📄Работа №207303
Тема: Разработка датчика усилия системы безопасности трубоукладчика
Тип работы
Дипломные работы, ВКР
Предмет
Автоматика и управление
Объем:
59 листов
Год:
2020
Просмотров:
45
4590
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЫХ РЕШЕНИЙ 11
1.1 Понятие систем безопасности 11
1.2 Концепция датчика усилия производства «ДСТ-Урал» 12
1.3 Обзор аналогов 16
Датчик ОГП-10 16
Датчик SUMT-QZX 18
Датчик TOR 19
ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОМУ РАЗДЕЛУ 22
2 ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА РАЗРАБОТКУ ДАТЧИКА УСИЛИЯ
СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУБОУКЛАДЧИКА 23
3 РАЗРАБОТКА ДАТЧИКА 25
3.1 Составление структурной и функциональной схем 25
3.2 Выбор элементов для схемы электрической принципиальной 26
Тензодатчик 26
Микроконтроллер 27
Аналого-цифровой преобразователь 28
Кварцевые резонаторы 30
Преобразователи напряжения 31
Защита от переполюсовки и короткого замыкания 38
Приемопередатчик CAN 39
Конденсаторы 40
Резисторы 42
Диоды 43
Предохранители 45
3.3 Трассировка платы и монтаж элементов 46
3.4 Подбор корпуса устройства 47
ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕМУ РАЗДЕЛУ
4 ПРОВЕРКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ ДАТЧИКА ПО РЕЗЛЬТАТАМ
МОДЕЛИРОВАНИЯ 50
4.1 Проверка сигнала с преобразователей напряжения 50
4.2 Проверка выходного сигнала датчика 51
ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЕРТОМУ РАЗДЕЛУ 55
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 57
ВВЕДЕНИЕ 7
1 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЫХ РЕШЕНИЙ 11
1.1 Понятие систем безопасности 11
1.2 Концепция датчика усилия производства «ДСТ-Урал» 12
1.3 Обзор аналогов 16
Датчик ОГП-10 16
Датчик SUMT-QZX 18
Датчик TOR 19
ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОМУ РАЗДЕЛУ 22
2 ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА РАЗРАБОТКУ ДАТЧИКА УСИЛИЯ
СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУБОУКЛАДЧИКА 23
3 РАЗРАБОТКА ДАТЧИКА 25
3.1 Составление структурной и функциональной схем 25
3.2 Выбор элементов для схемы электрической принципиальной 26
Тензодатчик 26
Микроконтроллер 27
Аналого-цифровой преобразователь 28
Кварцевые резонаторы 30
Преобразователи напряжения 31
Защита от переполюсовки и короткого замыкания 38
Приемопередатчик CAN 39
Конденсаторы 40
Резисторы 42
Диоды 43
Предохранители 45
3.3 Трассировка платы и монтаж элементов 46
3.4 Подбор корпуса устройства 47
ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕМУ РАЗДЕЛУ
4 ПРОВЕРКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ ДАТЧИКА ПО РЕЗЛЬТАТАМ
МОДЕЛИРОВАНИЯ 50
4.1 Проверка сигнала с преобразователей напряжения 50
4.2 Проверка выходного сигнала датчика 51
ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЕРТОМУ РАЗДЕЛУ 55
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 57
📖 Введение
Классический трубоукладчик представляет собой самоходное устройство на основе гусеничного трактора. Оно предназначено для перемещения, наводки, укладки трубной продукции различных диаметров в проектное положение, а также для выполнения связанных с этим погрузочно-разгрузочных работ. Трубоукладчики широко применяются в нефтегазовой, коммунальной и иных сферах, на строительных объектах, перегрузочных базах.
В систему управления трубоукладчика входят элементы, которые обеспечивают контроль над ходовой частью агрегата и его навесным оборудованием. В качестве дополнительного оборудования в комплекте с трубоукладчиками также используют отвалы для рытья траншей и сопутствующих операций. А некоторые модели агрегатов применяются во время проведения сварочных и бурильных работ, при забивании свай, а также в качестве тягачей [1-6].
