| Методические указания по курсу «Основы технического творчества» |
 |
 |
| Добавил(а) Administrator |
| 09.02.11 20:06 |
|
Страница 10 из 13
Средства измерений при проверке технических решений 1. Общие сведения. При создании новых машин и изготовлении их образцов, а также при улучшении конструкций существующих устройств наряду с теоретическими обоснованиями и расчетами, большое значение имеет экспериментальная проверка работы машин и их рабочих органов в лабораторных и производственных условиях. Всякий научно-поставленный опыт сопровождается измерениями. Физические явления, на которых основываются измерения, называются принципами измерения. При проведении экспериментов измерения проводятся с помощью специально сконструированных приборов и аппаратуры, а регистрация изменения каких-либо механических параметров выполняется в зависимости от времени, перемещения или скорости. Средства измерений – это совокупность технических средств, имеющих нормированные погрешности, которые дают необходимую информацию для эксперимента. К средствам измерений относятся измерительный инструмент, измерительные приборы и установки. Измерительные средства бывают образцовые и технические. Образцовые средства являются эталонами. Они предназначены для проверки технических (рабочих) средств. Образцовые средства должны иметь большую стабильность и надежность в воспроизведении. Измерительным прибором называется средство измерения, предназначенное для получения определенной информации об изучаемой величине в удобной для экспериментатора форме. Эти приборы состоят из двух основных узлов: воспринимающего сигнал и преобразующего в показание. По способу отсчета значения измеряемой величины приборы делят на показывающие и регистрирующие. Регистрирующие приборы бывают самопишущими и печатными. Измерительная установка (стенд) представляет собой систему, состоящую из основных и вспомогательных средств измерений, предназначенных для измерения одной сложной или нескольких величин. Установки включают в себя различные приборы и преобразователи. Преобразователи предназначены для одно или многоступенчатого преобразования сигнала до такого уровня, чтобы можно было зафиксировать измерительным механизмом. Преобразователи, которые увеличивают в несколько раз на выходе величину без изменения его физической сущности, называются масштабными преобразователями. Стабильность или воспроизводимость прибора – это свойство отсчетного устройства обеспечивать постоянство показаний одной и той же величины. Проверка средств измерений предусматривает определение и по возможности уменьшение погрешностей приборов. Под регулировкой прибора понимаются операции, направленные на снижение систематических ошибок до величины, меньшей допустимой погрешности. Под градуировкой прибора понимается нанесение меток на шкалу отсчитывающего устройства, по заранее известной измеренной величине. Выходные устройства разделяются на индикаторные, показания которых списываются вручную для дальнейшей обработки, и регистрирующие, показания которых регистрируются (записываются) на бумажный, магнитный или другой носитель. Показания можно также регистрировать с помощью компьютера. 2.Лабораторные установки и оборудование. Для проведения экспериментальных исследований, в соответствии с методикой, создаются специальные лабораторные установки, и подбирается соответствующее оборудование. Так исследования рабочих органов почвообрабатывающих машин в лабораторных условиях проводятся в почвенном канале. Почвенный канал представляет собой железобетонную емкость прямоугольного сечения, заполненную разрыхленной и уплотненной почвой. По верхней плоскости бетонных стенок канала проложены рельсы, по которым движется рабочая тележка под действием тягового усилия лебедки с электроприводом, коробкой передач и муфтой сцепления. Тележка соединена в передней части с приводным тросом посредством гидравлического датчика, который преобразует измеряемое тяговое усилие в жидкостное давление и передает размещенному на площадке тележки гидравлическому измерительному прибору, фиксирующему усилие при помощи стрелки пишущего аппарата. При помощи вертикальных направляющих и двух винтовых механизмов на тележке смонтирована подвижная рама, позволяющая изменять глубину хода деформаторов и рабочих органов. На подвижной раме, посредством поперечных и продольных балок, имеющих отверстия и прорези, крепятся рабочие органы. При разрыхлении почвы в канале, на раме тележки устанавливаются рыхлители. Для прикатывания почвы в задней части тележки крепится каток. Тележка имеет систему водяного увлажнения почвы, которая необходима при проведении исследований с определенной влажностью почвы и уплотнения ее до определенной плотности. Модель рабочего органа вместе с рамой и системой датчиков образует лабораторную установку, монтируемую на рабочую тележку. Показания датчиков записываются измерительными регистрирующими приборами, закрепленными непосредственно на лабораторной установке, на тележке или вне установки. Крепление лабораторной установки к тележке предусматривает возможность ее перестановки, как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях для проведения параллельных проходов модели по ширине почвенного канала. Для исследования процесса деформации