SUKIMO MOMENTO MATAVIMAS

Tiriant ir vadovaujant darbui įvairių įrenginių ir agregatų (varikliai, siurbliai, kompresoriai, generatoriai ir kt.) dažnai reikia išmatuoti sukimo momentą ant įrenginio veleno.

Variklio veleno sukimo momentą galima apytiksliai išmatuoti įprastu vatmetru, tuo pat metu matuojant sukimosi greitį. Sukimo momentą vienareikšmiškai lemia galia ir greitis iš žinomų priklausomybių. Tačiau čia reikia turėti omenyje, kad matuodami galią lemiančią srovę ir įtampą, nustatome ne tikrąją variklio veleno galią, o jos elektros energija, kuris gali būti paverstas mechaniniu tik tada, kai pakankamai tiksliai žinoma elektros variklio elektromechaninė charakteristika. Tai ne visada įmanoma, todėl šis matavimo metodas naudojamas tik tada, kai perduodamas (arba varomo objekto sunaudojamas) sukimo momentas nėra tyrimo objektas.

Tuo atveju, kai sukimo momentą reikia išmatuoti pakankamai tiksliai, dažniausiai naudojami du metodai: matavimas vadinamosiomis variklio svarstyklėmis ir matavimas su sukimo momento deformacijos matuokliais.

Motorinės svarstyklės – tai ant ašies pritvirtinta platforma, ant kurios sumontuotas bandomasis objektas (17.1 pav.).

Naudojant atsvarus (17.1 pav a ) praktiškai neįmanoma išmatuoti kintamo sukimo momento ir tiksliai parinkti apkrovų svorį 4, nes šio varianto platforma yra nestabili ir neįvykdo sąlygos F∙R = M CR gali sukelti jo svyravimus.

Naudojant apkrovos elementus 6 (17.1 pav b ) nėra nestabilumo problemos, o montuojant jutiklius 6 iš abiejų pusių su Δ ~ 0 prietaisas gali išmatuoti sukimo momentą, kuris keičia ne tik dydį, bet ir kryptį.

Pramonėje taip pat gaminami fiksuoto sukimo momento apkrovos elementai, kuriuos galima naudoti įrenginiuose, primenančiuose variklio svarstykles (17.2 pav.).

Šioje konstrukcijoje apkrovos elementas 9 gali matuoti sukimo momento kintamąjį dydį ir kryptį. Elektros variklio 7 ašis maksimaliai tiksliai sutampa su guolio 6 ir jutiklio 9 ašimi.

Taip pat yra besisukančių sukimo momento apkrovos elementų, kurių taikymui reikia naudoti srovės kolektorius.

Tiek stacionariuose, tiek besisukančiuose deformometruose dažniausiai matavimas atliekamas tempimo matuokliais, priklijuotais prie elastinio veleno jo „sukimosi“ kryptimi veikiant sukimo momentui. Paprastai modernus pramoniniai jutikliai turi antrinius prietaisus, sukalibruotus sukimo momento vienetais (N∙m) ir turi skaitmeninę išvestį kompiuteryje.

Laboratorinėmis sąlygomis, kai dėl tam tikrų objektyvių priežasčių neįmanoma naudoti paruoštų sukimo momento deformacijų matuoklių, galite naudoti paprastą jutiklį, kurio schema parodyta fig. 17.3.

Sukimo momentas sukuria jėgą ant matavimo pluošto 3, dėl kurio pasikeičia pagrindinio priklijuoto matavimo įtempio matuoklio atsparumas. šoninis paviršius sijos. Kompensacinis deformacijos matuoklis yra priklijuotas viršuje ir nėra tempiamas ar suspaudžiamas, kai sija sulenkta.

Kaip siją 4 su įtempimo matuokliais 5, taip pat galite naudoti paruoštą sijos tipo deformacijos matuoklį.

Signalas iš įtempimo matuoklių (arba iš pramoninio įtempio matuoklio) tiekiamas į srovės kolektoriaus 7 žiedinius laidus, o tada, naudojant grafitinius šepečius, perduodamas į antrinį įrenginį (įtempimo stotį), po kurio išvedamas į indikatoriaus įtaisu arba per ADC į kompiuterį.

Pageidautina naudoti paruoštą sijos tipo apkrovos elementą, nes nereikia kalibruoti. Be to, daugelyje serijinių deformacijų matuoklių vienu metu yra stiprintuvas ir ADC, su kuriuo jo signalas gali būti tiesiogiai siunčiamas į kompiuterį.

Matuojant besisukančių objektų parametrus, labai dažnai reikia fiksuoti sukimosi greitį (dvigubo takto dažnį), taip pat tam tikras objekto veleno padėtis, pavyzdžiui, stūmoklinių staklių viršutinis arba apatinis negyvasis taškas, kraštutinės padėties. hidraulinių ar pneumatinių cilindrų ir kt. Tam dažniausiai naudojamos optoelektroninės poros, magnetiniu būdu valdomi hermetiški kontaktai (nendriniai jungikliai) ir indukciniai jutikliai.

Taikymo atvejais optoelektroninė pora greičiui ar veleno padėčiai valdyti ant prietaiso besisukančio veleno uždedamas diskas su siaura anga ir vienoje disko pusėje toje pačioje linijoje įtaisomas šviesos šaltinis, o ant jo – imtuvas (fotorezistorius arba fotodiodas). kitos pusės, kurios yra įtrauktos į atitinkamas matavimo grandines. Kai praeina pro plyšį tarp šviesos šaltinio ir imtuvo elektriniai parametrai pastarieji pakeičiami, atsiranda signalas, kurį fiksuoja matavimo įranga. Norint nustatyti greitį, tokie signalai skaičiuojami per laiko vienetą arba nustatomas laiko intervalas tarp gretimų signalų. Siauro plyšio šviesos praėjimas parenkamas per kelias dešimtąsias milimetro ir priklauso nuo šviesos šaltinio ryškumo, imtuvo jautrumo, sukimosi dažnio ir optoelektroninės poros atstumo nuo sukimosi ašies. Kuo didesnis šis atstumas, tuo didesnis tarpas gali būti. Tokio įrenginio veikimo dažnis yra šimtai Hz.

nendriniai jungikliai labai paprastas dizainas ir patikimas veikimas. Jie yra du elastingi laidininkai su magnetines savybes dedama į bendrą stiklinę (ar bet kurią kitą dielektrinę) kapsulę (17.4 pav.)

