автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Разработка автоматических технических средств весового контроля горной массы, перевозимой карьерным автотранспортом

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ Институт физико-технических проблем и материаловедения им. Ж. Жеенбаева

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ Кыргызский государственный технический университет им. И. Раззакова Кыргызско-Российский Славянский университет им. Б. Ельцина

Диссертационный совет Д.05.11.034

На правах рукописи УДК 629.1-49.003.13(572.2)

КАПЛИНА Татьяна Юрьевна

РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКИХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ВЕСОВОГО КОНТРОЛЯ ГОРНОЙ МАССЫ, ПЕРЕВОЗИМОЙ КАРЬЕРНЫМ

АВТОТРАНСПОРТОМ

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

2 9 АВГ 2013

Бишкек-2013

005532389

Работа выполнена в Институте горного дела и горных технологий при Кыргызском государственном техническом университете

им. И. Раззакова.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор |Пахомов П.И.|

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Казахского Национального технического университета Тусупбеков М.Р.;

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Института машиноведения НАН КР Васильев В.Б.

Ведущая организация: Кыргызский государственный университет строительства и архитектуры им. Н. Исанова

' Защита состоится «27» сентября 2013 года в 16-00 часов на заседании Межведомственного диссертационного совета Д.05.11.034 при Институте физико-технических проблем и материаловедения им. Ж.Жеенбаева HAH KP, Кыргызском государственном техническом университете им. И. Раззакова, Кыргызско-Российском Славянском университета им. Б.Ельцина, по адресу: 720071, г. Бишкек, пр. Чуй, 265-а, центральный корпус HAH KP.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке Национальной академии наук Кыргызской Республики.

Автореферат разослан « 23 » августа 2013г.

Ученый секретарь Межведомственного диссертационного совета Д. 05.11.034, кандидат физико-математических наук

В.В.Алифёров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. В настоящее время, ввиду резкого величения грузопотока, связанного с увеличением производства сырья и товаров, азвитием автомобильных и железных дорог, проблема учета грузов стала [ервостепенной. Развитие промышленности выдвинуло в последнее время ряд новых адач, связанных с созданием автоматизированных систем учёта товарно-материальных апасов и управлением производством. Улучшение организации грузовой и коммерческой ;еятельности станций взвешивания и подъездных путей направлено на обеспечение юлного удовлетворения потребностей страны в перевозках грузов с минимальной атратой технических и денежных средств. Основой любой станции взвешивания вляются автомобильные весы. Именно, поэтому к автомобильным весам предъявляются ысокие требования, поскольку от их эксплуатационных характеристик зависит кономическая эффективность всей станции и качество технологического процесса звешивания. Использование переносной весоизмерительной платформы (со встроенным гагнитоанизатропным датчиком) для весового контроля грузов в движении, дает озможность отслеживать грузопоток, как крупногабаритных машин, так и автомашин юбой грузоподъемности, а также производить контроль груза на таможенных пунктах и ю ходу движения автомобилей по дорогам внутри страны.

Связь темы диссертации с крупными научными программами, основными ¡аучно-исследовательскими работами, проводимыми научными учреяедениями. Данная работа была выполнена в Институте горного дела и горных технологий при Сыргызском государственном техническом университете им. И. Раззакова по гранту Линистерства образования и науки Кыргызской Республики.

Цель и задачи исследования. Целью является автоматизация процесса ¡звешивания автомобилей в движении на основе разработки технических средств ¡есового контроля горной массы, перевозимой карьерным автотранспортом. Для достижения цели исследования были поставлены задачи:

• анализ условий эксплуатации карьерного автотранспорта и способов взвешивания массы грузов, перевозимых карьерным автотранспортом.

• разработка и анализ параметров магнитоанизатропных преобразователей усилий (МПУ) и платформенных весов для взвешивания крупногабаритных изделий и транспортных средств;

• разработка и определение параметров устройства для дистанционного контроля местоположения движущегося объекта и его взвешивания в движении;

• оценка экономической эффективности внедрения в производство разработанных технических средств взвешивания грузов, перевозимых карьерным автотранспортом.

Научная новизна полученных результатов:

• разработаны новый способ и устройство дистанционного контрол: местоположения движущегося объекта с весоизмерительной платформой, < возможностью переноса платформы с одного места на другое, для взвешивани: транспортных средств со встроенными датчиками усилий, выполненных в вид МПУ;

• разработаны математические модели технических средств и систем! автоматического измерения, в целом, позволяющие, путем расчета, определит масса-геометрические параметры, необходимые для их конструирования;

• разработаны и испытаны оригинальные магнитоанизатропные датчики усилит (МДУ) на 1тс., 5тс., 10тс., ЗОтс., (1тс = ЮкН). Установлено, что с увеличение? частоты питающего напряжения МДУ, его выходная характеристик приближается к линейной. Получены экспериментальные характеристики подтверждающие их работоспособность.

