Разработка технических средств для исследования нестационарных процессов в опорах качения
Скачать 70.41 Kb.
|
| А.И. Ковалев РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ПРОЦЕССОВ В ОПОРАХ КАЧЕНИЯ В данной статье рассматриваются проблемы разработки экспериментального оборудования для исследования работы опор качения, в условиях нестационарного режима работы и предлагается схема оборудования, способного решить некоторые из них. Ключевые слова: опора качения, нестационарный процесс. In this article problems of development of the experimental equipment for research of work of support of swing are considered, in the conditions of a non-stationary operating mode and the scheme of the equipment, capable to solve some of them is offered. Введение. На сегодняшний день существует немало образцов систем, позволяющих производить исследование процессов, протекающих в подшипниках качения. Однако наибольшая часть существующего оборудования предполагает снятие показаний в стационарном режиме, то есть после выхода системы в режим работы, при относительном постоянстве условий моделирования подшипникового узла. Зависимость электрических параметров микроконтактирования , таких как НИВ, активное сопротивление и СЧМ и механических параметров, таких как средняя толщина смазочного в зоне трения от нагрузки, скорости вращения привода и прочих факторов, в этом случае описывается набором уравнений вида:   (1) При этом, в случае идеального подшипника, результаты измерений должны быть постоянны, независимо от момента времени. На практике, разумеется, такого не происходит, из-за не идеальности подшипника и колебаний параметров эксперимента. Флуктуации сопротивления достигают частоты 109 Гц, а его значения колеблются от единиц Ом при разрушении смазочного слоя в зоне контакта, во время реализации сухого трения до единиц и десятков МОм в условиях жидкого трения. Существующее, на сегодняшний день, оборудование позволяет проводить измерения с частотой в пределах 105 Гц. Кроме того, оно позволяет проводить измерение в относительно узком интервале сопротивлений. Пример диаграммы, построенной на основе результатов, полученных с помощью такой системы, представлен на рисунке 1. Измерения проводились с частотой 50 кГц, в диапазоне от 100 Ом до 2,6 кОм. Для получения информации об интегральном времени или средней частоте микроконтактирования этих данных достаточно, при условии использования порогового алгоритма отслеживания микроконтакта. То есть, устанавливаем определенный граничный уровень сопротивления слоя, если оно падает ниже этой границы – считаем, что микроконтактирование произошло, в противном случае нет. Однако по этим данным нельзя ничего сказать о толщине смазочного слоя, в моменты времени, когда разрушения не происходит.  Рисунок 1 - Диаграмма сигнала при измерении сопротивления контактного слоя подшипника в стационарном режиме Анализ проблемы и метод ее решения. Рассмотрим, в чем же именно заключаются трудности, при повышении частоты и расширении диапазона измерения. При повышении частоты измерений, основной проблемой является ограничения скорости АЦП преобразования. Дало в том, что получаемые данные практически невозможно как-либо обработать или использовать в аналоговом виде, поэтому, все подобные системы строятся по принципу: предварительное аналоговое преобразование, за тем АЦП преобразование, при необходимости – преобразование интерфейса, а за тем обработка на ПК. Современные аналоговые компоненты вполне позволяют работать на частотах в сотни МГц. С цифровой частью также проблем не возникает – интерфейс USB 2.0 позволяет вести передачу данных со скоростью в пределах 48 Мбит/с, применение же более современных интерфейсов позволит еще более ее увеличить. Однако с АЦП все обстоит иначе. Оцифровка данных относительно длительный процесс, при этом разумеется, чем более точное преобразование выполняется, тем больше разрядность АЦП и тем дольше однократное преобразование. Снижение же разрядности АЦП, приводит к сужению диапазона измерения. Вариантов решения есть два: использование многоканальных систем измерений и компромиссный вариант, с использованием многоразрядных АЦП максимальной частоты преобразования. В частности в предлагаемой схеме (рисунок 3) я использовал АЦП AD7671. Параметры данного компонента приведены в таблице 1. Второй проблемой, при реализации широкого диапазона измерения прибора, наряду с разрядностью АЦП, является внутреннее сопротивление источника питания измерительной цепи системы. При измерении сопротивления, как правило, используют две основные схемы. Если измеряемое сопротивление относительно невелико (не более нескольких десятков Ом), удобнее использовать источник тока с большим внутренним сопротивлением, а на нагрузке измерять падение напряжения. При высоком сопротивлении, ситуация обратная – постоянное напряжение и переменная сила тока. В данном же случае, какую бы из схем мы не применили, в одном из участков диапазона измерения колебания внутреннего сопротивления источника, будут оказывать гораздо большее влияние на измеряемый параметр, чем сопротивление объекта измерения. Поэтому в предлагаемой схеме, я использовал двухканальную систему, измеряющую одновременно ток и напряжение (рисунок 2). Таблица 1 – основные параметры АЦП AD7176;