Pritaikius prie nendrinio jungiklio magnetinis laukas jo kontaktai prisitraukia vienas prie kito ir nendrinis jungiklis pradeda praeiti elektros. Nendriniai jungikliai yra gana miniatiūriniai įrenginiai, kapsulės skersmuo gali būti mažesnis nei 2 mm, o ilgis - 5-6 mm. Jų veikimo dažnis gali būti šimtai Hz.

Dažniausiai jie kontroliuoja nendrinio jungiklio veikimą nuolatinis magnetas, kuris pritvirtintas prie kilnojamos įrenginio dalies, kurios padėtį norima fiksuoti. Kai magnetas artėja prie nendrinio jungiklio, jo kontaktai užsidaro. Ant pav. 17.5. duota paprasčiausia grandinė nendrinio jungiklio veikimo valdymas.

Nendrinių jungiklių trūkumas yra tai, kad neįmanoma dirbti su didelėmis srovėmis, tačiau tokiu atveju, naudodami jį kaip jutiklį, galite apsiriboti tik dešimčių miliamperų srove. Kitas trūkumas yra ribotas skaičius operacijos iki kontaktų sunaikinimo. Tai yra apie 10 8 - 10 10 ar daugiau kartų.

Paprasčiausias indukcinis jutiklis yra induktorius, suvyniotas ant plieninės šerdies, pagamintos iš magnetiškai minkšto (lengvai pakartotinai įmagnetinamo) plieno. Kai jutiklis ritėje patenka į kintamąjį (kintantį) magnetinį lauką, EML indukcija, kuris yra jutiklio išvesties signalas. Tokio jutiklio įjungimo grandinė yra panaši į nendrinio jungiklio įjungimo grandinę (17.6 pav.).

Kaip optoelektroninis jutiklis, šį įrenginį neturi judančių dalių ir nenusidėvi eksploatacijos metu. Pagrindinis tokių jutiklių trūkumas yra didelė signalo lygio priklausomybė nuo magnetinio lauko kitimo greičio, todėl juo negalima valdyti lėtai judančių (taip pat ir besisukančių) objektų.

1. Tensometrinio matavimo technologija

Istorinė sukimo momento matavimo technologijos raida prasideda 1678 m. Šiais metais aprašė anglų mokslininkas Robertas Hukas proporcinga priklausomybė tarp medžiagos deformacijos ir medžiagos įtempimo pagal gerai žinomą Huko dėsnį.

1833 m. buvo tolesnis plėtros etapas. Tada anglų mokslininkas Hunteris Christie aprašė tilto grandinę, su kuria galima išmatuoti menkiausius įtampos pokyčius. Nepaisant to, kad schema vėliau buvo pavadinta antrojo išradėjo Charleso Wheatstone'o vardu, tikroji šlovė vis dar priklauso Hunteriui Christie.

Vitstono tilto grandinė

Williamas Thomsonas, vėliau tapęs lordu Kelvinu (jo vardu pavadinta temperatūros skalė), 1856 metais atrado ryšį tarp laidininko tempimo ir jo elektrinės varžos.

Po to eksperimentai su laidininkais buvo atliekami ne kartą. Pavyzdžiui, Nernstas eksperimentavo su jais 1937 m., siekdamas išmatuoti slėgį vidaus degimo variklyje. Tačiau pirmojo laisvai klijuoto deformatoriaus modelio teko laukti iki 1938 m. Tada profesorius Ruge sukūrė pirmąjį deformacijos matuoklį. Jau po trejų metų pasirodė pirmieji pramoniniu būdu pagaminti vielos įtempimo matuokliai, kurie buvo labai greitai rasti. praktinis naudojimas. Tikras proveržis pramoninės gamybos įtempio matuokliams buvo 1952 metais rinkoje pasirodę plėveliniai deformacijų matuokliai. Jie buvo išgraviruoti ant plėvelės, padengtos laidžia medžiaga. Tenzorometrai taip gaminami ir šiandien. Tais pačiais metais sukimo momento matavimams buvo pasiūlyti plėvelės deformacijų matuokliai. Tokiu būdu buvo pagaminti pirmieji nesisukantys sukimo momento apkrovos elementai. Šie jutikliai padėjo išspręsti daug problemų kuriant ir bandant matuojant reakcijos sukimo momentą. Tačiau svarbesnis ir dažnesnis sukimo momento jutiklių pritaikymas yra matavimai ant besisukančio veleno. Čia plėtra tęsėsi dar keletą metų, kad rinkai būtų pateikti paruošti naudoti deformaciniai sukimo momento keitikliai.

2. Pirmieji sukimo momento jutikliai

Kai velenas apkraunamas ašiniu sukimo momentu, jis pasisuka kampu, proporcingu sukimo momentui. Šį kampą galima išmatuoti kampo matavimo sistema. Sukamieji sukimo momento keitikliai su šiuo principu veikiančia indukcine matavimo sistema rinkoje yra nuo 1945 m. Jutikliui maitinti buvo naudojami kelių šimtų kHz nešiklio dažniai. Taigi buvo galima sumažinti sistemos induktorių matmenis. Kintamo matavimo signalo amplitudė buvo proporcinga sukimo momento jutiklio matavimo veleno posūkio kampui ir turėjo tokį patį dažnį kaip maitinimo įtampa.

Ant besisukančio veleno esančiai matavimo sistemai maitinti ir amplitudės moduliuojamam matavimo signalui perduoti buvo naudojami sukamojo transformatoriaus principu sukurti transliatoriai. Viena transformatoriaus apvija yra pritvirtinta prie statoriaus, antroji yra koncentriškai pirmajai ant rotoriaus. Perduodant amplitudės moduliuotą matavimo signalą per pagal tokią schemą sukonstruotą transliatorių, perdavimo koeficientas įtraukiamas tiesiai į matavimo signalą. Dėl ašinių ir radialinių nesutapimų, ekscentrinio sukimosi, medžiagos magnetinių savybių pokyčių ir magnetinio nuotėkio gali atsirasti matavimo klaidų.

