Автоматизация измерений прочностных характеристик деталей машин

Внедрение: 2018 г.

Приводим описание системы и методики автоматизации измерений прочностных характеристик деталей машин применительно к конструкции учебно-лабораторного стенда c использованием тензометрического модуля АЦП LTR212 [1].

С целью приобретения компетенции студентами бакалавриата профиля «Механизация и автоматизация строительства» в области определения прочностных характеристик типовых деталей машин, силами самих студентов был спроектирован и изготовлен учебно-лабораторный нагрузочный стенд (рисунок 1). Стенд позволяет производить исследования деталей на растяжение, сжатие, кручение и изгиб.

Рисунок 1. Нагрузочный стенд для измерения прочностных характеристик деталей машин: общий вид стенда (слева); испытание на кручение (в центре); испытание на изгиб (справа).

Для работы системы измерения стенда необходимы два датчика – для измерения силы и перемещения (рисунок 2).

Рисунок 2. Структурная схема подключения датчиков.

Измерение силы было решено проводить с помощью тензорезистора, подключенного по мостовой схеме. В качестве АЦП для преобразования аналогового сигнала в дискретный решено было использовать специализированный тензометрический модуль АЦП LTR212 в одноместном крейте LTR‑U‑1 с подключением к компьютеру через USB.

Для измерения перемещения было решено использовать цифровой ультразвуковой датчик HC‑SR04, который подключается к компьютеру через микроконтроллер Arduino Uno через интерфейс USB. Разрабатывать ПО было решено на языке высокого уровня C++ с использованием фреймворка Qt. 

Для работы с АЦП LTR212 компания ООО "Л Кард" свободно распространяет библиотеки, написанные на языке C. Данные библиотеки позволяют произвести инициализацию интерфейсного канала связи с модулем, произвести калибровку и настройку режима сбора данных, получить данные от АЦП и преобразовать их в значения напряжения или коды АЦП. Для простоты дальнейшей работы с АЦП был написан оберточный класс myLTRClass для работы с функциями данной библиотеки. Он содержит структуру данных для описания модуля АЦП и необходимые методы.

В самом микроконтроллере Arduino будет содержаться программный код, который по команде от компьютера будет опрашивать датчик и отправлять полученные данные на компьютер. Программирование микроконтроллера осуществляется через Arduino IDE.

Основное окно программы создано на основе класса QMainWindow (рисунок 3).

Рисунок 3. Основное окно программы.

Предполагается, что перевод напряжения, получаемого с тензодатчика, в значения силы будет переводиться с помощью тарировочных коэффициентов, которые должны определяться экспериментально. Настройка уровня нуля служит для определения начала отсчета показаний.

В результате был автоматизирован процесс измерения прочностных характеристик деталей машин путем применения аппаратных и программных средств с увеличением точности измерения, c сокращением времени измерения и устранением субъективных ошибок.

Источник:
Шатеркин Н.С., Васильев В.А., Петухов К.Ю. Автоматизация измерений прочностных характеристик деталей машин // Информационные технологии в науке, промышленности и образовании: сборник трудов региональной научно-технической конференции. – Ижевск, изд-во: ИжГТУ. – 2018. – С. 277‑283.

Разработчик: Шатеркин Н.С., Васильев В.А., Петухов К.Ю. (ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, Ижевск)