Полный отчет. Антиплагиат. Заболотный В.В. (1235157), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Изготовление тензометрических автосцепокзаключается в наклейке тензодатчиков на хвостовую часть автосцепки или натензометрический клин, после чего, такая автосцепка тарируется с помощьюгидравлического пресса ссилой и вызываемым ею7777показаниям тензодатчиков.целью определения соотношения между продольнойнапряжениями в контролируемой детали по71абРисунок 6.4 – Схема: а – сцепного устройства динамометрического вагона (патентСССР No1111915 от 07.09.1984,); б- устройства для облегчения управления поездом (патентСША No4042810 от 16.08.1977)Недостатком данного способа является то, что процедура установкипредварительно подготовленных тензометрических автосцепок требуетзначительных затрат времени на маневровую работу и технологические72операции по демонтажу обычных автосцепок и установке на вагонытензоизмерительных сцепок и измерительного оборудования.
Проведение такихизмерений возможно лишь в сертификационных центрах при бойковыхиспытаниях вагонов или периодически в эксплуатационных испытаниях,проводимых с участием специалистов ВНИИЖТ, исследователей заводовизготовителей и специализированных лабораторий.Использование тензометрических автосцепок в постоянной эксплуатацииневозможно как ввиду недолговечности работы приклеиваемых к поверхностихвостовика автосцепки тензосопротивлений, так и из-за необходимостипериодической тарировки тензометрических автосцепок. Кроме того, демонтажпри ремонте и выполнение технологических ремонтных операций – наплавка,заварка трещин, требует предварительного нагрева корпуса автосцепки дотемператур, при которых установленные ранее тезнодатчики выходят из строя.Использование тензометрических клинов позволяет изучать динамическиепроцессы только в области действия сил растяжения, так как конструктивнаяособенность автосцепки СА-3 не предусматривает участия клина в силовыхвзаимодействиях при сжатии автосцепки.
Такая ситуация не позволяет получитьполноценной информации о продольных силах в поездах при использованиипневматического и электродинамического (реостатного, рекуперативного)торможения, при работе подталкивающих локомотивов, в сдвоенных поездах.С целью устранения недостатков описанных выше устройств измерения силна автосцепках вагонов и локомотивов предлагается устройство,обеспечивающее измерение продольной деформации хвостовика автосцепки,отличающееся тем, что для установки устройства не требуется снятиеавтосцепки с подвижного состава.Принципиальная схема устройства, позволяющего измерять продольныесилы в поездах повышенной массы и длины, представлена на рисунке 6.5.73Рисунок 6.5 – Принципиальная схема устройства для измерения продольных сил впоездах повышенной массы и длиныУстройство устанавливается внутрь полого хвостовика автосцепки 1 иобеспечивает формирование на выходе 6 электрического сигнала,пропорционального деформациям хвостовика при приложении тяговых илитормозных сил.
Устройство состоит из распорного блока 2, датчика линейныхперемещений 3, Г-образного кронштейна 4. Перед установкой деталейизмерительного устройства из автосцепки вынимаются все подвижные детали:замок, замкодержатель, подъемник замка, валик и предохранитель. Распорныйблок 2, выполняющий функцию заднего упора, устанавливается в дальнийконец внутренней полости хвостовика автосцепки 1 через проём для замка изамкодержателя в корпусе головки автосцепки и закрепляется дляпредотвращения продольных смещений. Датчик перемещений 3 крепится к Г-образному кронштейну 4 и устанавливается таким образом, чтобы его исходноеположение соответствовало свободному положению автосцепки, безприложения сжимающих или растягивающих сил. Г-образный кронштейн 4крепится к вертикальной площадке на стенке внутренней полости головкиавтосцепки 1.
В нижней части Г-образного кронштейна 4 предусмотренопорный скользун 5, обеспечивающий восприятие вертикальной нагрузкиконсольно закрепленного Г-образного кронштейна 4.Предлагаемое устройство обеспечивает измерение продольных сил,74прикладываемых к сцепкам вагонов, путем формирования пропорциональногоизменения электрического сигнала на выходе 6 датчика 3, установленноговнутрь полого хвостовика автосцепки 1.