Pirmą kartą ant besisukančio veleno priklijuoto deformacinio tiltelio matavimo signalas slydimo žiedais buvo perduotas 1952 m.
Maitinimo ir išėjimo įtampos perdavimas per slydimo žiedus reikalauja tam tikros priežiūros. Slydimo žiedai turi būti izoliuoti nuo veleno ir vienas nuo kito. Net menkiausios izoliacijos klaidos gali sukelti didelių matavimo klaidų. Slydimo kontakto spaudimo jėga turi būti parinkta taip, kad, viena vertus, kontakto varža būtų kuo mažesnė, kontakto patikimumas nuo nutrūkimo dėl smūgių ir slydimo žiedų ekscentriškumas būtų pakankamai didelis, ir, kita vertus, negalima leisti pernelyg įkaisti ir susidėvėti kontaktų poros. Be medžiagos pasirinkimo, lemiamą vaidmenį atlieka kruopštus paviršiaus apdorojimas.
Ypatingi sunkumai kyla, kai dideliu greičiu sukimasis. Kai kuriuose keitikliuose yra šepečių keltuvai, kurie nuleidžiami tik matavimams. Šios technologijos trūkumas yra tas, kad slydimo žiedai ir angliniai šepetėliai laikui bėgant susidėvi ir juos reikia pakeisti.

Norėdami sukurti jutiklį su stabiliu ir nereikalingu Priežiūra signalo perdavimo, sukurta technologija, užtikrinanti bekontaktį matavimo signalo perdavimą iš tenometro tiltelio. Tiekiant tiltą kintamąja įtampa, jo išėjimas yra amplitudės moduliuota kintamoji įtampa, proporcinga sukimo momentui. Tiek kintamoji įtampa, kurios reikia įtempimo matuoklio tilteliui maitinti, tiek matavimo signalas gali būti perduodami transformatoriaus pavara.
Po to pergalinga besisukančių sukimo momento jutiklių, pagrįstų deformacijų matuokliais, procesija nebebuvo galima sustabdyti.
Dėl nuolat mažėjančių elektronikos dydžių 1972 metais atsirado galimybė ant besisukančio veleno pastatyti matavimo stiprintuvą, kuris maitino deformacijos matuoklio tiltelį ir paruošė matavimo signalą. Vienas transformatorinis keitiklis tarnavo jutikliui maitinti, kitas – dažnio moduliuotam matavimo signalo perdavimui.

Tuo tarpu deformacijų matuoklių technologija buvo tobulinama. Šiandien sukimo momento jutikliai gaminami su abiem temperatūros kompensacija, ir su signalo dreifo kompensavimu. Didelis deformacijos matuoklio technologijos pranašumas yra tas, kad trukdžių kompensavimas galimas tiesiai matavimo taške. Naudojamų medžiagų tamprumo modulio priklausomybė nuo temperatūros yra, pavyzdžiui, apie 3% plieno 100 K temperatūros pokyčio. Kadangi ši trukdžių vertė tiesiogiai patenka į jutiklio jautrumo koeficientą, ji turi būti atitinkamai kompensuota.
Jutikliams su kampo matavimo sistema, jei atliekama kompensacija, ji atliekama stiprintuve. Taigi čia reikia atsižvelgti į temperatūros įtaką. Kampo jutikliai turi dar vieną problemą, nes norint išmatuoti sukimo momentą reikia palyginti didelio posūkio kampo. Dėl to atsiranda minkštos sukimo konstrukcijos, leidžiančios tik lėtus matavimo procesus.
Vis mažesnis elektronikos dydis ir atitinkamai tobulėjantis matavimo signalo perdavimas lėmė pasikeitimą sukimo momento jutiklių rinkoje, nes dabar jie tiekiami su integruotais stiprintuvais.

3. Šiuolaikiniai sukimo momento jutikliai

Pirmieji sukimo momento jutikliai, kaip taisyklė, turėjo analoginį išvesties signalą. Naudojant tokias sąsajas, neįmanoma atmesti trikdžių, kylančių iš gretimų maitinimo blokų ir diskų, ypač su ilgomis jungtimis ir aukšta dinamika. Dėl to anksčiau jutiklio signalo lygis buvo padidintas. Visuotinai priimtini signalo lygiai yra ± 5 V ir ± 10 V. Tačiau daugeliu atvejų atsparumas triukšmui nėra pakankamai geras. Šios problemos sprendimas slypi skaitmeninių jutiklių elektronikoje. Jo pagrindo schema mechaninis dizainas parodyta toliau pateiktame paveikslėlyje.

Ant veleno yra susiaurinta skersmens vieta, kur klijuojamas tenzometrinis tiltelis. Ant veleno taip pat yra besisukanti transformatoriaus transliatoriaus dalis ir besisukanti elektronika. Korpuse yra stacionari vertėjo dalis ir likusi elektronikos dalis. Norėdami prijungti jutiklį, korpuse yra kištukas.
Statoriuje ir rotoriuje integruotoje elektronikoje yra mikroprocesorius su susijusia atmintimi. Matavimo signalas ant rotoriaus generuojamas deformacijų matuokliais, iš karto sustiprinamas ir skaitmenizuojamas. Skaitmeninis signalas patenka į procesorių, kuris paruošia jį perduoti į statorių nuoseklaus signalo su kontroline suma forma. Statoriuje duomenų signalas paruošiamas ir galiausiai generuojamas procesoriuje RS 485 nuosekliajai sąsajai.
Dėl procesorių naudojimo duomenys, tokie kaip serijos numeris, kalibravimo vertės, matavimo diapazonas, kalibravimo data ir kiti, gali būti saugomi tiek ant rotoriaus, tiek ant statoriaus ir, jei reikia, gali būti nuskaityti.
Jutiklis maitinamas iš procesoriaus valdomo šaltinio, kuris gali prijungti kalibravimo valdiklį, kad patikrintų jutiklį. Skaitmeninant matavimo signalą tiesiogiai gavimo ir saugojimo vietoje, taip pat nuskaitant jutiklio duomenis, užtikrinamas labai aukštas matavimo prietaiso veikimo patikimumas.