почвы рабочими органами используется малый почвенный канал, который устанавливается на тележке большого канала. Малый канал выполняется в виде ящика, размером 2,0 х 0,5 х 0,5 м и имеет прозрачную откидную стенку и боковины. Прозрачная стенка изготовляется из плексигласа толщиной 0,10 – 0,15 м. Для проведения исследований канал наполняется почвой или песком. На боковой поверхности почвы (или песка) при открытой прозрачной боковине меловым порошком через трафарет наносятся вертикальные и горизонтальные линии шириной 2 – 3 мм через каждые 0,05 м. Покрывается тонким слоем трансформаторного масла открытая внутренняя сторона плексигласа, после чего боковина плотно закрывается. Открывается причелочная сторона малого канала и подводится к модели рабочего органа, жестко закрепленного посредством стойки на перекладине. Модель рабочего органа боковой поверхностью вплотную подводится к прозрачной стенке канала и закрепляется. Устанавливается необходимая глубина обработки. Включается осветительная аппаратура и устанавливается видеокамера (кинокамера), подготовленная к съемке. На приводной станции большого почвенного канала устанавливается необходимая скорость движения тележки. После подготовки опыта включается привод тележки и скоростной кинокамерой на кинопленку снимается процесс деформации почвы или песка. Характер протекания процесса деформации почвы или песка устанавливается дешифровкой кинопленки с получением кинограмм. Для скоростной киносъемки используются скоростные кинокамеры СКС-1М и СКС-2М с частотой кадров до 4000 кадров-с и отметчиком времени с частотой 50 Гц. Напряжение питания до 24 В. При исследованиях может пользоваться фотографирование, съемка цифровой камерой и видеосъемка с применением выпускаемой промышленностью фото- и видеоаппаратуры. 3. Пружинные самопишущие приборы и гидравлические динамографы Действие пружинных приборов при измерении сил основано на использовании упругих свойств пружин, которые являются чувствительными элементами этих приборов. Измеряемая сила, приложенная к пружине, вызывает ее упругую деформацию. Деформация пружины, соответствующая измеряемой силе, передается обычно при помощи механических передач регистрирующему самопишущему устройству. В зависимости от типа устройства и передаточного числа этих передач деформация пружины может быть записана с увеличением или без увеличения. Увеличение небольших перемещений силоизмерительной пружины при помощи механической передачи позволяет увеличить точность записи. Такие приборы называются пружинными динамометрами с записывающими устройствами или пружинными динамографами. Силоизмерительным элементом динамографа В.П. Горячкина служит винтовая пружина, работающая на сжатие. Сила действует на пружину через серьгу, прикрепленную к раме прибора, шток и подвижную опорную шайбу. Деформация пружины под действием силы отмечается карандашом, связанным с подвижной шайбой, на движущейся бумажной ленте, которая протягивается с постоянной скоростью между двумя барабанами. Неподвижный карандаш чертит на бумаге нулевую линию, параллельную краю бумаги и соответствующую положению карандаша при нулевой деформации пружины. По полученной динамограмме сила в каждый момент движения может быть определена как ордината динамограммы (считая от нулевой линии) в точке, соответствующей рассматриваемому моменту движения. Масштаб устанавливается при тарировке динамографа. Погрешность показаний до 3% из-за трения в направляющих и действия поперечных сил от искривления пружины при сжатии. Используя гидравлическое звено динамографа, и преобразователь показания можно выводить на монитор персонального компьютера. Для измерения вращающих моментов используются приборы, действие которых также основано на использовании упругих свойств пружин, но расположенных таким образом, что сила их сжатия или растяжения зависит от угла поворота одной части прибора по отношению к другой. Этот угол поворота пропорционален вращающему моменту. Его изменение регистрируется пишущей иглой на движущейся ленте, на которой получается диаграмма вращающего момента. Такие приборы называются пишущими пружинными ротационными динамометрами или пружинными ротационными динамографами. Пружинные динамографы и ротационные пружинные динамографы, как и все пружинные приборы, обладают большой инерционностью. Пружины подвержены упругому последействию, гистерезису, их упругие свойства зависят от длительности эксплуатации. При измерении и записи усилий и вращающих моментов, имеющих высокую динамичность, эти приборы не обеспечивают достаточного быстродействия и точной записи процесса изменения измеряемой величины. В гидравлических динамометрах с регистрирующими устройствами применяются гидравлические датчики, которые преобразуют измеряемую силу в жидкостное давление. Давление жидкости передается гидравлическому измерительному прибору, который фиксирует его при помощи стрелки пишущего аппарата. Для измерения тягового усилия сельскохозяйственных орудий используется гидравлический динамограф, который состоит из датчика, непосредственно воспринимающего тяговую нагрузку, и отдельно расположенного регистрирующего устройства. Гидравлический датчик состоит (рис. 1) из цилиндра 1 с поршнем 2, причем шток поршня пропущен сквозь дно цилиндра и