330 / ЗаданКурсЖурналПолныйМПУСУ / 2СУ_ХарактеристикШин

В статье представлена построенная на базе промышленного компьютера

автоматизированная система, предназначенная для определения статических

характеристик пневматических шин с помощью технических средств управляемого

ею стенда.

ВВЕДЕНИЕ

ударов и вибраций, плавность хода,

В процессе производства шины под

Безопасность движения многих ви

управляемость и безопасность движе

вергаются целому ряду лабораторных

дов наземного транспорта (автомоби

ния. Поэтому шины постоянно совер

испытаний, в том числе статическим

лей, тракторов, комбайнов, дорожно

шенствуются в направлении примене

испытаниям, при проведении которых

строительных машин и др.) и са

ния современных материалов, увели

определяются геометрические пара

молётов в значительной степени опре

чения прочности корда и улучшения

метры и весовые характеристики, де

деляется совершенством и прочностью

его связи с резиной, что, в свою оче

формация шины при её обжатии нор

применяемых в них пневматических

редь, способствует повышению стой

мальной силой, реакция шины на воз

шин, являющихся одним из основных

кости шин к повреждениям, улучше

действие крутящего и поворотного мо

элементов ходовой части. В процессе

нию их тягово сцепных свойств, сни

ментов и др., и динамическим испыта

эксплуатации шины обеспечивают

жению теплообразования и сопротив

ниям, целью которых является опреде

сцепление колёс с дорогой, передачу

ления шины качению и, как следствие,

ление деформации шины и изменения

тяговых и тормозных сил, смягчение

повышению безопасности эксплуата

её радиуса при качении колеса по бего

возникающих при движении толчков,

ции транспортных средств.

вому барабану, влияния разогрева ши

ны на её характеристики и пр.

На стендах устаревшей конструкции,

эксплуатируемых и сегодня на некото

рых шинных заводах России, для созда

ния радиальной нагрузки на испыты

ваемую шину используется гидравличе

ский привод, основным недостатком

которого является низкая точность под

держания задаваемой нагрузки и скоро

сти деформирования шины. Измерение

геометрических размеров шины на та

ких стендах производится вручную с

помощью стандартных средств измере

ния линейных размеров (линейка, ру

летка, штангенциркуль и т.п.).

Современные стенды для создания

радиальной нагрузки на шину исполь

зуют силовой гидроцилиндр, управляе

мый сервоклапаном. Сервогидравли

ческий следящий привод таких стен

дов, с одной стороны, обладает высо

28

кой точностью воспроизведения и под

Рис. 1. Внешний вид стенда ИПШ 500

держания заданного значения нагруз

www.cta.ru

СТА 1/2008

СТА 1/2008

www.cta.ru

по перемещению шины, который про

ной на ней шиной по гладким колон

флажком ФЛ2 отключается приводной

порционален величине перемещения

нам КЛ. Положение траверс, а значит и

двигатель.

шины от места, соответствующего об

испытываемой шины, при известном

Далее описывается, каким образом

нулению преобразователя ПУП, посту

шаге ходовых винтов однозначно опре

определяются статические характери

пает на интерфейсную плату ЛИР 930,

деляется количеством оборотов вала

стики шины.

а затем в системный блок компьютера.

приводного двигателя. При перемеще

Наружные диаметр и ширина шины

Сравнение сигналов задания и обрат

нии траверс испытываемая шина авто

определяются на ненагруженной ши

ной связи осуществляется в компьюте

матически устанавливается в одно из

не, расположенной на силовой плите

ре в цифровом виде. Отклонение меж

положений: в случае определения гео

СП. Наружный диаметр шины вычис

ду реальным значением сигнала обрат

метрических размеров и при испыта

ляется по формуле:

ной связи и заданным значением

ниях на обжатие – до соприкоснове

D = 2(L − l ),

управляющего сигнала преобразуется

ния испытываемой шины с силовой

ЦАП многофункционального модуля

плитой СП (при снятом наконечнике

где L – расстояние от верхнего положе

РСI 1716 в сигнал рассогласования U.