Skaitmeninio matavimo signalo perdavimo su integruotais mikroprocesoriais blokinė schema:

4. Sukimo momento jutiklių pritaikymas šiandien

Kai kurios mokslo ir technologijų šakos šiandien nebeįsivaizduojamos be sukimo momento jutiklių. Žemiau yra tik keletas jų programų:

Kaip matyti iš lentelės, sukimo momento jutikliai naudojami daugelyje sričių nuo švietimo, gaminių kūrimo, gamybos, kokybės kontrolės iki stebėjimo. gatavų gaminių. Netgi Žemdirbystė sukimo momento jutiklius rasite mašinų parke. Siekiant įrodyti matavimo priemonių atsekamumą, etaloniniai sukimo momento keitikliai vis dažniau naudojami gamybos įrangai patikrinti jų naudojimo vietoje.

4.1 Taikymo sritis – Variklio bandymo stendas

Norėdami patikrinti variklius ir Rankiniai įrankiai su pavara reikalingas sukimo momento jutiklis ir apkrovos mazgas. Bandymo metu apkrovos duomenys registruojami nepertraukiamo veikimo metu. Šie duomenys suteikia informacijos apie tinkamą gaminio komponentų veikimą, pvz., teisingą variklio polių prijungimą. Dinaminės apkrovos pagalba taip pat galima gauti informacijos apie pavarų reguliavimo kokybę.

4.1.1 Taikymo sritis – vidaus degimo variklių bandymo stendas

Čia jutiklis yra tiesiogiai prijungtas prie stabdžio. Vidaus degimo variklis sujungiamas alkūninio veleno pagalba. Tai labai supaprastina bandomojo objekto išlygiavimą. Be to, variklio vibracija nėra taip stipriai perduodama jutikliui. Kaip matote nuotraukoje, saugumo sumetimais aplink jutiklį ir alkūninį veleną yra numatyta apsauginė tvora, kuri stovo veikimo metu taip pat užsidaro iš viršaus.

5. Sukimo momento jutiklių ateitis

Ateityje deformacijos matuoklio technologija bus pagrindinė sukimo momento jutiklių nešėja. Dėl vis mažesnių matmenų ir geresnio elektronikos stabilumo galima suprojektuoti jutiklius vis didesniems standumo faktoriams, o tai lemia geresnę matavimo dinamiką. Tai pasiekiama tuo, kad esant vienodam matavimo tikslumui, dėl didelio matavimo stiprintuvo elektrinio stabilumo matavimo signalas tampa vis mažesnis.

Kita vertus, norint padidinti matavimo prietaiso tikslumą, galima pritaikyti patobulintą matavimo signalo apdorojimą. Ateitis priklauso ir „protingiems“ jutikliams su matavimo duomenų saugojimu, kurių dėka matavimai tampa vis patikimesni, o duomenis kokybės kontrolei galima nuskaityti tiesiai iš jutiklio.

Galia ir sukimo momentas du pagrindiniai parametrai, pagal kurį parenkami greitaeigiai varikliai. Kažkam rūpi kuo daugiau arklio galių automobilio širdyje. Kai kuriems žmonėms labiau rūpi maksimalus sukimo momentas.

Pagal kurias iš šių savybių profesionalai renkasi automobilius? Ar vienas priklauso nuo kito? Ką daryti, jei sukimo momentas mažas, o galia gana didelė? Ne visi patyrę vairuotojai galės išsamiai atsakyti į visus šiuos klausimus. Ir mes stengsimės.

Kas lemia variklio galią?

– Kiek arklių turite? – vienas dažniausiai užduodamų klausimų tarp vairuotojų. Tradiciškai kuo daugiau vadinamųjų arklio galių variklyje, tuo automobilis laikomas greitesniu ir galingesniu. Tačiau mažai kas žino, kad arklio galiomis vadinama reikšmė nėra oficiali ir net neįtraukta į tarptautinę matavimo sistemą (pamenate SI sistemą iš mokyklos laikų?).

Šis matavimo vienetas atsirado eroje pramonės revoliucija. Viena arklio galia buvo lygi galiai, galinčiai pakelti 75 kg per 1 m per 1 s. Taip yra dėl to, kad tuo metu daug svarbiau buvo ne automobilio greitis, o anglies gavybos greitis.

Mūsų laikais gerai žinomas „l. Su." laikomas „neteisėtu“. Tarptautinė metrologijos organizacija reikalauja jį kuo greičiau atšaukti. O oficiali įstatyminė direktyva nuo 2010 m. leidžia ją naudoti tik kaip pagalbinį matavimo vienetą.

Nepaisant to, jis dar nepakeistas oficialiais kilovatais. Tam yra keletas priežasčių:

• 1. Banalus, bet tikras išsireiškimas „įprotis yra antra prigimtis“;
• 2. Automobilių įmonių rinkodara;
• 3. Venkite painiavos.

Kas yra automobilių rinkodara? Faktas yra tas, kad jei bent vienas iš jų pereis prie oficialaus matavimo vieneto kW, jis dėl banalios painiavos praras apčiuopiamą pirkėjų procentą. Galų gale, jei paimtume, pavyzdžiui, populiarųjį „Kia Sportage“ krosoverį, tai jo dviejų versijų galia yra 136 ir 184 arklio galios. Kilovatais - atitinkamai 100 ir 135. Ar tu supranti? Kaip jie gali pereiti prie tarptautinio matavimo vieneto, jei konkurentai turi 184, o jie turi tik 135? Nenuostabu, kad Amerikoje sakoma: „Jėga padeda parduoti automobilius“.

Kaip matuojamas sukimo momentas?