Трубоукладчики классифицируются по номинальной грузоподъемности, типу ходового устройства, типу привода грузоподъемного оборудования. За главный параметр принята грузоподъемность трубоукладчика (максимально допустимая нагрузка на крюке трубоукладчика при работе с единичными грузами). Поскольку трубоукладчик - дорогостоящая спецтехника, предназначенная для работы в сложных условиях, то обязательным для производителя является принятие мер по обеспечению безопасности работы машины и оператора. Поэтому современные трубоукладчики имеют гидравлический привод лебедок и другие механизмы, оборудованы так называемыми системами безопасности (устройствами защиты от перегрузок и опрокидывания, защиты от линий электропередач).
Самый обширный и разнообразный ассортимент систем безопасности машин зачастую не может обеспечить готовое решение для каждого конкретного случая или проблемы, в частности для обеспечения безопасной эксплуатации трубоукладчиков производства ДСТ-Урал. Поэтому при разработке подобных систем наиболее разумным путем является использование модульного принципа построения системы с акцентом на технологиях, которые позволяют реализовать решения, отвечающие требованиям спецификации заказчика, чрезвычайно быстро и при этом значительно более экономичным образом.
В систему безопасности трубоукладчика в общем случае входят: датчик наклона стрелы, датчик наклона рамы, датчик приближения к линиям электропередач, датчик усилия, концевой выключатель подъема крюка, концевой выключатель подъема стрелы, блок выходов и нагрузок.
Одной из наиболее важных составляющих этой системы является датчик усилия, который постоянно измеряет массу груза, выдает преобразованный сигнал, соответствующий этой массе, по которому система безопасности определяет факт перегрузки и принимает меры по ее устранению.
Каждый производитель трубоукладчиков сам определяет состав системы безопасности производимой им машины и то, будет он использовать готовое решение, готовое решение подвергнет модернизации или займется собственной разработкой системы безопасности.
Решение о модернизации известных решений или о собственной разработке принимается только по результатам анализа рынка.
Анализ рынка систем безопасности гусеничных машин показал, что сегодня ассортимент систем безопасности машин достаточно разнообразен.
Так, например, ограничитель грузоподъемности ОГП-10 [7] имеет простую установку, не требует сварочных работ, имеет высокую точность, но обладает высокой ценой.
Устройство SUMT-QZX [8] обладает низкой ценой, высокой грузоподъемностью, но не имеет возможности тонкой настройки и индикации и обладает низкой точностью.
Еще одно из популярных на рынке изделий - TOR [9] - имеет низкую точность, отличается невозможностью тонкой настройки, хоть и обладает приемлемой стоимостью.
Известно, что трубоукладчики производства завода «ДСТ-Урал» (с номинальными грузоподъемностями 20, 30 и 66 тонн) оснащены ограничителем грузоподъемности АЗК110 [10], обеспечивающим защиту машины от опрокидывания груза и перегрузок, а также отображение информации о фактической массе поднимаемого груза и предельной грузоподъемности, о степени загрузки трубоукладчика и величине вылета, угле наклона стрелы и максимальной высоте подъема крюка, углах продольного и поперечного наклонов базового трактора. АЗК110 имеет прочные герметичные металлические корпуса всех блоков и датчиков, обеспечивающие защиту всех составных частей от проникания посторонних тел и жидкостей (воды, моющих средств, топлива и масла); устойчивость к воздействию вибрационных и ударных нагрузок; защиту от перенапряжений в бортовой сети и от переполюсовки питающего напряжения, защиту всех выходов от короткого замыкания нагрузки. По требованию Заказчика, АЗК110 дополнительно обеспечивает регистрацию параметров работы трубоукладчика ("черный ящик"), контроль технического состояния трубоукладчика (контроль температур, давлений и скоростных режимов работы двигателя, трансмиссии, гидросистемы и т.п.); сигнализацию опасного приближения к линии электропередач; функции речевого синтезатора, формирующего информационные, предупреждающие и аварийные речевые сообщения.