Практическая значимость полученных результатов заключается в:

- разработке новых технических средств взвешивания грузов, перевозимы, карьерным автотранспортом;

- использовании полученных результатов для различных отрасле промышленности при определении местоположения движущегося объекта и ег взвешивании в движении с помощью разработанного устройства дистанционног контроля;

сходимости результатов аналитических расчетов с результатам! экспериментальных исследований;

- использовании в учебном процессе вузов при изучении специальны, дисциплин.

Экономическая значимость полученных результатов. Внедрени информационно-измерительной системы (ИИС) позволит получить экономически эффект в размере 122830 сом. Прибыль от предполагаемой реализации изделия состави 125476 сом.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

• способ и устройство дистанционного контроля местоположения движущегос объекта и его взвешивание в движении;

• математическая модель взвешивания массы грузов, перевозимых чере весоизмерительную платформу (В И П);

• методика расчета параметров МПУ;

• конструктивные особенности и эксплуатационные характеристики модуле магнитоанизатропных преобразователей силы (МПС).

Личный вклад соискателя:

- исследованы различные типы МДУ и способы взвешивания груз; перевозимого карьерным транспортом;

- разработаны и исследованы новый способ и устройство дистанционног контроля местоположения движущегося объекта;

установлено влияние основных конструктивных параметров есоизмерительной платформы от максимального перевозимого груза;

- предложена методика взвешивания массы грузов, перевозимых через ВИП;

- выполнена оценка экономической эффективности при внедрении технических редств взвешивания грузов, перевозимых карьерным автотранспортом.

Апробации результатов диссертации. Основные результаты и отдельные оложения диссертационной работы докладывались на научных семинарах, еждународной научно-практической конференции: КГ-МИ им. акад. У. Асаналиева (г. ишкек, 2003г.); на Международной научно-практической конференции, посвященной 0-летию КРСУ им. Ельцина «Единое образовательное пространство XXI века» (г. ишкек 2-3 октября 2003 г.); на ежегодных научно-технических совещаниях, по езультатам проведенных НИР в КРСУ им. Б.Ельцина и в ИГД и ГТ при КГТУ им. И. аззакова (г. Бишкек, 2004—2008 гг.); на научной конференции КНУ, посвященной 15-илетию ИИМОП (25 января 2011 г.).

Полнота отражения результатов диссертации в публикациях. По езультатам выполненных исследований опубликовано 10 печатных работ, подана заявка а 20100056.1(дата подачи 30 апреля 2010 г.) на изобретение КР находится на стадии огласования.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех лав, заключения, выводов, содержит 88 рисунков, 7 фото, 30 таблиц, 7 приложений и писка использованной литературы из 102 наименований с общим объемом 158 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы ель и задачи исследований, отражены научная новизна и практическая ценность, а так е представлена апробация на научных и международных научно-практических онференциях.

В первой главе представлен анализ и особенности эксплуатации карьерного втотранспорта, анализ существующих способов взвешивания массы грузов, перевозимых арьерным автотранспортом, основные направления и принципы автоматизации лектроизмерений.

Эффективность использования карьерных автосамосвалов зависит от )узоподъемности, мощности двигателя, объема кузова. Увеличение грузоподъемности вляется решающим фактором повышения эффективности работы.

Весовой контроль большегрузных автомобилей осуществляется классическим способом - на пункте установлены контрольные весы, которые работают по следующей

схеме: ось наехала, вес «успокоился», измерили. Затем выполняют математический асчет (суммирование) всех рейсов за определенный период (смену, неделю, месяц). Неточность, трудоемкость этого метода очевидна.

Предлагается экспериментальный образец малогабаритного автоматического весоизмерительного устройства (АВИУ).

Опыт создания и использования силоизмерительных устройств различног технологического назначения (кафедра «Физические процессы горного производства) КРСУ, лаборатория механики машин И.Маш. HAH KP) показывает технически возможность разработки, тиражирования весоизмерительных устройств для нуж

республики и экспорта.

Возрастание количества измерений, нарастание сложности аппаратуры повышение требований к точности, расширение использования математических методе обработки результатов измерений требуют создания специализированны

автоматизированных средств измерений.

Для эффективной эксплуатации автотранспорта необходимо: увеличени грузоподъемности автотранспорта, обеспечение комфортных условий для водителя создание экологической безопасности транспортного процесса. Для автоматизаци весового контроля транспорта необходимо создание малогабаритных автоматически весоизмерительных устройств со встроенными магнитоанизатропным преобразователями (датчиками) усилий, в которых, практически, не происход» перемещений рабочих органов, способных работать в сложных условиях экснлуатаци при значительных колебаниях температуры, влажности, запыленности окружающе среды.

Во второй главе проведен анализ исследований параметров весовы измерительных устройств и их конструктивных особенностей в зависимости о функционального назначения: взвешивание в статике с помощью стационарны фундаментных и бесфундаментных весов или мобильных весов (поосное взвешивание) взвешивание в движении (тензометрический метод взвешивания). Стационарные весы работающие в режиме долгосрочной эксплуатации, можно разделить на вес фундаментные и бесфундаментные, рычажные и электронные.