Akimirka atsiranda, kai alkūninis velenas stabdomas vienu iš šių būdų:

• hidraulinis stabdys;
• generatorius;
• bet kokiu kitu būdu, dėl kurio automobilis gali „traukti“.

Taip, taip, matuojama taip: sulėtėja variklis ar ratai. Tuo pačiu metu charakteristika rodo maksimalų momentą, kurį variklis gali išsivystyti tik tada, kai stabdžių pedalas yra visiškai nuspaustas. Pradžioje šis rodiklis mažas, vėliau pakyla iki piko, o vėliau krenta.

Kas yra sukimo momentas?

Dauguma šiuolaikinių vairuotojų, deja, neturi visiško supratimo, kas yra sukimo momentas. Jis matuojamas niutonmetrais (n∙m) ir yra vertė, tiesiogiai susijusi su galia. Viskas, ką vairuotojai žino apie sukimo momentą, yra tai, kad jis turi būti kuo didesnis. Bet kuo tai skiriasi nuo galios?

Prisiminti: galia, sukimo momentas, variklio sūkiai – tarpusavyje priklausomi dydžiai. Yra daugybė formulių, pagal kurias, žinodami du iš šių parametrų, galite apskaičiuoti trečiąjį.

kalbantis technine kalba, galia – reikšmė, nurodanti, kiek darbo variklis gali atlikti tam tikras kiekis laikas. Sukimo momentas parodo variklio potencialą atlikti šį darbą. Kitaip tariant, kuo didesnis sukimo momentas, tuo didesnį pasipriešinimą variklis gali įveikti.

Įsivaizduokite situaciją: vairuojate 100 AG galios automobilį. Su. Priekyje važiuoja sunkvežimis, kurį reikia kuo greičiau aplenkti ir grįžti į norimą juostą. Norėdami tai padaryti, jūsų automobilis turės išnaudoti visą savo galią. Šiuo atveju sukimo momentas yra tik vadinamasis arklio galių lyderis, kuris surenka juos visus į vieną bandą.

Norite dar paprastesnio paaiškinimo? Nubrėžkime analogiją su žmogumi: jo jėga gali būti matuojama niutonmetrais, o ištvermė – arklio galiomis. Štai kodėl „mažo greičio“ dyzeliniai varikliai laikomi tikrais sunkiaatlečiais, kurie lėtai, bet ryžtingai nešioja didelius krovinius ant „nugarų“. Benzinas, savo ruožtu, yra greitesnis, bet sunkių krovinių ne jiems.

Pasirinkimas iš dviejų variklių su apytiksl. ta pati suma arklio galių, visada pirmenybę teikite „sukimo momento“ varikliui. Ypač jei pavarų dėžė yra mechaninė. Jei jums labiau patinka važiuoti „prie ribos“, žinokite, kad tokiu atveju geriau variklį imti ne dideliais sūkiais, o maksimaliu sukimo momentu.

Rezultatas

Na, tikimės, kad gavote atsakymus į savo klausimus. Dabar tikriausiai žinote, kuris variklis jums tiktų? Ir visus vėlesnius kartus, sėdėdami prie vairo, klausdami apie automobilio charakteristikas ar atsakydami į kolegų automobilių entuziastų klausimus, jūs geriau suvoksite smulkmenas. Techniniai parametrai automobiliai. Sėkmės keliuose!

Inžinerijoje dažnai susiduriama su kūnų sukimu: sukasi vežimų ratai, mašinų velenai, garlaivių varžtai ir kt.. Visais šiais atvejais kūnus veikia jėgų momentai. Šiuo atveju dažnai neįmanoma nurodyti kokios nors konkrečios jėgos, kuri sukuria sukimo momentą ir jo ranką, nes sukimo momentą sukuria ne viena jėga, o daug jėgų, turinčių skirtingas rankas. Pavyzdžiui, elektros variklyje armatūros apvijos yra pritvirtintos prie posūkių skirtingi atstumai nuo sukimosi elektromagnetinių jėgų ašies; jų bendras veikimas sukuria tam tikrą sukimo momentą, dėl kurio sukasi armatūra ir su ja sujungtas variklio velenas. Tokiais atvejais kalbėti apie jėgą ir jėgos svertą nėra prasmės. Svarbu tik gaunamas jėgos momentas. Todėl reikia tiesiogiai išmatuoti jėgos momentą.

Jėgos momentui išmatuoti pakanka kūnui pritaikyti kitą žinomą jėgos momentą, kuris subalansuotų išmatuotą momentą. Jei pasiekiama pusiausvyra, abu jėgų momentai yra lygūs absoliučia verte ir priešingi pagal ženklą. Pavyzdžiui, norint išmatuoti elektros variklio sukuriamą sukimo momentą, ant variklio skriemulio 1 uždedami varžtais suspausti blokai 2, kad skriemulys galėtų suktis po blokais trintis. Trinkelės tvirtinamos prie ilgo strypo, prie kurio galo tvirtinamas dinamometras (120 pav.). Trinkelių ašis sutampa su variklio ašimi. Kai variklis sukasi, trinties jėgų, veikiančių trinkeles iš skriemulio pusės, momentas pasuka trinkeles su strypu tam tikru kampu variklio sukimosi kryptimi. Tokiu atveju dinamometras šiek tiek ištempiamas ir trinkeles iš dinamometro pusės pradeda veikti priešingas momentas, lygus dinamometro įtempimo jėgos ant peties sandaugai. Dinamometro įtempimo jėga yra lygi ir priešinga kryptimi jėgai, veikiančiai iš strypo šono į dinamometrą (120 pav.). Kadangi trinkelės yra ramybės būsenoje, variklio sukuriamas sukimo momentas turi būti lygus absoliučia verte ir priešingas dinamometro įtempimo jėgos sukimo momentui. Taigi, esant tam tikram greičiui, variklis sukuria momentą, lygų .

