Вібраційна установка для випробувань на втому

Реферат: Винахід належить до пристроїв для дослідження фізичних особливостей матеріалів і може знайти вживання для визначення надійності виробів. Вібраційна установка для випробувань на втому, що містить в апаратній частині блок визначення контрольованого параметра (швидкості поширення ультразвукових хвиль, рівня інтенсивності або швидкості рахунку сигналів акустичної емісії, зміни магнітного потоку, намагніченості, коерцитивно сили, амплітуди шумів Баркгаузена, зрушення ліній інтерференційної картини від лазерного випромінювання і так далі) залежно від числа циклів, тиристорний перетворювач, блок тензометрії, датчики лінійних і кутових переміщень, систему управління блоками. В апаратну частину включений блок реєстрації осцилограм у вигляді приставки до ультразвукового дефектоскопа, що дозволяє зберігати і в міру необхідності обробляти осцилограми розсіяного від структури ультразвукового сигналу, побудувати акустичну криву втоми - залежність коефіцієнта загасання ультразвукових хвиль від числа циклів , а в системі управління електродвигуном, приставкою і дефектоскопом, UA 103061 C2 (12) UA 103061 C2 блоком тензометрії, датчиками лінійних і кутових переміщень застосований спеціалізований мікроконтролер, програмне забезпечення якого дозволяє забезпечити в режимі реального часу погоджену роботу блоків, а при необхідності гнучко змінювати параметри ступінчастого режиму вантаження в процесі випробувань за допомогою тиристорного перетворювача. Така установка дозволяє підтримувати швидкість обертання валу електродвигуна з точністю 0,1 % від номінального значення швидкості при скачці навантаження, знайти як локальну, так і середню для всього зразка границю обмеженої витривалості. Також установка дає можливість визначати втомні характеристики без руйнування зразка або елемента конструкції, що дозволяє уникнути аварії для всієї конструкції в цілому і відновити деталь методами обробки тиском. UA 103061 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується пристроїв для дослідження фізичних особливостей матеріалів і може знайти вживання для визначення надійності виробів. Відома вібраційна установка / Томчин Д. А., Фрадков А. Л. Управління проходженням ротора через зону резонансу на основі методу швидкісного градієнта. Проблеми машинобудування і надійність машин. № 5.-2005. - С. 66-71/, де при проходженні зони резонансу використовується спеціальний алгоритм управління на основі нелінійної зміни в часі поворотного моменту електродвигуна у вигляді декількох ступінчастих функцій, що стоять рядом, і створюючих серію прямокутних імпульсів. Вживані в установці датчики лінійних переміщень і кутової швидкості віброоброблюваних деталей - роторів дозволяють в режимі зворотного зв'язку контролювати суму обертальної і коливальної енергій роторів / Томчин Д. А. Алгоритми управління проходженням через зону резонансу в мехатронних вібраційних установках. Автореф. дисертації на здобуття вчен. ступ. к. т. н. - Санкт-Петербург. 2006. 22 с./, але нічого не можуть сказати про їх напруженодеформований стан в процесі віброобробки. Відома також вібраційна установка для визначення залишкового ресурсу зразків / Іофін І. Д., Про установку втомних випробувань сталевих зразків із застосуванням неруйнівного акустичного методу контролю [електронний ресурс] 7 Іофін І. Д., Бусов В. Л., Шишкин І. В. // Вісник ДДМА.-2008. № 3Е (14). - с. 61-65. - Режим доступу до журналу: http: // www. dgma. donetsk. ua / Publish / vesnik / nomer 3.htm./, де за допомогою неруйнівного ультразвукового (у. з.) методу зворотного розсіяння і імерсійного п'єзоперетворювача будується залежність коефіцієнта загасання у. з. хвиль від числа циклів або так звана акустична крива втоми, що дозволяє оцінити залишковий ресурс зразка або елементу конструкції в процесі експлуатації. Недоліками такої вібраційної установки є: 1) відсутність зв'язку з комп'ютером, тобто аналого-цифрових і цифро-аналогових перетворювачів; 2) відсутність апаратних елементів накопичення і обробки отриманих осцилограм; 3) відсутність програмного завдання форми залежності циклічного навантаження від часу; 4) низька точність визначення технологічних параметрів через відсутність цифрових датчиків лінійних переміщень, кута повороту, зовнішніх і внутрішніх зусиль і деформацій. Найбільш близькою по технічній суті і ефекту, що досягається, до пропонованого винаходу є вібраційна установка, що дозволяє здійснити спосіб визначення границі обмеженої витривалості поблизу небезпечних точок небезпечних перетинів елементів конструкцій в процесі експлуатації / Патент № 50361. Україна. Спосіб визначення границі витривалості. Бусов В. Л., Шишкін І. В., Іофін І. Д., опубл. 