прочно связан со скобой. С другой стороны цилиндр прикрыт крышкой со скобой. Небольшая пружина связывает поршень 2 с неподвижной крышкой и служит для разгрузки поршня от силы трения при обратном его ходе, когда имеет место разгрузка тягового звена от растягивающего усилия. Объем кольцевого пространства в цилиндре 1, ограниченный днищем поршня, заполняется жидкостью (обычно касторовым маслом). Эта полость при помощи шланга 3 соединена с полостью другого цилиндра 4, в котором помещен плунжер 5, подвешенный на пружине 6. Эта пружина позволяет измерить давление, возникающее под первым поршнем 2, под действием усилия Р. Измерение осуществляется регистрированием деформации (вытяжки) пружины 6 на бумажной ленте, закрепленной на барабане 8. Барабан 8 регистрирующего устройства, вращаемый при помощи винтовой передачи, принимает на себя бумажную ленту, которая подается с катушки и натягивается другим барабаном. Рычаг 7, поворотный около неподвижной оси и принадлежащий механизму для регистрации вытяжки пружины 6, несет на себе карандаш, записывающий на бумажной ленте кривую, в некотором масштабе представляющую изменение тяговых усилий. При помощи гаек подвижный карандаш можно подвести к нулевой линии, отмечаемой на той же ленте неподвижным карандашом. Для ориентировочных расчетов можно пользоваться готовым масштабом со шкалой усилий 10. С этой целью рычаг 7 сделан с удлиненным концом в форме стрелки 9 и служит указателем, отмечающим на шкале 10 соответствующее усилие. В тяговом динамографе поршневого типа (рис. 1) измеряемая сила Р при помощи цилиндра 1 и поршня 2 создает давление в жидкости, которое передается по шлангу 3 в цилиндр 4 регистрирующего прибора. Плунжер 5 под давлением жидкости растягивает измерительную пружину 6, деформация которой, пропорциональна силе, увеличивается рычагом 7, записывается в виде динамограммы на ленте барабана 8 и фиксируется стрелкой 9 по шкале 10. Погрешность тяговых гидравлических динамографов составляет 1,0-1,2%. Гидравлические самопишущие приборы имеют ряд преимуществ по сравнению с пружинными: регистрирующие приборы могут быть установлены в кабине энергетического средства и связаны гибкими шлангами с силовой частью прибора; можно изменять диапазон измерения путем смены измерительной пружины; можно применять демпфирование при неравномерной нагрузке. Однако гидравлические приборы также обладают инерционностью. Поэтому для измерения и записи процессов, характеризуемых высокой динамичностью, применяются безинерционные электроизмерительные приборы. 4. Тензометрические методы измерений. Тензометрирование сельскохозяйственных машин, механизмов и технологического оборудования применяется для оценки напряженно-деформированного состояния элементов, деталей и узлов при эксплуатационных режимах работы. Методы тензометрии основаны на изучении и измерении деформаций, что в большинстве случаев дает возможность оценить напряженное состояние. Название тензорезисторов произошло от латинского слова tenso – растягиваю. Действие тензорезисторов основано на принципе изменения сопротивления металлов и полупроводников под действием деформаций. 4.1.Преобразование механических величин в электрические. Структурная схема большинства электрических приборов для измерения механических величин включает преобразователь, усилитель и измерительное устройство, соединенные с источником питания. Преобразователь служит для восприятия измеряемой входной величины (силы, давления и др.) и преобразования ее в сигнал, удобный для последующей обработки (передачи ее на расстояние по проводам, усиления, измерения или регистрации). Усилитель, а также источник питания не являются необходимой частью измерительного устройства. Эти устройства могут отсутствовать, например, при измерении скорости с помощью тахогенератора и чувствительного гальванометра. Неэлектрические величины, преобразованные в электрические (напряжение, силу тока), измеряются показывающими стрелочными и цифровыми приборами, осциллографами и магнитографами. Измерительное устройство может быть оборудовано как регистрирующими, так и показывающими приборами. Один из основных элементов измерительного устройства – преобразователь механической величины в электрическую. По принципу действия преобразователи делятся на две основные группы: активные, или генераторные, и пассивные, или параметрические. В активных преобразователях измеряемая величина непосредственно преобразуется в электрический сигнал (пьезоэлектрические и индукционные преобразователи). В пассивных преобразователях измеряемая величина оценивается изменением сопротивлений, емкостей, частоты. Наиболее часто применяется промежуточное преобразование, где измеряемая величина сначала преобразуется в деформацию упругого элемента, а последняя приводит к изменению электрического сопротивления. Для измерения одной и той же величины могут быть использованы датчики, основанные на различных принципах преобразования. При исследовании сельскохозяйственных машин преимущественно используются в качестве преобразователей тензорезисторы. Они имеют ряд преимуществ: малые размеры, возможность измерения статических и динамических деформаций, быстро протекающих процессов, возможность питания постоянным током. |
| Последнее обновление 09.02.11 20:52 |
