в сумме дает счетчик на 6. Весовые функции такого счетчика уже не будут естественными, и счетчик работает в коде 3-2-1 («веса» разрядов Q3 Q2 Q1 - приведены в таблице 6).

Рисунок 31 - Логическая схема счетчика на 6 по принципу построения 3:2

Временные диаграммы работы такого счетчика приведены на рисунке 32, а таблица истинности в таблице 6.

Рисунок 32 - Временные диаграммы работы счетчика на 6 по принципу построения 3:2

Таблица 6 - Таблица истинности счетчика на 6 по принципу построения 3:2

2.7 Разработка методики испытаний

- установить испытуемый датчик в поверочное место установки;

- установить полумуфты на ось испытуемого датчика и приводного электродвигателя;

- центрировать испытуемый датчик по высоте соосно с осью приводного электродвигателя;

- закрепить платформу с испытуемым датчиком винтом, расположенным на стойки ШВП;

- соединить отцентрированные части полумуфт испытуемого датчика и приводного электродвигателя;

- плотно закрепить испытуемый датчик прижимным устройством;

- включить питание стенда;

- запустить программу испытания датчика на ПК.

2.8 Выбор аппаратных средств для программирования

В качестве аппаратного средства для регулировки скорости вращения испытуемого тахометра использована среда разработки Arduino Mega 2560. Arduino Mega 2560 - это интегрированная среда разработки для написания и компиляции программ, а также для программирования аппаратуры. Язык программирования основан на C/C++. Составление программы осуществляется на основании алгоритма, который реализует последовательность выполняемых проверок.

Код программы состоит из двух основных частей:

- инициализация и первоначальная настройка программы;

- циклическое выполнение программы.

Методика проверки охватывает статический и динамический режимы работы испытуемого тахометра, которые последовательно выполняются один за другим.

2.8.1 Разработка программы испытаний для компьютера Arduino

Программа испытания представлена в приложении А, отладка программы испытаний производится при выполнении пуско-наладочных работ стенда.

3. Мероприятия по обеспечению безопасности труда

- Рабочее место и подходы к испытательному стенду должны содержаться в чистоте и порядке;

- Наличие острых кромок, заусенцев, шероховатости на поверхностях оборудования, испытываемых изделий, инструмента и приспособлений, подвижных, вращающихся частей оборудования и испытываемых изделий, электрического тока, падающих узлов может привести к травмам;

- Необходимо соблюдать правила личной гигиены: перед едой мыть руки с мылом;

- При принятии рабочего места от сменщика проверить: хорошо ли убрано рабочее место, ознакомиться с имеющимися в предыдущей смене неполадками в работе оборудования и с принятыми мерами по их устранению;

- При проведении испытаний работу вести в соответствии с инструкцией по эксплуатации стенда;

- Установку и снятие объекта испытаний производить только при полностью выключенном стенде по электрической части;

- При перемещении объекта испытания на стенде исключить попадание пальцев рук между прижимаемыми поверхностями;

- Не прикасаться к вращающимся частям стенда при проведении испытания;

- Обязательно отключить стенд приуходе от стенда, даже на короткое время, уборке и ремонте стенда, обнаружении каких-либо неисправностей в работе стенда;

- По окончанию испытаний отключить питание и освободить стенд от испытуемых изделий, убрать съемные грузозахватные приспособления в отведенные для их хранения место.

В процессе выполнения ВКР были разработаны:чертёж общего вида стенда для проверки тахометров, схема электрическая структурная стенда для проверки тахометров, схема электрическая принципиальная счётчика частоты вращения. Были подобраны: электродвигатель частотно-регулируемый, преобразователь частоты, механическая муфта и была составлена программа испытаний на языке С++.

В ходе работы были использована современная среда разработки такая как: -- «КОМПАС-3D».

Список использованных источников

1 Баканов, Г.Ф. Конструирование и производство радиоаппаратуры: учебник для СПО / Г.Ф.Баканов, С.С.Соколов. М.: Академия, 2013. 381 с.2 Боднер, В.А. Приборы первичной информации / В.А.Боднер.

Учебник для авиационных вузов. М.: Машиностроение, 2014. 344с.

3 Зиновьев, Д. Основы проектирования в КОМПАС-3D / Д.Зиновьев.

ДМК-Пресс, 2017. 329 с.

4 Кулаев, В.Е. Муфты механические для соединения валов, конструкция и основные принципы работы: учебное пособие для студентов в факультета механизации сельского хозяйства / В.Е. Кулаев, А.В. Орлянский, Л.И. Яковлева, Д.С. Калугин. Ставропольский Государственный аграрный университет, 2014. 46с.

5 Новиков, Г.В. Частотное управление асинхронными двигателями. Книга / Г.В. Новиков. М.: МГТУ, 2016. 490с.

5 Мироншик, И.В. Теория автоматического управления, Линейные системы: учебник для вузов / И.В. Миронщик. Питер, 2014. 288с.

6 Мурин, А.В. Прикладная механика: учебное пособие / А.В. Мурин, В.А. Осипов. ТПУ, 2013. 321с.

7 Прилепский, Н.А. Авиационные приборы метод. комплекс по

дисциплине / Минобрнауки России, Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. С. П.Королева (нац. исслед. ун-т); авт.-сост. В.А.Прилепский, Н.А.Яковенко. Электрон. текстовые и граф. дан. Самара, 2013. 236 с.

8 Соммер, У. Программирование микроконтроллерных плат Arduino:

Пер. с англ./ Улли Соммер, В.Букирев. СПБ.: БХВ-Петербург, 2016.

420 с.

9 Щепетов, А.Г. Основы проектирования приборов и систем: учебник для вузов / А.Г. Щепетов. М., Академия, 2016. 336с.

10 Щепетов, А.Г. Преобразование измерительных сигналов: учебник и практикум дляакадемического бакалавриата по инженерно-техническим направлениям и специальностям / А. Г. Щепетов, Ю.Н. Дьяченков. М.: Юрайт, 2016. 269с.

11 Выбор упругой муфты с торообразной оболочкой, https://studfiles.net/preview/2966996/page:7/

12 Инструкция по охране труда при работе на испытательных стендах, http://prom-nadzor.ru/content/instrukciya-po-ohrane-truda-pri-rabote-na-stendah-dlya-ispytaniya-korobok-peredach-i-ih

13 Конструкция и назначение шариковых винтовых передач, http://stanokgid.ru/osnastka/shvp-dlya-chpu.html

14 Технический каталог частотно-регулируемых электродвигателей серииАДЧР, http://ad4r.ru/other_fotos/katalog_elektrodvigatelej_adChr_dlja_Chrp_alEksprivod.pdf

15 Асинхронный двигатель конструкция и принцип работы, http://fb.ru/article/56844/asinhronnyiy-dvigatel---konstruktsiya-i-printsip-rabotyi

16 Частотные преобразователи: структура и принцип работы, https://www.softstarter.ru/invertors/princip-raboty/

17 Каталог частотных преобразователей ВЕСПЕР, http://www.vesper.ru/catalog/invertors/