Ryžiai. 120. Elektros variklio sukuriamo jėgos momento matavimas

Matuojant labai mažus sukimo momentus (pavyzdžiui, jautriuose galvanometruose ir kituose fiziniuose matavimo prietaisai) išmatuotas sukimo momentas lyginamas su sukimo momentu, veikiančiu iš susukto sriegio šono. Matavimo sistema, kuri yra veikiama sukimo momento, pakabinama ant ilgo plono sriegio, metalo arba lydyto kvarco. Tekant, matavimo sistema susuka siūlą. Dėl tokios deformacijos atsiranda jėgų, kurios linkusios išvynioti siūlą ir todėl turi sukimo momentą. Kai išmatuotas momentas tampa lygus susukto sriegio momentui, susidaro pusiausvyra. Iš posūkio kampo esant pusiausvyrai galima spręsti apie sriegio sukimo momentą ir atitinkamai išmatuotą momentą. Kaitinimo siūlelio sukimo momento ir posūkio kampo santykis nustatomas kalibruojant prietaisą.

anotacija

A.S. Gurinovas, V.V. Dudnikas, V.L. Gaponovas, V.V. Kalašnikovas

Šiame darbe pateikiamas sukimo momento matavimo prietaisas ant įvairių besisukančių velenų technines sistemas. Prietaisas pagamintas skaitmeninio radijo kanalo pagrindu. Aprašytas prietaiso kalibravimo būdas ir pateikti įvairių mechanizmų velenų matavimų pavyzdžiai.
Raktažodžiai: Tensometrija, sukimo momentas, skaitmeninis radijo kanalas.

Įvadas. Sukimo momentas ant velenų techniniai prietaisai yra svarbi savybė, kuris apibrėžia prietaisų pritaikomumo ir efektyvumo ribas. Jį išmatuoti, ypač ant besisukančių judančių prietaisų velenų, sunku. techninis iššūkis, kurio sprendimui yra daug įrenginių su skirtingi principai veiksmai. Kai kuriais atvejais sukimo momentas ir atitinkamai objekto galia nustatoma netiesioginiais rodikliais. Pavyzdžiui, automobiliuose momentą galima nustatyti pagal degalų tiekimą, išmetamųjų dujų temperatūrą ir kitus rodmenis. Šis metodas neleidžia aukštas laipsnis patikimumas norint nustatyti reikiamą galią. Tikslus momento matavimas atliekamas naudojant sistemas, kurios nustato veleno sukimo deformaciją, tačiau tokios sistemos gali būti labai sudėtingos.
Veleno sukimo momento matavimas. Vienas iš dažniausių veleno deformacijos matavimo metodų yra įtempio matuoklio tiltelio naudojimas. Šiuo atveju ant veleno 45° kampu sukimosi ašies atžvilgiu klijuojami varžos deformacijos matuokliai, elektra sujungti tiltine grandine. Šios schemos naudojimas padidina jautrumą, pagerina gaunamų charakteristikų tiesiškumą ir žymiai sumažina temperatūros poveikį išėjimo signalui. Be to, tilto privalumas yra tas, kad jis matuoja tik pokytį, o ne bendrą pasipriešinimą.
Pagrindinis įrenginio, kuriame naudojami įtempimo matuokliai, sunkumas yra duomenų apie jautrių elementų atsparumą perdavimas iš besisukančio veleno vartotojui. Ilgam laikui tam buvo naudojami kontaktiniai, indukciniai, apšvietimo ir kiti prietaisai. Šiuolaikinė plėtra elektronika leidžia naudoti skaitmeninį radijo kanalą, kad duomenų perdavimas būtų kuo paprastesnis. Nedidelį radijo siųstuvą galima montuoti tiesiai ant besisukančio veleno ir perduoti parametrus į nesisukantį imtuvą. Miniatiūrinių siųstuvų naudojimas leidžia vienu metu nustatyti kelių velenų sukimo momentą, perduodant informaciją vienam imtuvui.
Autoriai įdiegė įrenginį, kuriame naudojami įtempio matuokliai ir skaitmeninis radijo kanalas, ir išbandė jį daugelyje įrenginių. Sukurtame įrenginyje kaip siųstuvas buvo panaudotas jau paruoštas siųstuvo-imtuvo radijo modulis DP1201A. Tai funkcionaliai pilnas įrenginys, sumontuotas mikrovaldiklio plokštėje. Mažas energijos suvartojimas (0,2 µA tipinė budėjimo režimo srovė), siųstuvas yra optimizuotas programoms, kurioms reikalingi komponentai, pvz. mažas dydis, žema kaina ir skaitmeninė sąsaja. Radijo modulyje naudojamas integruotas pusiau dvipusis siųstuvas-imtuvas, veikiantis 433 MHz dažnių diapazone. Integruotas duomenų sinchronizatorius leidžia prijungti paprastus mikrovaldiklius su minimaliomis grandinės sąnaudomis. Siųstuvas buvo valdomas per nuosekliąją SPI periferinę sąsają. SPI yra sinchroninė sąsaja, kurioje bet koks perdavimas sinchronizuojamas su bendru procesoriaus generuojamu laikrodžio signalu. ADUC7061 naudojamas kaip valdymo procesorius. Taip yra dėl to, kad jame yra įmontuotas 24 bitų ADC, kuris leidžia neįdiegti papildomo keitiklio. Taip pat į teigiamų savybiųšio mikrovaldiklio galima priskirti žemą 2,5 V maitinimo įtampą, kuri sumažės bendra įtampa maitinimo šaltinis ir akumuliatoriaus matmenys ant besisukančio veleno.
Radijo imtuvas, kaip ir radijo siųstuvas, turi DP1201A radijo modulį, sukonfigūruotą priimti duomenis (1 pav.). Kadangi radijo imtuvui ADC nereikia, kaip valdymo procesorius buvo naudojamas PIC16F876A. Jis, kaip ir ADUC7061, turi mažus matmenis ir nuosekliąją SPI periferinę sąsają. Procesoriaus gauti ir apdoroti duomenys perduodami į matavimo sistemą.