Но так как одним из главных критериев выбора является цена, было решено отказаться от АЗК110 и перейти к разработке собственного изделия, которое будет точнее, дешевле и будет иметь возможность подключения различных сенсоров, а не только того, которым комплектуется ныне существующее устройство. Также намного эффективнее иметь независимость от сторонних производителей, поэтому переход к производству собственного устройства значительно улучшит экономику предприятия.
Поэтому цель выпускной квалификационной работы - разработка и реализация датчика усилия системы безопасности трубоукладчика.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
1. Сравнительный анализ известных решений.
2. Разработка технического задания.
3. Разработка датчика.
3.1. Составление функциональной и структурной схем датчика.
3.2. Выбор элементов для электрической принципиальной схемы.
3.3. Трассировка платы и монтаж элементов.
3.4. Подбор корпуса устройства для монтажа непосредственно на трубо
укладчик.
4. Проверка работоспособности датчика по результатам моделирования.
В систему управления трубоукладчика входят элементы, которые обеспечивают контроль над ходовой частью агрегата и его навесным оборудованием. В качестве дополнительного оборудования в комплекте с трубоукладчиками также используют отвалы для рытья траншей и сопутствующих операций. А некоторые модели агрегатов применяются во время проведения сварочных и бурильных работ, при забивании свай, а также в качестве тягачей [1-6].
Трубоукладчики классифицируются по номинальной грузоподъемности, типу ходового устройства, типу привода грузоподъемного оборудования. За главный параметр принята грузоподъемность трубоукладчика (максимально допустимая нагрузка на крюке трубоукладчика при работе с единичными грузами). Поскольку трубоукладчик - дорогостоящая спецтехника, предназначенная для работы в сложных условиях, то обязательным для производителя является принятие мер по обеспечению безопасности работы машины и оператора. Поэтому современные трубоукладчики имеют гидравлический привод лебедок и другие механизмы, оборудованы так называемыми системами безопасности (устройствами защиты от перегрузок и опрокидывания, защиты от линий электропередач).
Самый обширный и разнообразный ассортимент систем безопасности машин зачастую не может обеспечить готовое решение для каждого конкретного случая или проблемы, в частности для обеспечения безопасной эксплуатации трубоукладчиков производства ДСТ-Урал. Поэтому при разработке подобных систем наиболее разумным путем является использование модульного принципа построения системы с акцентом на технологиях, которые позволяют реализовать решения, отвечающие требованиям спецификации заказчика, чрезвычайно быстро и при этом значительно более экономичным образом.
В систему безопасности трубоукладчика в общем случае входят: датчик наклона стрелы, датчик наклона рамы, датчик приближения к линиям электропередач, датчик усилия, концевой выключатель подъема крюка, концевой выключатель подъема стрелы, блок выходов и нагрузок.
Одной из наиболее важных составляющих этой системы является датчик усилия, который постоянно измеряет массу груза, выдает преобразованный сигнал, соответствующий этой массе, по которому система безопасности определяет факт перегрузки и принимает меры по ее устранению.
Каждый производитель трубоукладчиков сам определяет состав системы безопасности производимой им машины и то, будет он использовать готовое решение, готовое решение подвергнет модернизации или займется собственной разработкой системы безопасности.
Решение о модернизации известных решений или о собственной разработке принимается только по результатам анализа рынка.
Анализ рынка систем безопасности гусеничных машин показал, что сегодня ассортимент систем безопасности машин достаточно разнообразен.
Так, например, ограничитель грузоподъемности ОГП-10 [7] имеет простую установку, не требует сварочных работ, имеет высокую точность, но обладает высокой ценой.
Устройство SUMT-QZX [8] обладает низкой ценой, высокой грузоподъемностью, но не имеет возможности тонкой настройки и индикации и обладает низкой точностью.
Еще одно из популярных на рынке изделий - TOR [9] - имеет низкую точность, отличается невозможностью тонкой настройки, хоть и обладает приемлемой стоимостью.
