понедельник, 14 апреля 2014 г.

Испытательный стенд Т-100

Март для меня всегда тяжелый месяц. Все мое семейство в количестве четырех человек, включая меня, родилось в марте :) Несмотря на то, что крайняя деталька для нового стенда (усилитель сигнала тензодатчика) приехала еще в начале марта, окончательно собрать и откалибровать его руки не доходили до последнего момента. И вот этот момент настал.



С самого рождения идеи о собственных испытаниях лесок и плетенок наибольший интерес вызывала, естественно, разрывная нагрузка, как наиболее важная характеристика. Диаметр лески - показатель тоже важный, но на втором месте. Просто так вышло, что оборудование для измерения диаметра (цифровой микроскоп) достаточно просто купить, а постройка испытательного стенда на растяжение - гораздо более трудоемкая задача.

Первый мой опыт определения разрывной нагрузки меня не удовлетворил. У примитивной установки с электронным безменом куча недостатков:
  1. Усилие прикладывается вручную, поэтому неодинаково от опыта к опыту.
  2. Низкая точность весов.
  3. Неизвестная (скорее всего низкая) частота снятия данных весами еще более ухудшает точность измерений.
  4. Для фиксации результата измерений необходимо использовать дополнительное оборудование (видеокамеру).
Чтобы избавиться от указанных недостатков был спроектирован и построен полуавтоматический испытательный стенд с микроконтроллерным управлением. Подавляющее большинство узлов и комплектующих стенда (кроме доски-основания и блока питания) были благополучно куплены в Китае, оказались вполне работоспособными и хорошего качества. Стенд состоит из трех основных узлов: силовой установки (создает растягивающее усилие), тензодатчика (измеряет растягивающее усилие) и управляющего модуля.

Стенд Т-100 в сборе

В качестве силовой установки используется актуатор с максимальным усилием 150 кг и длиной штока 30 см. На самом деле можно было бы обойтись характеристиками в 60-70 кг и 20 см, но актуаторы с меньшим усилием имеют высокую скорость перемещения, что нам не подходит, ибо нужно стремиться к статике. А с длиной я просто ошибся и заказал не ту модель. :)

Силовая установка

Про тензодатчик говорить особо нечего, на просторах Китая тысячи их. Максимальная измеряемая нагрузка 40 кг, вполне достаточно. Заявленная точность датчика 0,03%. Забавно, в России тензодатчики тоже можно заказать, но стоят они в разы (часто на порядок) дороже. Конечно, качество исполнения и все такое. Как выяснилось, качества китайского датчика для моих целей вполне достаточно.

Тензодатчик

Управляющий модуль собран на базе популярнейшей среди новичков микроконтроллерной платформе Arduino. Также использовался шилд с экраном и кнопками (отображение данных и управление актуатором), релейный модуль (инвертирование питания актуатора для изменения направления движения) и плата на базе микросхемы HX711 для усиления сигнала с тензодатчика.

Панель управления

С первого взгляда ничего особо сложного, но собрать все это воедино, написать программу для управляющего модуля и откалибровать тензодатчик в целом оказалось нелегкой и затратной по времени задачей.

Тензодатчик калибровался в помощью самодельных грузов из бутылок с водой, взвешенных на кухонных весах: 2 кг и два по 5 кг. Получился набор грузов 2 кг, 5 кг, 7 кг, 10 кг, и 12 кг. Про процедуру калибровки и вычисление точности стенда  напишу отдельный пост.

При испытаниях управляющий модуль показывает текущее и максимальное усилия, что позволяет после разрыва визуально снимать разрывную нагрузку. Данные снимаются с тензодатчика приблизительно 150 раз в секунду и подвергаются экспоненциальному сглаживанию.

В целом, получившийся агрегат считаю удачным и достаточно точным. В ближайшие дни ждите результатов испытания на разрыв плетенок, у которых ранее измерялся диаметр.