Мобильные весы (поосное взвешивание) - взвешивание в движении, даю возможность смены весов и проведения монтажа в любое время года, в связи отсутствие

стационарной ямы и фундамента.

Исследован метод взвешивания - тензометрия, как один из способов контрол взвешивания, основным элементом которого является тензодатчик. К силоизмерительны датчикам относят: тензометрические датчики, емкостные измерительны преобразователи, магнитоанизатропные датчики. Принцип работы тензометрически датчиков (тензодатчики) основан на способности специального резистора - менять сво активное электрическое сопротивление в зависимости от деформации (растяжения ил сжатия). Тензодатчик представляет собой упругий элемент, на поверхности которог наклеен проволочный преобразователь, обычно применяют проволоку из константан

диаметром 0,2-0,03 мм.

Проведены экспериментальные измерения тензометрического датчика на 1UU кгДСТ8-060 ГСП на силоизмерительной установке (Динамометр образцовый второг разряда ДО-2-5 №3). Анализ показал, что весоизмерительное устройство (ВИУ) дае максимальную точность при использовании малогабаритной АВИУ, преимуществ которой состоит в том, что модульная легко транспортируемая разборная конструкция

позволяет проводить монтаж в любое время и в кратчайшие сроки.

В третьей главе проведено исследование технических средств взвешивания массы грузов, перевозимых карьерным автотранспортом в движении - измерение массы соответствующего транспортного средства во время его перемещения по грузоприемному устройству весов путем определения нагрузки (нагрузок) на это устройство.

Разработано устройство для точного дистанционного контроля местоположения Движущегося объекта - транспортного средства (например, автомобиля), необходимое для выполнения взвешивания при наезде автомобиля на весоизмерительную платформу (рис.1)

Рис. 1. Схема размещения основных блоков устройства и функциональные связи между его элементами.

Построены графики зависимости амплитуд сигналов Аь А2 от частоты Г2> соответственно - А,=(Г,), А2=(Г2); точки Ашах - при резонансных частотах Гоь (02 (рис.2).

Л

Устройство (рис. 1) состоит из преобразователей перемещений, выполненных в виде высокочастотных генераторов (ГВЧ) 1, 2; петлеобразных одновитковых электромагнитных резонансных контуров 3, 4 с последовательно соединенными конденсаторами 5, 6; весоизмерительной платформы 7 ВИП, в которую встроен магнитоанизатропный преобразователь усилий МПУ 8; двух вольтметров 9 и 10; входов 11, 12 компаратора (К,) 13 и входов 14, 15 компаратора (К2) 16; выходов 17, 18; логического элемента И-НЕ 19. Преобразователи перемещений, выполнены в виде высокочастотных генераторов (ГВЧ) 1 и 2, электрически связаны и подают сигналы на петлеобразные одновитковые электромагнитные резонансные контуры 3, 4 с индуктивностями Ь, и Ь2, которые последовательно соединены с конденсаторами 5, 6 емкостями С, и С2 соответственно. Генераторы настроены в резонанс на частотах (га-Петлеобразные одновитковые электромагнитные резонансные контуры располагаются горизонтально и симметрично относительно друг друга, непосредственно на ВИП 7. В

ВИП 7 встроен МПУ 8.

Измерение сигнала осуществляется с помощью двух вольтметров 9 и 10, с выходов которых сигналы воздействуют на входы 11 и 12 компаратора (К,) 13 и на входы 14 и 15 компаратора (К2) 16, задача которых распознать сигналы и подать их на соответствующие выходы 17 и 18. Сигналы с выходов 17 и 18 подаются на логический элемент И-НЕ 19, а затем, в схему считывания информации об изменении веса транспортного средства. Задача компараторов - сравнить сигналы с вольтметров 9 и 10 с частотой Гь В исходном состоянии, т. е. при отсутствии транспортного средства на платформе 7, частоты не равны друг другу а резонансная частота меньше

резонансной частоты ^ (1ш«02)- Когда транспортное средство наезжает на ВИП 7, амплитудный сигнал А1 уменьшается, а амплитудный сигнал А2 остается неизменным. При полном наезде транспортного средства на ВИП 7 амплитудные значения А, и А2 равны друг другу (А,=А2), в этот момент производится измерение массы груза, перевозимого транспортным средством, при помощи МПУ 8

При съезде транспортного средства с ВИП 7 нарушается равенство амплитуд, амплитудное значение А, остается неизменным, амплитудное значение А2 уменьшается.

8

начение А2 уменьшается. Что является основанием для окончания процесса точного пределения местоположения объекта и процесса взвешивания.

Для составления дифференциального уравнения вертикальных колебаний втомобиля при наезде на препятствие, принимаем следующие допущения: платформа есоизмерительная абсолютно жесткая, профиль дороги гладкий, массой колес ренебрегаем, ввиду их малости (по сравнению со всей подвижной системой) (рис.3).