Известно, что трубоукладчики производства завода «ДСТ-Урал» (с номинальными грузоподъемностями 20, 30 и 66 тонн) оснащены ограничителем грузоподъемности АЗК110 [10], обеспечивающим защиту машины от опрокидывания груза и перегрузок, а также отображение информации о фактической массе поднимаемого груза и предельной грузоподъемности, о степени загрузки трубоукладчика и величине вылета, угле наклона стрелы и максимальной высоте подъема крюка, углах продольного и поперечного наклонов базового трактора. АЗК110 имеет прочные герметичные металлические корпуса всех блоков и датчиков, обеспечивающие защиту всех составных частей от проникания посторонних тел и жидкостей (воды, моющих средств, топлива и масла); устойчивость к воздействию вибрационных и ударных нагрузок; защиту от перенапряжений в бортовой сети и от переполюсовки питающего напряжения, защиту всех выходов от короткого замыкания нагрузки. По требованию Заказчика, АЗК110 дополнительно обеспечивает регистрацию параметров работы трубоукладчика ("черный ящик"), контроль технического состояния трубоукладчика (контроль температур, давлений и скоростных режимов работы двигателя, трансмиссии, гидросистемы и т.п.); сигнализацию опасного приближения к линии электропередач; функции речевого синтезатора, формирующего информационные, предупреждающие и аварийные речевые сообщения.
Но так как одним из главных критериев выбора является цена, было решено отказаться от АЗК110 и перейти к разработке собственного изделия, которое будет точнее, дешевле и будет иметь возможность подключения различных сенсоров, а не только того, которым комплектуется ныне существующее устройство. Также намного эффективнее иметь независимость от сторонних производителей, поэтому переход к производству собственного устройства значительно улучшит экономику предприятия.
Поэтому цель выпускной квалификационной работы - разработка и реализация датчика усилия системы безопасности трубоукладчика.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
1. Сравнительный анализ известных решений.
2. Разработка технического задания.
3. Разработка датчика.
3.1. Составление функциональной и структурной схем датчика.
3.2. Выбор элементов для электрической принципиальной схемы.
3.3. Трассировка платы и монтаж элементов.
3.4. Подбор корпуса устройства для монтажа непосредственно на трубо
укладчик.
4. Проверка работоспособности датчика по результатам моделирования.
✅ Заключение
В ходе выпускной квалификационной работы было разработано электронное
устройство датчика усилия системы безопасности трубоукладчика.
Произведен синтез структурной и функциональной схем устройства. Осуществлен подбор оборудования: тензодатчик, микроконтроллер, АЦП, кварцевые резонаторы, преобразователи напряжения, приемопередатчик CAN, защита от короткого замыкания и переполюсовки, диоды, резисторы, конденсаторы.
Разработана схема электрическая принципиальная с учетов всех требований в паспортах устройств. На основе этой схемы спроектирована плата печатного монтажа. Подобран корпус устройства и составлена его 3D модель.
Проведен эксперимент по проверке выходных значений разработанного устройства. Экспериментальные данные совпадают с расчетными.
Результатом работы является готовое электронное устройство датчика усилия системы безопасности трубоукладчика, которое отвечает всем требованиям технического задания и обладает рядом преимуществ перед своими конкурентами.
Введение в эксплуатацию данного решения позволит предприятию перейти на изготовление собственной системы безопасности для диверсификации и удешевления производства, что и было главной целью работы.
устройство датчика усилия системы безопасности трубоукладчика.
Произведен синтез структурной и функциональной схем устройства. Осуществлен подбор оборудования: тензодатчик, микроконтроллер, АЦП, кварцевые резонаторы, преобразователи напряжения, приемопередатчик CAN, защита от короткого замыкания и переполюсовки, диоды, резисторы, конденсаторы.
Разработана схема электрическая принципиальная с учетов всех требований в паспортах устройств. На основе этой схемы спроектирована плата печатного монтажа. Подобран корпус устройства и составлена его 3D модель.
Проведен эксперимент по проверке выходных значений разработанного устройства. Экспериментальные данные совпадают с расчетными.
Результатом работы является готовое электронное устройство датчика усилия системы безопасности трубоукладчика, которое отвечает всем требованиям технического задания и обладает рядом преимуществ перед своими конкурентами.
Введение в эксплуатацию данного решения позволит предприятию перейти на изготовление собственной системы безопасности для диверсификации и удешевления производства, что и было главной целью работы.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.