Ryžiai. vienas. Išvaizda sukimo momento matuoklio siųstuvo ir imtuvo plokštės

Bendra sukimo momento matuoklio veikimo schema parodyta fig. 2. Skaitmeninio radijo kanalo diapazonas yra apie 100 m, to visiškai pakanka charakteristikai, kai imtuvas sumontuotas ant fiksuoto pagrindo arba ant nesisukančios transporto priemonės dalies.
Kaip matyti iš paveikslo, siųstuvas montuojamas tiesiai ant veleno, o apačioje yra siųstuvo baterijos pavidalo atsvara, kuri kompensuoja siųstuvo masę. Taip pat prie veleno priklijuotas tempimo tiltelis, susidedantis iš 4 įtempimo matuoklių, prijungtų prie siųstuvo. Klijuojant įtempio matuoklius, reikia atsižvelgti į tai, kad atliekant kokybišką matavimą 20 mm atstumu į kairę ir į dešinę nuo vietos, kurioje yra įklijuoti tenzo matuokliai, neturėtų būti jokių veleno formos ar storio pokyčių. .

Ryžiai. 2. Struktūrinė schema sukimo momento matuoklis

Apskritai sukimo momento matuoklis yra mažo dydžio ir svorio, todėl jį galima montuoti ant velenų. pramoninė įranga, Transporto priemonė ir į kitus įrenginius.
Jutikliams kalibruoti buvo sukurta programa, kuri sukuria priklausomybę visam sukimo momento diapazonui, naudodama kelis žinomų apkrovų taškus. Sukimo momentas, savo ruožtu, gali būti nustatomas arba kalibruotais svoriais, sumontuotais ant išmatuotos svirties, arba tempimo įtaisu (pavyzdžiui, gerve), naudojant dinamometrą. Jei veleną veikia tempimo jėgos, patartina sukalibruoti atskirą deformacijos matuoklį, kuris skirtas atsižvelgti tik į tempimo jėgas. Šiuo atveju kalibravimas vyksta dviem etapais.

1. Ant veleno sukuriamos tik tempimo jėgos. Linijinio deformacijos matuoklio ir sukimo momento deformacijos tiltelio pastangų kiekis įvedamas į siųstuvo valdiklį. Remiantis gautomis reikšmėmis, deformacijos matuoklio rodmenų priklausomybė nuo tempimo deformacijos matuoklio vaizduojama tiesiogiai skaitmeniniais kodais.
2. Ant veleno susidaro sukimo momentas. Nuskaitoma ir fiksuojama ADC kodų, gaunamų iš deformacijos tilto, reikšmė.

Kalibravimo programa paruošia duomenis sukimo momento nustatymui. Samo programinė įranga pateikia du algoritmus tolesniam duomenų perskaičiavimui. Remiantis pirmuoju, sudaroma tiesinė kalibravimo koeficiento priklausomybė:
, (1)
kur M yra duotų akimirkų vertė,
m— ADC kodai, gaunami iš įtempio matuoklio tiltelio,
yra momento pataisos vertė, nustatyta iš deformacinio tiltelio kalibravimo duomenų, kuri priklauso nuo tiesinės deformacijos.
Pagal antrąjį metodą sudaroma netiesinė priklausomybė. Tokiu atveju patartina apytiksliai apskaičiuoti eksperimentines vertes metodu mažiausių kvadratų likučiai. Sukimo momentas ir kalibravimo koeficientai A 0, A 1 nustatomas pirmojo laipsnio daugianario:
(2)
Užduotis yra nustatyti tokias koeficientų reikšmes A 0, A 1, po kuria kreivė eitų kuo arčiau nuo visų n taškai, nustatyti kalibravimo metu (M1,m1); (M2,m 2);… (M n ,mn); rasta eksperimentiškai.
Šiuo atveju neįmanoma rasti kreivės, kuri eitų per visus duotus taškus. Be to, nė vienas iš nagrinėjamų taškų tiksliai netenkina lygties, o jei į ją pakeisime šių taškų koordinates, gausime tokią sistemą:
, (3)
kur δ 1 , δ 2 , …, δ n- likučiai.
Pagal mažiausių kvadratų principą, geriausios vertybės koeficientai A 0, A 1 bus tokių, kurių kvadratinių likučių suma yra mažiausia, t.y. svarbu minimaliai.
Taigi, vertė
, (4)
kuri laikoma koeficientų funkcija A 0, A 1, turėtų būti minimumas. Būtina sąlyga Daugelio kintamųjų funkcijos minimumas yra tas, kad visos jos dalinės išvestinės turi būti lygios nuliui. Atskirdami abi lygties dalis, susidaro lygčių sistema:
, (5)
Todėl vietoj pradinės sistemos, kuri yra nenuosekli sistema, nes ji turi n lygtys 2 nežinomuose ( n>1), gauname sistemą tiesines lygtis su koeficientais A 0, A 1,. Kadangi sistema (5) randama diferencijuojant išraišką (4) nežinomų koeficientų atžvilgiu A 0, A 1, tada jame bet kokiam n>1 lygčių skaičius yra tiksliai lygus nežinomųjų skaičiui.
Transformavus sistemą (5) į jos sprendimui patogesnę formą, vietoj žymėjimo naudojant Gauso įvestą žymėjimą, gauname:
(6)
Tada sistema (5), sumažinusi visas lygtis 2 ir pergrupavusi terminus, įgauna formą:
(7)
Nes A0, A1, nagrinėjamų sumų atžvilgiu yra pastovios reikšmės, tada pagal sumų savybę iš pirmosios sistemos (5) lygties gaunama tokia išraiška:
, (8)
tie. pirmoji sistemos (7) lygtis. Visos kitos sistemos (5) lygtys transformuojamos panašiai. Šių lygčių koeficientai apskaičiuojami iš žinomos koordinatės duotus taškus
Šiai lygčių sistemai išspręsti buvo naudojamas Gauso metodas, kaip patogiausias mašininiam skaičiavimui. Atliekant skaičiavimus nuosekliai pašalinant nežinomuosius, ši sistema virsta žingsnine sistema. Remiantis sistema (7), išplėsta sistemos matrica sudaroma taip:
(9)
Tikslus nevienetinės matricos sprendimas nustatomas tiksliai apibrėžtu operacijų skaičiumi. Tokiu atveju pirmiausia atliekamas judėjimas į priekį - padidinta matrica sumažinama iki trikampis:
. (10)
Būtina sąlyga yra nulinių elementų nebuvimas matricos įstrižainėje. Tada atliekamas atvirkštinis judėjimas – kai randami visi nežinomi vektoriai M pradedant nuo paskutinio. Judant į priekį, pirmoji padidintos matricos eilutė yra padalinta iš n:
. (11)
Tolesnis atėmimas iš antrosios papildytos produkto matricos eilutės į pakeistą pirmąją matricos eilutę:
(12)
veda prie kita rūšis matricos:
. (13)
Padalijus antrą eilutę iš [ m2], matrica sumažinama iki viršutinės trikampės formos:
. (14)
Po to gaunama tokia lygčių sistema, kuri yra lygiavertė pradinei:
. (15)
Šaknys yra iš eilės A 0, A 1:
(16)
Atsižvelgiant į tai, kad deformacija, kaip taisyklė, atsiranda tiesinėje zonoje, aproksimacija pagal pirmąjį variantą, t.y. linijinis gali būti paimtas gana pakankamai. Tačiau yra klaidų, susijusių su deformacijos matuoklio klijų įtaka ir lipduko netikslumu. Į šias klaidas galima atsižvelgti kalibruojant.
Dėl to patartina taikyti tokią jutiklių naudojimo procedūrą. Jei kalibruojant sukimo momento vertės nustatomos ribose, viršijančiose momentus, kurie gali atsirasti ant veleno darbo režimu, patartina naudoti antrąjį, nelinijinį skaičiavimo variantą. Jei sukimo momento vertės gali viršyti kalibravimo vertes, reikia naudoti tiesinio skaičiavimo parinktį. Šiuo atveju tikslumas bus šiek tiek mažesnis.
Siūloma technika leidžia sėkmingai kalibruoti deformacinius tiltelius ne tik sukimo momentams, bet ir lenkimo bei tempimo įtempiams matuoti. Tuo pačiu metu tempimo matuokliai yra klijuojami išilgai įtempimo-suspaudimo linijos.
Remiantis šiais algoritmais, buvo sukurta programa darbui su sukimo momento jutikliu, kuri leidžia pasirinkti vieną ar kitą duomenų perskaičiavimo būdą. Veikimo metu duomenys gali būti perduodami tiesiai į monitorių arba į borto saugojimo įrenginį.
Norint išbandyti sukimo momento matuoklį ant įvairių objektų, buvo pagaminti keli bandymo prietaisų rinkiniai.
Vienas egzempliorius buvo sumontuotas ant galiniais ratais varomo automobilio VAZ transmisijos veleno. Lygiagrečiai su sukimo momentu buvo fiksuojamas palydovinės navigacijos sistemos greitis ir koordinatės. Rostove prie Dono ir už miesto atlikti matavimai parodė ne tik didelį perdavimo charakteristikų matavimo efektyvumą, bet ir leido įvertinti reikiamą automobilio, judančio mūsų mieste eismo sraute, galią. Taigi mieste reikalinga galia praktiškai neviršijo 20 AG. Pavyzdys, kaip užfiksuoti veleno galią, priklausomai nuo pergalės 40-mečio gatvėje laiko, parodyta fig. 3.