Рис. 3 Расчетная схема ВИП при наезде колеса на нее.

Весь путь S (t) разбиваем по времени на три участка: 1) t < t0 =0 — время, за оторое автосамосвал преодолевает путь s(t) до весоизмерительной платформы с постоянной скоростью Ум = const; 2) 0<t < tn - время подъема автосамосвала на есоизмерительную платформу со скоростью Vjlf Ф const ; 3) t > t„ - время проезда втосамосвала по весоизмерительной платформе со скоростью Wm = const .Условиями подъема 0<t < tn являются: y(t) = S(t) - перемещение массы Ш груженого втосамосвала; %{t) = V t - перемещение автосамосвала вдоль дороги; y(t) = % х tgar -

y(t) = V„ х/ear xt

взаимосвязь вертикального и горизонтального перемещения; J к ' м ° ; F = /77х а. сила инерции; Ь х у - сила вязкого сопротивления; СХУ - сила упругости; тху - сила инерции, действующая на массу Ш Дифференциальное уравнение вертикальных колебаний автомобиля при наезде на препятствие примет вид: .. , N

my + by + cy = kn—tga ^ (1)

где кп - переводной коэффициент; N - мощность автосамосвала; V- скорость движения автосамосвала.

Разделим каждый член уравнения на с - коэффициент жесткости пружины обозначения:

Т.-М ТдЛ * = ^ „

V с . с ■ с ; Р — ——--- вертикальное усилие

С учетом этих обозначений уравнение (1) примет вид:

Т?"у+Тду+у = кРг

т

к - постоянная времени, способствующая раскачиванию системы;

где

т

д - постоянная времени, способствующая демпфированию колебания. Характеристическое уравнение имеет вид:

Тк2г2 +7> + 1 = 0

Корни характеристического уравнения:

-Тд±^Тд2-4Тк2

-:--Тд)2Тк

2 Т

к , при условии

Общее решение уравнения имеет вид:

у = с,еги +с2ег2'

2Т2 . ^4Т2 -Т2

Т . ,, _ V I)

Тд(2Тк Т=—,со-

При условии д к, Тд 2Тк

к

Корни характеристического уравнения: 12

Решение уравнения, в этом случае, имеет вид:

У = Ус Ус - кР

- 1

1-е т(собСй1 +-втюО

Та>

где

Графики переходных процессов приведены на рис.4.

У /^Х Тк

Ус

о

Рис. 4. Графики переходных процессов.

Т )2Т

При д/ к - переходной процесс будет происходить по двум экспонентам с точкой

Т (2Т

перегиба П., а при д к - по колебательному закону. Они дают возможность реализовать желаемый закон переходного процесса и его длительность.

Используя выведенные формулы, можно определить Ум - скорость машины, а-угол наклона весоизмерительной платформы, Ь - высоту весоизмерительной платформы, т.е. конструктивные параметры и создать весоизмерительную платформу, исключающую, изначально, влияние колебаний автомобиля на процесс взвешивания (рис.5).

Рис.5. График зависимости Ь2=Да) длины плиты до центральной осевой линии 1.2 [мм] от угла наклона а° ВИП при наезде колеса на нее.

Разработаны станция взвешивания (на базе ПК) для автоматического определения массы груза, перевозимого автотранспортом, аппаратное и программное обеспечение для регистрации и обработки измерительной информации о взвешивании автотранспорта в движении в среде Ма1:ЬаЬ. Среда Ма1ЬаЬ объединяет математические вычисления, визуализацию и мощный технический язык с пакетом графического интерфейса ЯшшПпк и представляет собой новое поколение средств автоматизированной разработки информационно-измерительного комплекса (ИИК). Разработана структура ИИК (рис.6). 11

Рис. 6. Общая структура ИИК взвешивания автотранспорта в движении, где ПИП - первичный измерительный преобразователь; ВИПр - вторичный измерительный преобразователь; БП - блок питания; МТ-монтажный терминал; ПК-

персональный компьютер.