 Рисунок 2 – принципиальная схема измерительной части стенда (аналоговая часть).  Рисунок 3 – принципиальная схема измерительной части стенда (цифровая часть) Измерение производится следующим образом. Входы ИК подключаются объекту контроля и к включенному последовательно с ним резистору. Последний ограничивает протекающий ток и одновременно осуществляет преобразование ток – напряжение. Снимаемые напряжения через входные истоковые повторители подаются вначале на усилители а за тем на входные интеграторы. Интегрирование производится для стабилизации работы АЦП. Далее производится АЦП преобразование и после передачи на микроконтроллер, данные вместе с текущими параметрами проведения эксперимента передаются по интерфейсу USB на ПК. Проблема управления и контроля параметров при нестационарном режиме работы. Выше перечисленные проблемы относятся как к стационарному, так и к нестационарному режимам моделирования работы опоры качения. Однако, при исследовании процессов в режиме нестационарности, возникают дополнительные трудности. При изменении параметров систему нельзя рассматривать в статике, и те же параметры описываются системой дифференциальных уравнений первого или второго порядка:    Соответственно, возникает необходимость изменения параметров моделирования в процессе проведения эксперимента. Постановка подобных исследований на существующем оборудовании в принципе возможна, если оператор, вручную будет изменять условия. Однако точность при этом будет невелика, даже при управлении только одним из параметров. Наибольшую же сложность, будет вызывать последующая корреляция изменения настроек установки и влияния этого изменения на измеряемый параметр. Поэтому, в задачи оборудования, для исследования нестационарных процессов, должна входить возможность динамического управления и контроля параметров проведения эксперимента, с точным отслеживанием моментов времени изменения условий. Подобная задача осуществима с помощью ЭВМ. Структурная схема предлагаемой установки представлена на рисунке 4. В ней предполагается возможность управления и контроля скорости вращения привода, нагрузки и температуры. Блок 1 – система управления температурой. Нагреватели располагаются по окружности внешнего кольца подшипника, в четырех точках. В восьми точках по окружности внешнего кольца расположены термодатчики. С их помощью можно измерять температуру внешнего кольца подшипника и по мере необходимости корректировать его нагрев. Еще один датчик контролирует температуру окружающей среды. Блок 2 – система управления скоростью вращения привода. Блок 6 – система регулировки нагрузки. Блок 7 – система измерения сопротивления смазочного слоя подшипника. Управление, контроль всех систем и предварительная обработка измерительной информации осуществляется микроконтроллером 3. За тем через преобразователь интерфейса 4 информация передается на ПК – 5. Блок 8 обеспечивает питание стенда. Разрабатываемый стенд позволит проводить эксперименты по измерению сопротивления зоны контакта, НИВ и СЧМ с одновременным контролем динамически изменяющихся параметров. Это обеспечит возможность исследования работы опоры качения в условиях нестационарности.  Рисунок 4 – Структурная схема установки Заключение. Основываясь на современных представлениях трибологии, можно утверждать, что наибольший износ подшипников, происходит именно в условиях нестационарности. Разработка оборудования, позволяющего исследовать поведение подшипника при резком изменении режима его работы, является важным аспектом данного направления развития науки. Поэтому, результаты, которые можно получить с помощью данной системы, возможно позволят усовершенствовать опоры качения для повышения их надежности и долговечности. Список использованной литературы
ил. ISBN 5-901095-01-4
Сведения об авторах Ковалев Александр Игоревич, студент Государственного университета УНПК, специальность «Приборостроение», Fenix1124@yandex.ru |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Разработка методов и средств тестового диагностирования и анализа... Работа выполнена в лаборатории технической диагностики Института автоматики и процессов управления дво ран | | Способы обнаружения аномальных значений при анализе нестационарных случайных процессов Специальность 05. 12. 04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения |
| Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка методов и средств... «Разработка методов и средств информационной поддержки образовательных процессов с применением перспективных технологий передачи... |  | Совершенствование технологических процессов и технических средств при заканчивании скважин Охватывают весь цикл работ от начала вскрытия продуктивного пласта бурением и до ввода скважины в эксплуатацию |
| Рабочая программа дисциплины «Основы технических средств таможенного контроля» Целями освоения дисциплины «Основы технических средств таможенного контроля» модуля «Таможенный контроль»являются формирование и... | | Реферат по физике: Производство электроэнергии на гидростанциях Для повышения производительности труда первостепенное значение имеет механизация и автоматизация производственных процессов, замена... |
| Программа дисциплины Математическое моделирование физических процессов... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки для... | | Программа дисциплины «Математические моделирование физических процессов... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки для... |
| Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Совершенствование... Цель проекта Разработка теоретических основ, методов и технических средств, обеспечивающих высокое качество термической обработки... | | Использование знаний о механизме следообразования при раскрытии преступлений Трассология является отраслью криминалистической техники и представляет собой систему научных положений, а также соответствующих... |
| Разработка универсального теста производительности для облачных вычислений Как показывают исследования, их использование может дать преимущество при выполнении конкретного сценария клиента. Однако тесты производительности... | | Развитие в республике медицинской и фармацевтической промышленности... Разработка методов государственного регулирования процессов рождаемости, смертности, брачности и разводимости |
| Международное движение новых технологий в переходных экономиках Он состоит из денежных средств, уплаченных или полученных за использование: патентов, лицензий, ноу-хау, торговых марок, моделей,... | | Информационно-техническое оснащение образовательного процесса перечень... Перечень компьютеров и прочих технических средств обучения, имеющихся в образовательном учреждении |
| Рабочая программа по курсу «Разработка и стандартизация программных... «Разработка и стандартизация программных средств и информационных технологий» для специальностей | | Методическая разработка урока по теме: «Лесные пожары» Цель освоения дисциплины «политическая социология» усвоение студентами основных категорий и понятий политической социологии как эмпирической... |