НК), а при испытаниях на продавлива

ния траверс (место, соответствующее

В соответствии с величиной сигнала

ние – до соприкосновения с наконеч

обнулению преобразователя ПУП) до

рассогласования ПИД регулятор, вхо

ником НК. При нагружении шины

силовой плиты – конструктивно из

дящий в состав частотного регулятора,

возникающая нагрузка измеряется дат

вестная величина;

формирует сигнал задания частоты.

чиками силы ДС (их четыре). Сигналы

l – величина перемещения траверс с

Под воздействием этого сигнала час

этих датчиков после усиления усилите

закреплённой на них шиной от своего

тотный регулятор изменяет частоту

лями модулей УИ преобразуются АЦП

верхнего положения до соприкоснове

вращения приводного двигателя и

многофункционального модуля РСI

ния шины с силовой плитой.

стремится привести разницу между за

1716 и поступают в системный блок

Наружная ширина (ширина профи

данным и реальным значениями пара

компьютера для измерения действую

ля) шины определяется при соприкос

метра управления к нулю. Крутящий

щего значения нагрузки на шину, запи

новении упоров УП с боковыми сторо

момент, создаваемый приводным дви

си диаграмм деформирования шины и

нами шины как сумма перемещений,

гателем, через червячный редуктор РД

организации защит шины и стенда.

измеренных преобразователями ПЛП1

вращает ходовые винты ХВ, которыми

Конечный выключатель КВ2 срабаты

и ПЛП2. Для обеспечения постоянного

30

перемещаются траверсы ТР с за

вает в крайнем нижнем положении

контакта упоров УП с шиной корпуса

креплённой в них осью и расположен

траверс, при замыкании его контактов

преобразователей ПЛП подпружинены.

www.cta.ru

СТА 1/2008

Р А З Р А Б О Т К И / К О Н Т Р О Л Ь Н О * И З М Е Р И Т Е Л Ь Н Ы Е С И С Т Е М Ы

Продольная деформация шины опре

ноплатного промышленного компью

ния шины, но и пониженное энергопо

деляется в режиме обжатия шины мо

тера РСА 6184 производства фирмы

требление стенда. Снижение потреб

нотонно возрастающей нагрузкой, соз

Advantech,

установленного

в корпусе

ляемой электроприводом стенда мощ

даваемой путём перемещения траверс

IPC 610 этой же фирмы. В данном кор

ности является следствием его функ

по колоннам. Датчиками силы измеря

пусе также размещён многофункцио

ционирования в следящем режиме, ко

ется воздействующая на шину нагруз

нальный модуль РСI 1716 (Advantech),

гда большую часть времени (подготов

ка, а продольная деформация шины

который имеет 16 канальный АЦП,

ка к проведению испытания, работа на

измеряется преобразователем ПУП как

используемый для преобразования ин

нагрузках, меньших

номинальной)

расстояние, пройденное траверсами от

формации с каналов измерения на

приводной двигатель работает с низ

положения измерения наружного диа

грузки, и два ЦАП, используемых для

кой скоростью вращения ротора [3].

метра шины до их положения при но

формирования

разностного сигнала

Такой режим работы электропривода

минальной нагрузке.

управления электроприводом стенда.

позволяет не только экономить элек

Поперечная деформация шины опре

Для измерения наружного диаметра,

троэнергию, но и повысить ресурс са

деляется одновременно с измерением

продольной деформации и определе

мого двигателя и приводных механиз

продольной деформации шины как

ния энергии разрушения шины при

мов.

сумма перемещений, измеренных пре

менён растровый преобразователь уг

образователями ПЛП1 и ПЛП2.

ловых

перемещений

ЛИР 158А

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Энергия разрушения шины определя

(600 импульсов на один оборот вала), а

Программное обеспечение комплек

ется в режиме продавливания, для чего

для измерения наружной ширины и

са разработано в среде Borland C++

на силовую плиту устанавливается на

поперечной деформации шины – рас

Builder и работает под управлением ОС

конечник НК, который в процессе на

тровые преобразователи линейных пе

Windows

XP.