В общем случае, объектом исследований для данного ИИК является тот или иной параметр процесса взвешивания, который воздействует на ПИП. Реакция ПИП на внешнее возмущение, в виде сложного аналогового электрического сигнала, поступает на вход ВИПр, который осуществляет соответствующую обработку информационного сигнала, включая операцию нормирования. Для разработки станции взвешивания и построения ИИК, на базе среды MatLab, необходимо программное и аппаратное обеспечение. При помощи блоков пакета Simulink строим Simulink-модель для проведения эксперимента в режиме реального времени в Приложении Real Time Application. Конечной целью эксперимента является не только получение массивов данных результатов измерений аналоговых сигналов, но и последующая их обработка, построение таблиц, на основе данных сигналов, графиков зависимости массы груза, перевозимого автотранспортом от ПИП сигнала напряжения, выполненного в виде магнитоанизатропного преобразователя усилий. Для построения графиков выполнено сравнение данных от Scope и преобразователя из рабочего пространства в файл matlab.mal. Программа автоматически обрабатывает сигнал и строит ¡рафик. Исследование и анализ технических средств взвешивания массы грузов, перевозимых карьерным автотранспортом, в движении электромагнитным методом показали возможность получения информации о движущемся объекте по заданному пути без изменения его скорости и траектории движения, что может быть использовано в горнодобывающей промышленности и в различных других отраслях. На основании анализа математической модели взвешивания массы грузов, перевозимых через ВИП, установлено, что - подбирая параметры системы с помощью постоянных времени Тк, Тд можно реализовать желаемый вид и длительность переходного процесса взвешивания; -на точность взвешивания, практически, не влияют параметры весоизмерительной платформы и магнитоанизатропного датчика усилий; - рекомендуемые скорости движения автотранспорта - от 5 до 7 км/ч. В зависимости от грузоподъемности автотранспорта, значения угла наклона а, длинны L2 (при неизменных h =113 мм и Ll=3200 мм) равны - а=16°, L2=3594 мм.

В четвертой главе разработана ВИП с МПУ (рис. 7). ВИП состоит из основания 1, двух встроенных симметрично расположенных магнитоанизатропных преобразователей (датчиков) усилий МПУ 2, на которые опирается балка 3, корпус 4 с симметрично расположенными четырьмя отверстиями для болтов 5 и наклеенной по

12

поверхности ВИП конвейерной ленты 6, которая предохраняет ВИП от агрессивного атмосферного влияния окружающей среды. Конструкция основания 1 представляет собой прямоугольной формы плиту 7, к которой жестко привариваются боковые стенки 8, два симметрично расположенных стакана 9 и центральная опора 10, которая имеет воздушный зазор с балкой 3. Для усиления конструкции ВИП и предотвращения прогибов корпуса к стаканам 9 и центральной опоре 10 привариваются угловые опоры 11.

Электрические сигналы, получаемые на выходах МПУ, поступают на аналого-цифровой преобразователь АЦП, а затем, с целью дальнейшей обработки, запоминания, хранения и т. д. результатов измерения, на персональный компьютер ПК.

В ходе экспериментов построены характеристики (рис.8)._

0 200 400 ^рс^ 800 1000 1200

Р, кг

Рис.8. Тарировочная характеристика магнитоанизатропного датчика усилий

на 10 кН. ¡ = 1000 Гц; ~ию = 3,0. В 13

Сравнительный анализ графиков МДУ при частотах 50 Гц и 1000 Гц, показывает, что, с увеличением частоты питающего напряжения выходная

характеристика приближается к линейной, при р=о, и вых-и 2Ф0

нагрузка на МДУ отсутствует, а выходной сигнал имеет определенное значение. Для того, чтобы выходной сигнал отсутствовал, его требуется дополнительно компенсировать электронной схемой с использованием операционного усилителя (типа К5442, УД 1А (Б), УД2А(Б).).

К преимуществам и недостаткам шихтованных магнитоупругих преобразователей (ШМП) и монолитных МДУ, относятся: - конструктивное отличие

ТТТМТТ от МДУ; - характеристика U вых = f{P) при частоте 50 Гц, для ШМП линейна при Р=0 и U вых = 0 ; - характеристика

и еых=Ар)

при частоте 50 Гц для МДУ

не линейна; - при увеличении частоты больше 50 Гц. характеристика ШМП становиться нелинейной, возрастает погрешность измерений из-за увеличения петли гистерезиса:

AUeblx=UH-Uc6,

где A U вых- потери напряжения на петлю гистерезиса, В; U н - напряжение при нагрузке модуля преобразователя, В; Uc6 - напряжение при сбросе нагрузке, В.

Характеристика U вых = f{P)МДУ нелинейная только при 50 Гц, а при 400 Гц

и выше становиться линейной, со смещением, соответствующим началу координат.

Относительная погрешность Д% для всех МДУ определялась, как отношение

максимального отклонения характеристики U вых —fij3) от прямой, проведенной

через нулевое и максимальное значение U2max этой характеристики, к ее максимальному значению, т.е.

Д%=[(8тах-5л)/Штах] -100%,

где Smax - ордината максимального отклонения характеристики U вьа —f{P) от прямой;

8л - ордината прямой линии в точке отсчета ординаты 5тах; U2max - максимальное значение характеристики

Проведен расчет по градуированным характеристикам относительной погрешности для всех МДУ с помощью программы Microsoft Office Excel 2010.

Исходными данными для расчета МПУ являются: диапазон измеряемых нагрузок - грузоподъемность карьерных автосамосвалов, и возможные величины перегрузок.

При выполнении расчета необходимо определить геометрические размеры МПС, величину выходного сигнала. Геометрические размеры характеризуются активной площадью - площадью поперечного сечения, высотой преобразователя, количеством секций - модулей и их длиной, размерами отверстий под обмотки и их расположением.