В отличие от известных измерительныхустройств, монтаж и демонтаж предлагаемого измерительного устройства нетребует снятия автосцепки с вагона или локомотива и может быть выполнен напутях станции без дополнительной маневровой работы. Устанавливаемые вовнутреннюю полость хвостовика автосцепки детали измерительного устройстване препятствуют нормальной работе механизма сцепного устройства и неизменяют механических свойств корпуса автосцепки.
Измерительноеустройство обеспечивает стабильные показания в течение длительного времениработы и устойчиво к изменению факторов внешней среды.757 РАЗРАБОТКА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВАПо результатам расчетов, полученных в разделе номер 5 дипломногопроекта, в качестве чувствительного элемента измерительного устройстванеобходимо использовать аналоговый датчик с чувствительностью не ниже 1мкм. (либо цифровой датчик с разрешающей способностью не менее 1 мкм.),такой датчик позволит измерять усилия, приложенные к автосцепке, сточностью до 5 тонн.В качестве чувствительного элемента измерительного устройства можетбыть использован аналоговый резистивный датчик линейных перемещенийSRLPS 9600 Series, представленный на рисунке 7.1.Рисунок 7.1 – Датчик линейных перемещений SRLPS 9600 SeriesДатчик линейных перемещений с возвратной пружиной SRLPS 9600 Series76предназначен для высокоточного измерения перемещений в ограниченныхпространствах.
Данный датчик доступен в трёх стандартных размерах и имеетсрок службы 1 миллион циклов. Также датчик имеет широкий температурныйдиапазон и сохраняет свою работоспособность даже при плюс 135 oС [35].Более подробные технические характеристики датчика SRLPS 9600 Seriesприведены в таблице 7.1.Таблица 7.1 – Технические характеристики датчика SRLPS 9600 SeriesНаименованиеМодель9605 9610 9615Серийный номер 9605R1.7KL2.0 9610R3.4KL2.0 9615R5.1KL2.0Полное электрическоеперемещение, мм12,7 25,4 38,1Общее сопротивлениепостоянному току ±25 %1,7К 3,4К 5,1КЛинейность ±2 %Улучшенная линейность (опция) ±1,0 % ±0,5 % ±0,35 %Механическое перемещение, мм 14,2 26,9 39,6Длина корпуса, мм 26,9 39,6 52,3Полная длина консоли, мм 20,6 33,3 46,0Срок службы 1 000 000 цикловМаксимальная прикладываемаясила, Н100Усилие срабатывания, Н 4Влажность 95 % при 38 oСВибрация от 50 до 100 ГцТемпературный диапазон, oС от минус 40 oС до плюс 135 oСОднако для полноценной оценки динамических процессов возникающих впоезде датчика линейных перемещений не достаточно, его необходимоиспользовать с акселерометром ADXL 345, который позволит получитьинформацию о динамике локомотива.
Акселерометр ADXL 345 представлен нарисунке 7.2.77Рисунок 7.2 – Акселерометр ADXL 345Технические характеристики акселерометра ADXL 345 представлены втаблице 7.2.Таблица 7.2 – Технические характеристики акселерометра ADXL 345Наименование ПоказательНапряжение питания 2-3,6 ВТок 150 μАРабочая температура от минус 40 oС до плюс 85 oСИнтерфейс I2C или SPIРазрешающая способность 10-13 разрядовРазмер 3 на 5 на 1 ммС учетом требований по функциональным характеристикам,производительности и энергоэффективности был проведен выбор платформыдля реализации вычислительной подсистемы измерительного устройства. Сучетом низкого энергопотребления, наличия встроенной АЦП и интерфейсов квнешним устройствам I2C и SPI, была выбрана платформа Arduino.Система Arduino UNO R3 построена на базе микроконтроллера ATmega 328.Платформа предоставляет возможности упрощенного управления и доступа к78контроллеру.