Использование ОС

гружения шины вдавливается в ребро

ремещений ЛИР 7 (преобразуемое пе

Windows XP было продиктовано, с од

(«шашку») рисунка протектора до раз

ремещение до 620 мм). Для согласова

ной стороны, отсутствием особых тре

рушения шины или до упора наконеч

ния и обработки сигналов с растровых

бований к работе системы управления

ника в обод, на котором смонтирована

преобразователей используется интер

в реальном масштабе времени, а с дру

шина. В момент разрушения шины ре

фейсная плата ЛИР 930, имеющая три

гой стороны – применением стандарт

гистрируется нагрузка, приложенная к

независимых канала измерения с че

ного, общеизвестного интерфейса, об

шине, и глубина проникания наконеч

тырёхкратной интерполяцией. Интер

легчающего обучение работе на стенде

ника в шину. Энергия разрушения вы

фейсная плата установлена в слот ISA

и не требующего специальной подго

числяется по формуле [2]:

промышленного компьютера.

товки оператора.

Аналоговая часть системы включает

Взаимодействие управляющей про

W =

P l

,

в свой состав тензометрические датчи

граммы с аппаратной частью системы

2

ки силы и их масштабирующие усили

осуществляется

с

использованием

где P – нагрузка вдавливания в момент

тели, объединённые пассивной кросс

драйверов в виде пакета библиотек ди

разрушения шины, измеренная датчи

платой, на которой дополнительно ус

намической компоновки (DLL) фир

ками силы;

тановлены разъёмы внутренней шины

мы

Advantech. Для

взаимодействия

l – глубина проникания наконечника,

и источники питания +5 В и ±15 В

программы с растровыми преобразова

измеренная преобразователем ПУП.

производства фирмы Interpoint. Кросс

телями перемещения создан ориги

Требуемая точность поддержания за

плата размещена в корпусе IPC 610, в

нальный драйвер, позволяющий осу

данной скорости деформирования ши

котором также расположена плата оп

ществлять съём данных измерения и

ны и её позиционирования обеспечи

тронных развязок MPB 8 фирмы

производить их предварительную об

вается использованием ПИД алгорит

Octagon Systems с модулями ввода вы

работку.

ма регулирования и цифрового конту

вода Opto 22 для гальванической изо

Драйвер использует функции биб

ра регулирования параметра управле

ляции силовой автоматики стенда и

лиотеки Windows API, поддерживаю

ния, а точность определения геометри

цифровых портов ввода вывода ком

щей драйверы режима ядра, которые

ческих размеров шины и зависимости

пьютера.

позволяют читать, изменять и записы

размеров шины от силы её обжатия –

В системе предусмотрена возмож

вать таблицы карты разрешения ввода

использованием высокоточных рас

ность измерения характеристик испы

вывода (IOPM). Свободное обращение

тровых преобразователей перемеще

тываемых шин при различных внут

к

регистрам интерфейсной платы

ния.

ренних давлениях. Изменение давле

ЛИР 930 на уровне пользователя осу

ния в шине обеспечивается аппарату

ществляется после сброса соответст

АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

рой пользователя стенда.

вующих битов IOPM.

Рассмотренная система управления

Аппаратные средства системы раз

Программа управления работает па

и измерения статических характери

мещены

в

шкафу

PROLINE

раллельно по двум потокам: один

стик пневматических шин представля

(1400×600×600 мм) производства фир

управляет аппаратурой системы (поток

ет собой программно аппаратный

мы Schroff.

управления аппаратурой), второй реа

комплекс, осуществляющий сбор, об

Использование частотно управляе

лизует интерфейс пользователя (основ

работку и накопление измерительной

мого следящего привода для управле

ное приложение). Формирование вре

информации о физических параметрах

ния перемещением шины и её нагру

менных

соотношений и временная

испытываемых шин, а также управле

жением обеспечивает не только высо

синхронизация потоков осуществляют

32

ние исполнительными механизмами

кую точность

позиционирования и

ся с использованием функций генера

стенда. Комплекс построен на базе од

поддержания скорости деформирова

ции сигналов событий, оповещающих

www.cta.ru

СТА 1/2008

Рис. 3. Главное окно системы управления в режиме установки

Рис. 4. Главное окно системы управления в режиме

характеристик испытываемой шины и задания параметров испытания

обжатия шины

приложение об изменении состояния

сле преобразования ЦАП суммируется

ния асинхронного частотно управ

АЦП, имеющихся в DLL драйверах.

