Разработка и применение мобильного измерительного устройства для исследования динамических процессов в деревообрабатывающем оборудовании the development and application of the mobile measuring device for research of dynamic processes in woodworking the

В связи с переменными действующими нагрузками (силами резания) на механизм резания, а так же с колебательными процессами элементов механизма резания определить расчетом силовые и кинематические параметры невозможно.

Это обстоятельство потребовало проведения экспериментальных исследований.

Одним из важных кинематических параметров является ускорение элементов механизма резания.

В технической литературе описано много способов определения ускорения деталей механизмов оборудования. Например, акселерометры, действие которых основано на регистрации деформации металлической пластинки под действием сил инерции. Такие акселерометры имеют массу от 0,5 до 1 кг и требуют проводного подключения к регистрирующей аппаратуре. Это создает трудности при их установке и использовании. Исследовать некоторые движущиеся и вращающиеся элементы такими акселерометрами не представляется возможным.

Промышленных образцов легких и малогабаритных акселерометров обнаружено не было.

Разработка, изготовление и использование акселерометра со следующими параметрами:

• Диапазон регистрируемых ускорений до 150 м/с² ;

• Габариты до (ДхШхВ) 150х100х30 мм;

• Одновременная двухканальная запись измерений;

• Частота измерений 1000 Гц;

• Сохранение данных на карту памяти в текстовом формате.

Компоненты, использованные при изготовлении акселерометра:

• Акселерометр 2х осевой ADXL321;

• Микроконтроллер 16-ти разрядный dsPIC30F3012;

• Карта памяти типа multimedia card.

Рисунок 1– Внешний вид 2х-канального акселерометра ADXL321 и общее описание

Рисунок 2 – Принцип действия акселерометра ADXL321

Рисунок 3 – Микроконтроллер dsPIC3012, использованный для аналогового - цифрового преобразования измеряемого сигнала и записи его на ММС карту

Рисунок 4 – Внешний вид карты памяти Multimedia Card 256 MB

Рисунок 5 –Печатная плата и корпус акселерометра

Рисунок 6 – Внешний вид акселерометра

Акселерометр работает следующим образом: После включения устройства оно выполняет инициирование карты памяти и при отрицательном результате сигнализирует вспышками светодиода об отсутствии готовности. При успешной инициализации оно входит в состояния ожидания, время которого обусловлено необходимостью удаления исследователя на безопасное расстояние от объекта. Время задержки выбрано 60 с. Затем устройство входит в состояние регистрации и записи измерений на карту памяти. Эти процессы происходят последовательно.

Устройство регистрирует 256 значений с преобразователя ускорений. Значение каждого измерения занимает 2 байта информационного пространства. Затем устройство записывает 512 байт информации на карту памяти. Процесс циклически повторяется, пока не будет записано необходимое количество значений. После чего устройство входит в состояние ожидания.

Поскольку процесс записи проходит в промежутках между измерениями необходимо было удостоверится, что регистрация следующих 512 байт будет происходить без задержки. Для чего устройство было запущено с частотой измерений 2000 Гц и при каждом измерении формировало импульс.

Рисунок 7 – Временная осциллограмма, подтверждающая что акселерометр успевает непрерывно получать и сохранять данные на скорости 2000Гц. По графику видно, что скорость выборки 20 изм./10мс, что равно 2 изм. за 1 мс или 2000 изм. в секунду.

Рисунок 8 – Полученные данные хранятся в виде текстовых файлов «ACCELER»

Рисунок 9 – Листинг программы для среды MATLAB для обработки файлов с данными, полученными при помощи акселерометра

Использование акселерометра производилось на лесопильных рамах ЛРВ1 и ЛРВ2

Рисунок 10 – (слева на право) Лесопильная рама ЛРВ 1 и

закрепленный акселерометр

На ЛРВ-1 измерялось ускорение пильной рамки

Рисунок 11 – Разгон пильной рамки ЛРВ-1

Рисунок 12 – Типичная осциллограмма ускорений пильной рамки ЛРВ-1

Использование акселерометра на лесопильной раме ЛРВ2

Рисунок 13 – Круглый лесоматериал и лесопильная рама ЛРВ – 2, распиливающая двукантный брус

Пиление двукантного бруса Н=150 мм

Рисунок 14 – Распиливаемый двукантный брус и установленный акселерометр на синхронизирующем валу механизма резания ЛРВ - 2

Полученные данные с акселерометра

Рисунок 15 – Ускорения синхронизирующего вала ЛРВ-2, пиление

двукантного бруса Н = 150 мм, шестью пилами Вл=3,4 мм

• Диапазон регистрируемых ускорений до +/- 176 м/с² (18 G) ;

• Габариты до (ДхШхВ) 114х75х22 мм;

• Одновременная двухканальная запись измерений;

• Частота измерений 1000 Гц;

• Сохранение данных на карту памяти в текстовом формате.

1. 
   Дъяконов В.П. Matlab 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6. Основы применения [Текст]: Серия «Библиотека профессионала».- М.: СОЛОН-Пресс, 2005. – 800 с.: ил.
   
2. 
   Батоврин В.К., Бессонов А.С., Мошкин В.В., Папуловский В.Ф. LabVIEW: практикум по основам измерительных технологий [Текст]: учеб. пособие для вузов. М.: ДМК Пресс, 2005.-208 с.: ил.
   
3. 
   dsPIC30F2011/2012/3012/3013 Data Sheet (5/30/2008) dsPIC30F Sensor Family 16-bit Digi­tal Signal Controller [Электронный ресурс]. // – Загл. с экрана. Режим доступа свободный URL: http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en010342 (дата обращения: 8.09.2009).
   
4. 
   ADXL321:  Small and Thin ±18 g Accelerometer [Электронный ресурс]. // – Загл. с экрана. Режим доступа свободный URL: http://www.analog.com/en/sensors/inertial-sensors/adxl321/products/product.html (дата обращения: 8.09.2009).