Габаритный размер в направлении действия измеряемой силы (Р- приложенной нагрузки) имеет важнейшее значение для обеспечения необходимой точности измерения. Для цилиндрической формы, обычно, высота преобразователя должна быть не меньше двух его диаметров (рис. 9).

'I

I п И

и ш да/

РТ 2а

П I

ц ^ег01 Г

И

о 1

2а

а) б) в)

Рис. 9 Модули МПУ: а) - модуль прямоугольный; б) - модуль многогранный; в) - модуль рельсообразный. Р - приложенная нагрузка, кг.

Все три варианта имеют одинаковые соотношения геометрических размеров <1, й

и 2а: В>2с1;2а>ЗВ;Ь>2а.

Расчет геометрических параметров преобразователя начинаем с выбора конструктивной схемы МПУ. Модуль «а» рекомендуется для измерения сосредоточенных и относительно малых нагрузок (до 400 кН). Модуль «б» рекомендуется при незначительных перегрузках. Модуль «в» - для наихудших условий работы - с частыми и большими перегрузками и для измерения распределенных нагрузок, характер которых может изменяться.

Таблица 1

Геометрические размеры модулей магнитоанизатропных монолитных преобразователей силы.

Вариант модуля Размеры, мм.

(1 Б 2а Ь

а 3 6 20 20 -

б 6 12 40 60 -

в 7 14 40 80 10

Так как, грузоподъемность карьерных автосамосвалов варьируется от 7 до 319,8т. и до 500т=5000кН, то выбираем рельсообразный «в» - модуль (табл.1), определяем конкретные геометрические размеры выбранного модуля и материал, из которого нужно его изготовить. Для наших целей, подходит сплав Х23Ю5, который выпускается серийно. Его стоимость - 500 руб./г сравнительно низкая (5н =100 МПа=108 Н/м2= 105 кН/м2; 8тах =660МПа). Рассмотрим расчет силоизмерительных датчиков, предназначенных для измерения максимальных нагрузок - до 150 кН. Расчет площади поперечного сечения преобразователя осуществляется по формуле:

S„ =—м2 ' 1,5 *5Н

где Ри — номинальная нагрузка (тс);

1,5 - полуторократный запас с учетом неравномерности нагрузки;

дн - номинальная величина усредненного давления (тс/м2).

Активная длина секции одномодульного преобразователя должна быть меньше его ширины и может быть рассчитана по формуле:

Рнх Ю6

1.5 х 8Н х а„

-ММ,

где ас = 20 мм - ширина секции одномодульного преобразователя

минимальный радиус модуля МПУ (табл.1);

Ориентировочный электромагнитный расчет конструктивных модулей может быть произведен методом подобия, основанным на предположении о линейной зависимости параметров преобразователя от его геометрических размеров. Базовые значения магнитодвижущей силы первичной обмотки для фехралей выбирают в диапазоне (60-184) ампервитков: /, х о», = 63 ,

где, су, = 28— количество витков первичной обмотки в рекомендуемом базовом модуле, тип провода - ПЭЛШО, тогда /, = 2.25А

Благоприятные условия отвода тепла от преобразователей позволяют допускать плотность тока в их обмотках возбуждения от 10 до 12А/мм2 (I),

¿ = 1.13*^™' ¿,=1.13x^5 =

:0.49

мм,

где /] - величина тока в обмотке, А; 3 - допустимая плотность тока, А/(мм)2;

Напряжение питания преобразователя рассчитывают из условия получения необходимого магнитного потока. Поэтому, при расчетах

принимают среднее значение индукции, и для сплава Х23Ю5 она составляет 1,5-

1,77Тл:

£/, = 5.65хК/ха)1х/пхВсрх80хп В,

где Ку =1.11 - коэффициент формы синусоидального напряжения питания; /п = 5 0 Гц - частота напряжения;

- площадь магнитопровода, охватываемая первичной обмоткой; ВСР =1.77 Тл-среднее значение индукции для выбранного сплава Х23Ю5; /7 = 1- число секций (модулей) преобразователя; 50 =Ьсх (л/2 х £) - с/), м2.

Выходной сигнал преобразователя при полной удельной нагрузке, рассчитываем о формуле:

А(/2 =Кпх(1\ хсох)х рхунхсо2хп В,

где Кп = 1 - коэффициент подобия;

X &>,) X р - расчетная магнитодвижущая сила, А; ун =17.5 мВ/А-чувствительность для Х23Ю5.