с сигналом обратной связи. В описы

ляемого привода;

Поток управления аппаратурой про

ваемой системе компьютер формирует

● повысить экономическую эффектив

изводит:

не сигнал задания регулируемого пара

ность за счёт увеличения ресурса дви

● съём данных с каналов измерения;

метра, а непосредственно сигнал рас

гателя и приводных механизмов, уве

● выдачу в ЦАП кодов разностных сиг

согласования в цифровом виде, вычис

личения межремонтного пробега и

налов;

ляемый из сигнала обратной связи и

сокращения затрат на обслуживание

● контроль и выдачу исполнительных

требуемого сигнала задания.

и ремонт стенда в среднем на 30%;

сигналов защит;

Дружественный и простой пользова

● увеличить достоверность определе

● фильтрацию и предварительную об

тельский интерфейс системы обеспе

ния статических характеристик ис

работку измерительной информа

чивает вывод на монитор информаци

пытываемых шин за счёт использо

ции;

онно насыщенных и удобных для вос

вания высокоточных растровых пре

● вычисление экстремальных значе

приятия экранных форм, отражающих

образователей угловых и линейных

ний и скоростей изменения основ

текущее состояние процесса испыта

перемещений;

ных параметров;

ния. Это значительно упрощает про

● повысить отказоустойчивость стенда

● накопление массивов измеритель

цесс управления стендом. Главное окно

за счёт использования высоко

ной информации.

системы управления в установочном

надёжных изделий фирм Advantech и

Основное приложение осуществляет

режиме и в режиме обжатия шины по

Octagon Systems и минимального ко

всю остальную работу, связанную с ин

казано соответственно на рис. 3 и 4.

личества применённых оригиналь

терфейсом пользователя:

ных аппаратных средств. ●

● создаёт экранные формы системы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

управления;

Описанная система управления и из

● отображает измерительную инфор

мерения статических характеристик

1. Патент 63065 Российская Федерация.

мацию;

пневматических шин реализована на

Стенд для определения статических ха

● осуществляет построение графиков

стенде ИПШ 500 в ОАО «ОМСКШИ

рактеристик пневматических шин / Ро

и диаграмм на программных графо

НА» и функционирует в составе этого

женцев В.С., Мараховский В.И., Петров

построителях;

стенда с ноября 2006 года.

А.С. и др. ; опубл. 2007, Бюл. № 13.

● производит расчёт энергии разруше

Внедрение системы на стенде позво

2. ГОСТ 4754 97. Шины пневматические

ния шины;

лило:

для легковых автомобилей, прицепов к

● формирует протоколы испытания и

● повысить производительность испы

ним, легких грузовых автомобилей и ав

осуществляет их печать;

таний, снизить трудоёмкость и улуч

тобусов особо малой вместимости. Техни

● производит архивирование результа

шить условия труда оператора за счёт

ческие условия.

тов испытаний;

автоматизации процесса испытаний

3. Браславский И.Я., Ишматов З.Ш., Поля

● реализует автоматический процесс

и одновременного определения на

ков В.Н. Энергосберегающий асинхрон

испытания шины.

ружных диаметра и ширины испы

ный электропривод. — М. : Академия,

Использование цифрового контура

тываемой шины;

2004. — 256 с.

регулирования перемещения испыты

● повысить точность воспроизведения

4. Роженцев В.С., Новиков А.В., Шаманин

ваемой шины и её деформирования

задаваемых режимов испытаний за

А.В. и др. Автоматизированная система

потребовало переработки программно

счёт использования цифрового кон

для определения механических свойств

го обеспечения, ориентированного на

тура регулирования и электроприво

материалов // Современные технологии

аналоговое регулирование параметра

да, работающего в следящем режиме;

автоматизации. 2007. № 2. С. 72 78.

34

управления [4], когда сформирован

● снизить энергопотребление стенда в

ный компьютером сигнал задания по

среднем на 40% за счёт использова

E mail: prokopenko777@mail.ru

www.cta.ru

СТА 1/2008