10.06.2010 в бюл. № 11 2010 р./. Недоліками цієї вібраційної установки є: 1) відсутність апаратних елементів накопичення і обробки отриманих осцилограм; 2) відсутність цифрового датчика числа зворотів. Основним недоліком апаратної частини установки є відсутність автоматичної системи управління всіма блоками, що дозволяє здійснювати погоджену роботу блоків в режимі реального часу, задавати ступінчастий режим вантаження і гнучко змінювати параметри цього режиму в процесі випробувань. Наявність такої системи може дозволити визначати декілька втомних характеристик: локальну довговічність і довговічність всієї деталі або елементу конструкції; залишковий ресурс локального об'єму і всього елементу конструкції, границя обмеженої витривалості і середня границя витривалості деталі, коли контрольований об'єм пробігає всі етапи еволюції дислокаційних структур від однорідного розподілу дислокацій до фрагментованої структури, утворення розподілу мікротріщин аж до руйнування. Задачею цього винаходу є розширення функціональних можливостей установки при збереженні максимально технічно можливої достовірності контролю. Поставлена задача досягається тим, що: 1) у апаратній частині установки аналогові блоки замінюються цифровими, вводиться цифровий блок реєстрації осцилограм (у вигляді приставки до ультразвукового дефектоскопа або вживанням цифрового дефектоскопа); 2) для розширення динамічного діапазону роботи установки і збільшення точності підтримки швидкості обертання використовується тиристорний перетворювач з імпульсним датчиком зворотного зв'язку за швидкістю; 3) для автоматичного управління установкою і збору даних застосовується мікроконтролер. Структурна схема апаратної частини установки приведена на фіг. 1, де МК - мікроконтролер; Simoreg - тиристорний перетворювач; ДС - датчик швидкості; ДПС - двигун постійного струму. Ключовим моментом для здійснення наміченої мети є вживання програмного забезпечення (ПЗ) верхнього рівня і ПЗ мікроконтролера. ПЗ мікроконтролера складається з декількох модулів: 1) модуль ініціалізації (служить для активації функцій всіх останніх модулів); 2) модуль датчика положення (приймає сигнал з датчика і зберігає його); 3) модуль тиристорного 1 UA 103061 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 перетворювача (служить для управління приводом і контролю його параметрів); 4) модуль USB (забезпечує передачу накопиченої з датчиків інформації на ПЗ верхнього рівня і прийом від нього сигналів, що управляють); 5) модуль у. з. дефектоскопа (посилає команду на проведення дефектоскопії і приймає отриману інформацію); 6) модуль тензодатчика (опитує сигнал з АЦП тензодатчика); 7) модуль таймера (забезпечує періодичність опиту датчиків і перетворить імпульсний протокол датчика положення в цифрове значення). Зв'язок з ПЗ верхнього рівня здійснюється по шині USB. У ПЗ мікроконтролера використаний модифікований програмний код, що забезпечує передачу даних за допомогою bulk-протоколу як від ПЗ верхнього рівня до мікроконтролера, так і навпаки. У ПЗ верхнього рівня канал USB виконаний з використанням вільної бібліотеки libusb, підключеної до додатка, написаного на Delphi, яке забезпечує людино-машинний інтерфейс установки. Бібліотека libusb дозволяє створити драйвер власного пристрою USB і використовувати його у вищезгаданому застосуванні на Delphi. У свою чергу Delphi забезпечує гнучким набором інструментів, що дозволяють виконати людино-машинний інтерфейс і обробити отримані з установки дані. Структура ПЗ верхнього рівня спрощено змальована на фіг. 2. Пропонована вібраційна установка для втомних випробувань містить в своїй апаратній частині блок реєстрації осцилограм як приставку до у. з. дефектоскопу УД2-12 однієї і тієї ж фірми "Інтроскоп" р. Молдова, що дозволяє тривало зберігати 510 осцилограм при тривалості розгортки 100 (s, 125 осцилограм при тривалості 400 s; інкрементальний цифровий датчик числа зворотів 6FX2001-4DB00 (вир-во "SIEMENS", Німеччина), пристроюваний через спеціальну муфту на валу електродвигуна Д22 (вир-во