УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕЛЕМЕТРИИ В РОТОРНЫХ ОКОРОЧНЫХ СТАНКАХ

Полезная модель относится к лесозаготовительной и деревообрабатывающей отрасли, преимущественно к роторным окорочным станкам.
Известно устройство [1] для телеметрии в экспериментальной установке на базе фрезерного станка, которое является аналогом полезной модели. В этом устройстве расстояние передачи с механизма, расположенного на валу составляет несколько сантиметров, при этом используется метод трансформаторной передачи электрического сигнала. Исследуемая конструкция, условия измерения принципиально отличается от измерений в роторном станке, поэтому не приемлема для рассматриваемого случая.
Известно устройство [2] для телеметрии в роторных окорочных станках, которое служит прототипом полезной модели. Принцип действия прототипа основан на передаче сигналов от тензодатчиков на короснимателе по УКВ радиоканалу на осциллограф.
Прототип имеет следующие недостатки:
1. Радиоканал, даже с различного типа модуляцией не обеспечивает помехозащищенность сигнала, поэтому информация передается из ротора со значительными искажениями. В случае с записью динамического высокочастотного процесса окорки шумы радиоканала приводят к искажениям процесса, который становиться непригодным для дальнейшего использования ни в качестве экспериментальных данные, ни в системах дистанционного автоматического управления рабочими органами станка.
2. В условиях высоких ударных, вибрационных нагрузок, возникающих в процессе окорки надежность радиоаппаратуры аналогового типа практически чрезвычайно трудно обеспечить.
-1
Технической задачей является разработка устройства, которое позволяет передавать бесконтактным способом сигнал в виде высокочастотного процесса из вращающегося с частотой до 500 мин ротора станка, например, данные измерений процесса динамических нагрузок, возникающих на короснимателе при окорке.
Техническое решение, сущность которого показана на принципиальной схеме устройства на фиг. 1 (где I-IV - информационные каналы; У - усилитель; УВХ - устройство выборки-хранения сигнала; G - генератор тест-сигнала, G1-G4 - гальванометры осциллографа), достигается тем, что мостовая тензоизмерительная система 1 на короснимателе соединена через вход передатчика 2 с аналого-цифровым преобразователем 3, соединенным выходом со входом устройством кодирования в Манчестерский бифазный код CD, соединенным со светодиодами инфракрасного излучения 4, расположенными на обруче 5 ротора 6 в количестве, с шагом и углом установки, подобранными таким образом, что при вращении ротора 6 фотодиод приемника 7 всегда находится в зоне излучения не менее одного светодиода 4 передатчика, при этом в приемнике 8 используется фотодиод инфракрасного излучения 7, соединенный выходом с входом устройства декодирования из Манчестерского бифазного кода DC, соединенным через цифро-аналоговый преобразователь 9 с гальванометрами G1-G4 осциллографа.
Сравнение заявляемого решения с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:
1. В передатчике используется аналого-цифровой преобразователь сигнала;
2. В передатчике применяется кодер для преобразования сигнала в Манчестерский бифазный код;
3. В передатчике используются светодиоды инфракрасного спектра излучения для передачи информации.
4. На роторе станка установлен обруч для обеспечения непрерывного канала передачи информации при вращении ротора, на котором количество, шаг и угол установки светодиодов подобраны таким образом, что при вращении ротора фотодиод приемника всегда находится в зоне излучения, по крайней мере, одного светодиода передатчика.
5. В приемнике используется фотодиод инфракрасного спектра излучения.
6. В приемнике применяется декодер для преобразования сигнала из Манчестерского бифазного кода;
7. В приемнике используется цифро-аналоговой преобразователь сигнала.
Таким образом, можно предположить, что заявляемая полезная модель соответствует критерию «новизна». Полезная модель может быть изготовлена на стандартном оборудовании с использованием известных технологических процессов, поэтому она соответствует критерию «промышленная применимость».
Работа устройства поясняется по рисункам на фиг. 1 и фиг. 2.