В рекомендуемом базовом модуле провода вторичной обмотки (типа ПЭВ иаметром 0,2 мм) 6)2 = 200 - число витков вторичной обмотки датчика. Тогда максимальный выходной сигнал датчиков определяется:

Д и2 = 1 х 63 х 17,5 х 200 х 1=220500мВ

ВЫВОДЫ:

В работе получены следующие основные научные и практические результаты:

1. Разработана ВИП с МПУ, которая имеет ряд преимуществ: ВИП является переносной, со встроенными двумя симметрично расположенными МПУ. Ее конструкция легко разбирается и есть возможность замены на другие МПУ, в зависимости от нагрузки; форма ВИП - трапецеидальная с закругленными углами, что снижает динамические колебания амортизаторов при наезде транспортного средства на платформу.

2. Разработаны МДУ - 10; 50;100, предназначенные для измерения бесконтактным способом механических напряжений в подвижных деталях платформы, что позволяет определить вес автосамосвала при его движении.

17

Испытания показали, что МДУ — 10; 50; 100 имеют относительную погрешность измерения Д% в пределах 0,048% - 0.182 % при f=1000 Гц, что соответствует классу точности 0,2-0,5.

3. Разработана математическая модель, которая позволяет исследовать переходные процессы при взвешивании автосамосвала с грузом.

4. Разработан способ взвешивания горной массы в движении карьерного автотранспорта, который имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами: при взвешивании не тратится время на остановку; снижается расход топлива; уменьшается объем выхлопных газов при равномерном движении; возможность работы в экстремальных условиях.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Каплина Т. Ю. Автоматический весоизмерительный контроль грузов, перевозимых автотранспортом [Текст]/П. И. Пахомов, Т. Ю. Каплина // Единое образовательное пространство XXI века: Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 10-летию КРСУ. /Отв. ред. В. И. Нифадьев. - Бишкек: Изд-во КРСУ, 2003. - С. 238-244.

2. Каплина Т.Ю. Автоматическое взвешивание горной массы перевозимой карьерным автотранспортом [Текст] / П. И. Пахомов, Т. Ю. Каплина // ГОРНЫЙ информационно-аналитический бюллетень №5. / Ред. совет под пред. П.А. Пучковым. - Москва: Изд-во Московского Государственного Горного Университета, 2006- С. 268-274.

3. Каплина Т.Ю. Автомобильный транспорт на открытых горных работах [Текст] / П. И. Пахомов, Т. Ю. Каплина // МАШИНОВЕДЕНИЕ. Сборник научных трудов Институт машиноведения. Вып. 1.1 Отв. Ред. HAH KP М.С. Джуматаев; HAH Кыргызской Республики. Институт машиноведения. - Бишкек: Илим, 2010.-С. 110-115.

4. Каплина Т.Ю. Весовой контроль грузов с помощью автоматического весоизмерительного устройства [Текст] / П. И. Пахомов, Т. Ю. Каплина // ГОРНЫЙ информационно-аналитический бюллетень №11./ Ред. совет под пред. П.А. Пучковым. - Москва: Изд-во Московского Государственного Горного Университета, 2006. - С. 289-292.

5. Каплина Т.Ю. Динамика подвижной системы автомобиля при наезде н весоизмерительную платформу [Текст] / П. И. Пахомов, Т. Ю. Каплина / Горный журнал Казахстана. №3 ,2010. - С. 39-41.

6. Каплина Т.Ю. Расчет магнитоанизатропного преобразователя усилий [Текст] П. И. Пахомов, Т. Ю. Каплина // Вестник КРСУ. Том 7.№1, 2007,- С. 69-75.

7. Каплина Т. Ю. Автомобильный транспорт на открытых горных работах [Текст] / Т. Ю. Каплина // Вестник КРСУ Том 7.№1, 2007,- С. 82-85.

8. Каплина Т. Ю. Влияние параметров амортизатора на точность измерений при колебательных процессах [Текст] / Т. Ю. Каплина // Горный журнал Казахстана №2, 2010,-С 25-28. 18

9. Каплина Т.Ю. Разработка станции взвешивания для автоматического определения массы груза, перевозимого автотранспортом на базе ПК [Текст] / Т. Ю. Каплина // Вестник КНУ им. Ж. Баласагына: Труды Института интеграции международных образовательных программ КНУ им. Ж. Баласагына. Специальный выпуск. Интеграционные и инновационные процессы в образовании и науке: состояние, перспективы. Материалы Республиканской научно-практической конференции, посвященной 15-летию ИИМОП КНУ им. Ж. Баласагына. - Бишкек: КНУ, 2011.- С 421-426.

10. Каплина Т. Ю. Использование грузового автотранспорта в народном хозяйстве и горной промышленности [Текст] / Т. Ю. Каплина .// Горный журнал Казахстана. №4,2011.- С. 22-24.

Кыскачакорутунду.

Каплина Татьяна Юрьевна «Карьердик автотранспорт менен тартылып жаткан жукту таразалоонун автоматтык техникалык каражатын иштеп чыгуу» техникалык илимунн кандидаты наамына талапкерлик жумуш. 05.13.06 - Техникалык процесстер жана ендурушторду башкаруу автоматташтыруу

Урутуу создор: карьердин автотранспорту, жук кетерумдуулук, тоо-кен массасы,журуп баратканда таразалоо, салмак ченоечу платформа, кучту анизатроптуу жол менен озгортуу, анизатроптук корсеткучу, маалымат жана ченвочу система, ченвочу жана эсептек чыгаруучу комплекс, кичи процессор, аналог жана санаритик взгортуучулвр.