СРСР); тиристорний перетворювач Simoreg DCmaster 6RA7013-6DV62-0-2 S00 (вирво "SIEMENS", Німеччина); датчик лінійних переміщень BTL-5-P (вир-во фірми "Balluff", Німеччина); мікроконтролер NXP/PhillipsLPC 2148 (вир-во фірми "Phillips"), що має: 1) максимальну частоту процесора 60 Мгц, що дозволяє безпосередньо прочитувати інформацію від датчика положення BTL-5-P по імпульсному протоколу з максимальною точністю; 2) USB 2.0 Full-speed контролер з 2 кБ буферним ОЗП) два UART (16C550) для прийому даних з приставки у. з. дефектоскопа і для управління перетворювачем тиристора; 4) два 10-розрядних АЦП з 6/14-ю вхідними каналами і часом перетворення менше 2.44 мкс/канал, що дозволяє приймати сигнал з тензодатчика. Як електродвигун використаний вітчизняний двигун постійного струму Д22 з паралельним збудженням потужністю Р = 1,0 кВт; з максимальним числом зворотів за хвилину n=1500 звор./хвил; Алгоритм роботи установки наступний: користувач налаштовує додаток на певний режим роботи установки, який задається або по стандартних шаблонах, або з таблиці Excel через comінтерфейс. Потім, залежно від встановленої користувачем конфігурації, зняті з установки дані можуть бути просто проглинуті за допомогою даних Access або Excel по інтерфейсу СОМ, а також будь-якого іншого програмного продукту для обробки їх вже в сторонніх програмних продуктах за допомогою стандартних інструментів, що створюються в середовищі Delphi, або можуть бути записані на дисковій накопичувач для подальшої обробки, або можуть бути передані в базу даних Access або Excel по інтерфейсу СОМ, а також будь-якого іншого програмного продукту для обробки їх вже в сторонніх програмних продуктах. Система автоматизованого управління вібраційною установкою із застосуванням тиристорного перетворювача забезпечує: 1) завдання необхідного режиму проведення випробувань; 2) контроль і запис інформації з датчиків; 3) експорт результатів досліджень для аналізу в сторонніх програмних засобах; 4) розгін і гальмування двигуна плавно (по лінійному закону), час розгону і гальмування можна набудовувати в широких межах (від секунд до 30 хвилин); 5) повний захист перетворювача і двигуна від перевантажень по струму, перегріву, витоку на землю і обриву фази. Пропонована вібраційна установка для випробувань на втому має істотні відмінності від відомих аналогів і прототипу оскільки 1) дає можливість задавати спочатку ступінчастий режим вантаження, але і гнучко змінювати параметри цього режиму в процесі випробувань зразка; 2) така апаратна частина вібраційної установки дозволяє поблизу мінімуму акустичної кривої втоми, в початковій частині її висхідної ділянки згідно /див. патент № 50361. Україна і т.д./ визначити границю обмеженої витривалості, а потім виявивши максимум цієї кривої, визначити нульовий залишковий ресурс зразка, не перериваючи процес проведення випробувань і зняти навантаження із зразка не зруйнувавши його. Ознаки, що відрізняють пропонований винахід, в науці і техніці не виявлені. Такий пристрій, що заявляється, завдяки наявності нових ознак, дозволяє отримати позитивний ефект і, отже, 2 UA 103061 C2 він має властивості, які не має прототип або схожі з ним пристрої, тобто пристрій, що заявляється, має істотну відмінність. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 Вібраційна установка для випробувань на втому, що містить в апаратній частині блок визначення контрольованого параметра залежно від числа циклів, тиристорний перетворювач, блок тензометрії, датчики лінійних і кутових переміщень, систему управління блоками, яка відрізняється тим, що апаратна частина додатково містить блок реєстрації осцилограм у вигляді приставки до ультразвукового дефектоскопа, що дозволяє зберігати і в міру необхідності обробляти осцилограми розсіяного від структури ультразвукового сигналу, побудувати акустичну криву втоми - залежність коефіцієнта загасання ультразвукових хвиль від числа циклів, а система управління електродвигуном, приставкою і дефектоскопом, блоком тензометрії, датчиками лінійних і кутових переміщень має спеціалізований мікроконтролер, програмне забезпечення якого дозволяє забезпечити в режимі реального часу погоджену роботу блоків, а при необхідності гнучко змінювати параметри ступінчастого режиму вантаження в процесі випробувань за допомогою тиристорного перетворювача. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3