Доступ к контактам контроллера осуществляется через разъемы покраям платы. Платформа имеет 14 цифровых вход/выходов (6 из которых могутиспользоваться как50входы ШИМ), 6 аналоговых 10-битных входов, кварцевыйгенератор 16 МГц, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопкуперезагрузки [36].рисунке 7.3.50Внешний вид платформы Arduino UNO R3 представлен наРисунок 7.3 – Платформа Arduino UNO R3Для работы необходимо подключить44плату к компьютеру посредствомкабеля USB, либо подать питание при помощи адаптера44AC/DC или от батареи.Характеристики контроллера Arduino UNO R3 приведены в таблице 7.3.Таблица 7.3 – Характеристики контроллера Arduino UNO R3Наименование ПоказательРабочее напряжение 5 ВВходное напряжение 7-12 В50Входное напряжение (предельное) 6-20 В50Потребляемый ток/мощность менее 50 мА/ 0,25 ВтЦифровые входы/50Аналоговые входы 6выходы 14 (6 – ШИМ)Постоянный ток через вход/выход 40 мАОкончание таблицы 7.350Наименование Показатель79Постоянный ток для вывода 50 мАФлэш-память 32 КбОЗУ 2КбEEPROM 1 КбТактовая частота 16 МГцArduino UNO обладает несколькими способами общения с другими Arduino,микроконтроллерами и обычными компьютерами, но при помощи отдельныхплат расширения становится возможной организация различных способоввзаимодействия, таких как Ethernet-сеть, радиоканал, Wi-Fi.Также существует большое количество разновидностей текстовых, или какещё их называют знакосинтезирующих, жидкокристаллических экранов, накоторые можно выводить информацию с Arduino.
ЖК-дисплей достаточнопросто подключается и не требует объёмного программного обеспечения.Контроллер Arduino с ЖК дисплеем представлен на рисунке 7.4.абРисунок 7.4 – Платформа Arduino UNO R3а) с знакосинтезирующим двухстрочным дисплеем;б) с графическим ЖК-дисплеемУстройство индикации позволяет выводить результаты измерений надисплее, установленном в кабине машиниста для обеспеченияинструментального контроля сил, реализуемых на автосцепке локомотива.Для управления устройством через сервер и интернет в дополнение кArduino необходимо установить плату расширения Ethernet Shield, которая80представлена на рисунке 7.5.Рисунок 7.5 – Плата расширения Ethernet Shield для Arduino UNO R3Ethernet Shield работает с использованием библиотеки Arduino Ethernetlibrary.
На плате Ethernet Shield присутствует слот для micro SD карты, этонужно для того, чтобы можно было хранить большее количество информации изагружать веб-сайты с самого Arduino. Принцип работы платы расширениязаключается в том, что Ethernet Shield связывает Arduino с сервером припомощи сети интернет или Wi-Fi роутера. Технические характеристики EthernetShield представлены в таблице 7.4.Таблица 7.4 – Технические характеристики Ethernet ShieldНаименование ПоказательРабочее напряжение 5 ВРазмер буфера 16 КБСкорость подключения 10-100 МбОбработка сигнала, поступающего с резистивного датчика SRLPS 9600Series, производится в аналого-цифровом преобразователе платы Arduino.
АЦПArduino имеет небольшую разрядность, всего 10 бит, что соответствует 1024значениям. Для увеличения диапазона измеряемых значений необходимоиспользовать дополнительный аналого-цифровой преобразователь сразрядностью 16 бит, что соответствует 65636 значениям. 16 битный аналого81цифровой преобразователь представлен на рисунке 7.6.Рисунок 7.6 – 16 битный АЦП для Arduino UNO R3Технические характеристики 16-битного аналого-цифровогопреобразователя представлены в таблице 7.5.Таблица 7.5 – Технические характеристики 16-битного АЦПНаименование ПоказательНапряжение питания 2-5,5 ВТок 150 μАРабочая температура от минус 40 oС до плюс 125 oСПередача данных I2CВес 5 граммРазмер 2 на 1,5 на 0,4 ммЦвет синийАппаратная платформа ArduinoТаким образом, для полноценной работы измерительного комплексанедостаточно пользоваться только контроллером Arduino UNO R3, необходимоиспользовать следующее дополнительное оборудование: плата расширенияEthernet Shield, 16-битный аналого-цифровой преобразователь, ЖК-дисплей.Совместно с платой Arduino для определения географических координат,времени, измерения расстояния и скорости движения, а также для привязкиизмеренных значений к километровым отметкам пути используется плата GPS82«Glonass Shield».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