Изилдвв обьекти: электромагиттик ыкмасында карьердик автотранспорт менен тарылып жаткан тукту таразало.

Изилдоонун максаты: Карьерде жук ташыган автотранспорту журуп баратканда таразалоо жана анын ордун аныктоо ыкмасын иштеп чыгаруу.

Изилдоонун ыкмалары: Салмак ченеоу платформанын конструктидик параметрлерик аналитикалык жол менен эсентеп чыгаруу жана магнитоанизотроптук керсоткучтердун жардамы менен изилдее.

Изилдоонун негизен жыйынтыктары жана алардын жацылыгы: сунушталган математакалык модельдин негизниде жаны магнитоанизатроптук кучту ченен корсотуучулар , таразалоо платформасы жана тылып бараткан траспорттун аныктоочу жабдуулар ойлоп чыгарыман жана иш жузундо текшерылген.

Изилдоонун жыйынтыктарын колдонуу: бул ыкма тоо-кен казылып алынгып жерде автотранспорт менен жук талыгал жерде колдонсо болот.

Колдонуу аймагы: тоо-кен казып алууда автотранспорт менен жук тамыганда, курунуш матерналдаруи ендурган жерлерде жана базы терминалдарында колдонсо болот.

РЕЗЮМЕ

диссертации Каплиной Татьяны Юрьевны на тему: «Разработка автоматических технических средств весового контроля горной массы, перевозимой карьерным автотранспортом» на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - автоматизация и управление технологическими процессами и производствами

Ключевые слова: карьерный автотранспорт, грузоподъемность, горная масса, взвешивание в движении, весоизмерительная платформа, магнитоанизатропный преобразователь усилий, магнитоанизатропные датчики усилий, информационно -измерительная система, измерительно-вычислительный комплекс, микропроцессор, аналого-цифровой преобразователь.

Объект исследования: процесс взвешивания массы грузов, перевозимых карьерным автотранспортом в движении, электромагнитным методом.

Цель работы: Разработать автоматическое устройство взвешивания горной массы в движении карьерного автотранспорта: «Устройство для дистанционного контроля местоположения движущегося объекта и его взвешивание в движении».

Методы исследования и аппаратура: математический метод, позволяющий путем расчета определить масса-геометрические параметры весоизмерительной платформы, экспериментальные исследования магнитоанизатропных датчиков усилий с помощью установки «Динамометр образцовый второго разряда - ДО-2-5 №32».

Полученные результаты и их новизна. Разработаны: новый способ и устройство дистанционного контроля местоположения движущегося объекта с весоизмерительной платформой; математические модели технических средств и системы автоматического измерения, в целом, позволяющие путем расчета определить масса-геометрические параметры, необходимые для их конструирования. Разработаны и испытаны оригинальные магнитоанизатропные датчики усилий.

Рекомендации по использованию результатов исследования: способ может быть использован в горнодобывающей промышленности, дорожно-транспортными службами, на таможне и в других отраслях.

Область применения: горнодобывающая промышленность; различные другие отрасли, в которых требуется взвешивание грузов; учебный процесс вузов при изучении специальных дисциплин.

THE RESUME

Kaplina Tatyana Jurevna «Working out automatic means of the weight control of the mountain weight transported by career motor transport» for the scientific degree of Ph.D. (Candidate of Technical Sciences) in the specialty 05.13.06-Automation and Control of Technological Processes and Manufactures (on branches)

Keywords: career motor transport, load-carrying capacity, mountain weight, weighing in movement, weight of measurement of a platform, the magnetic converter of efforts, magnetic gauges of efforts, it is information measuring system, the izmeritelno-computer complex, the microprocessor, the analogue-digital converter.

Object of research: weighing of weight of cargoes transported by career motor transport in movement by an electromagnetic method.

The work purpose: to develop the automatic device of weighing of mountain weight in movement of career motor transport: «the Device for the remote control of a site of moving object and its weighing in movement».

Methods of research and equipment: the mathematical method, allowing by calculation to define the weight-geometrical parameters platforms, experimental researches by means of installation the Dynamometer exemplary the second category - /1,0-2-5 №32 MarHHToaHH3aTponHtix gauges of efforts.

The received results and their novelty. The new way and the device of the remote control of a site of moving object with a platform are developed, mathematical models of means and system of automatic measurement as a whole are formulated, allowing by calculation t define the weight-geometrical the parameters necessary for their designing, are developed an tested original MarHHToammTponHwe gauges of efforts.

Recommendations about use of results of research: the way can be used in th mining industry and other branches.

Scope: in the mining industry in various other branches, in educational process of hig schools at studying of special disciplines.