Ryžiai. 3. Galios matavimo, naudojant sukimo momento jutiklį, sumontuotą ant transmisijos veleno, rezultatai keleivinis automobilis, juda transporto sraute palei gatvę 40let Pobedy, Rostovas prie Dono

Kitas jutiklio bandymas buvo atliktas itin lengvu koaksialiniu sraigtasparniu Rotorfly. Sukimo momento matuoklis kartu su lėktuve esančia matavimo sistema leido įvertinti orlaivio energetines charakteristikas įvairūs režimai. Viršutinio pagrindinio rotoriaus sukimo momento įrašymo pavyzdys 32 Hz atrankos dažniu, perskaičiuotas į reikiamą veleno galią vienam iš skrydžio režimų, parodytas Fig. keturi.

Ryžiai. 4. Sraigtasparnio viršutinio pagrindinio rotoriaus veleno galios fiksavimas vienu iš režimų (skrydis horizontaliu 70 km/h greičiu, vertikalus nusileidimas 2 m/s)

Šiuo metu ruošiamasi panaudoti siūlomą sukimo momento jutiklį mažųjų vėjo jėgainių darbui optimizuoti (5 pav.).
Eksperimentai rodo, kad įtempio matuoklio tiltelio naudojimas sukimo momentui matuoti kartu su didelės iškrovos ADC ir mažo dydžio radijo kanalu leidžia išmatuoti beveik neribotą sukimo momentų diapazoną ant besisukančių velenų. Jis nustato menkiausią momento pokytį ant veleno ir toliau jį matuoja iki momentų, kurių pritaikymas veleną sugadins.

Ryžiai. 5. Išorinis dviejų menčių vėjo turbinos vaizdas (kairėje) ir projektoriaus viduje sumontuotas sukimo momento matuoklis (dešinėje).

Išvada. Taigi, naudojant siūlomą sukimo momento matuoklį, galima nustatyti reikiamą galią ir apkrovą besisukantiems velenams, net ir judantiems objektams. Tokiu atveju apkrovos gali peržengti kalibravimo zoną, o tai galima padaryti naudojant tiesinio aproksimavimo algoritmus. Apkrovų nustatymas kalibravimo verčių ribose netiesiniais algoritmais leidžia atsižvelgti į įtaką įvairių veiksnių paklaidą ir pagerinti matavimų tikslumą.

Literatūra:
1.Mikheev R.A., Losev V.S., Bubnov A.V. Sraigtasparnių skrydžio stiprumo bandymai. - M.: Mashinostroenie, 1987. - 126s.
2. Filčakovas P.F. Grafinis ir skaitmeniniai metodai taikomoji matematika. - Kijevas: Naukova Dumka, 1970. - 770 m.