Устройство работает следующим образом.
Число каналов принято с учетом задачи - измерение трех составляющих сил резания на короснимателе (фиг. 2, а). Таким образом, предусмотрено три канала для передачи данных о процессе и один канал для генератора тест-сигнала.
При настройке приемник 8 устанавливается на расстоянии не более 10 м и подключается к осциллографу с гальванометрами G1-G4 (фиг. 2, е). После настройки станок включается, бревно подается на окорку, при взаимодействии короснимателя с лесоматериалом возникают динамические нагрузки, деформирующие инструмент. Деформации вызывают сигнал рассогласования тензоизмерительной системы 1 каждого канала связи. Сигналы каждого канала подаются на входы дифференциальных усилителей У с регулируемыми коэффициентами усиления и затем на устройство выборки-хранения сигнала УВХ. Сигналы с выходов УВХ поступают через буферные усилители У на коммутатор и аналого-цифровой преобразователь 3. Управление коммутатором и переключение УВХ всех каналов из режима выборки в режим хранения выполняется дешифратором для съема данных с четвертого канала IV генератора тест-сигнала, тем самым обеспечивается привязка данных всех каналов к одним и тем же моментам времени.
С выхода аналого-цифрового преобразователя 3 сигнал в последовательном коде по импульсам синхронизации вводится кодер в СО, где выполняется его преобразование в Манчестерский (бифазный) код для передачи через светодиоды 4 по инфракрасному каналу электромагнитного спектра излучения на приемник 8. Использование данного кода позволяет организовать мультиплексный канал передачи данных с высокой помехоустойчивостью только через одну линию, по которой передается информационный сигнал и синхронизирующий сигнал одновременно.
Светодиоды 4, у которых угол излучения, как правило, не более 30 град, монтируются по окружности на обруче 5 ротора 6 со взаимным перекрытием зон излучения в плоскости вращения, чем обеспечивается непрерывный канал связи с фотодиодом 7 приемника 8. Принятый фотодиодом 7 сигнал после преобразования в электрический сигнал и усиления операционным усилителем, подается на вход декодера DC Манчестерского кода. С выхода декодера DC снимается стандартный цифровой сигнал, восстановленный из принятого сигнала и одновременно тест-сигнал синхронизации, которые подаются в параллельном коде на вход цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 9. С выхода ЦАП 9 аналоговый сигнал каждого канала через усилители поступают на входы четырех УВХ, которые коммутируются в соответствии с кодом канала, принимаемого в данный момент времени по каналу тест-сигнала.
Вывод восстановленных аналоговых сигналов в четырех каналах осуществляется через буферные усилители У на гальванометры G1-G4 осциллографа.
В устройстве может быть достаточно просто, без модернизации схемы организован цифровой выход. В этом случае для регистрации каналов на компьютере цифровой выход приемника подключается к соответствующему порту.
-1
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является получение устройства, которое позволяет передавать бесконтактным способом сигнал в виде высокочастотного процесса из вращающегося с частотой до 500 мин ротора станка, например, данные измерений процесса динамических нагрузок, возникающих на короснимателе при окорке.
Технический эффект от применения предлагаемого решения проявляется в следующих направлениях:
1. Обеспечивается надежный, помехозащищенный канал для передачи информации из вращающейся системы ротора;
2. Обеспечивается непрерывная передача данных измерений высокочастотного процесса, например, динамических нагрузок на инструмент;
3. Обеспечивается работоспособность аппаратуры в условиях многократных инерционных, ударных, вибрационных нагрузок на измерительную аппаратуру;
4. Обеспечивается возможность использования аппаратуры для систем дистанционного автоматического управления рабочими органами станка;
5. Имеется возможность без модернизации схемы организовать цифровой вывод данных на компьютер или системы автоматического управления.
Пример реализации полезной модели показан на фиг. 2, где а - коросниматель с тензоизмерительными системами; б - светоизлучающие диоды; в - расположение обруча со светодиодами в роторе; г - устройство в сборе; д - монтажная схема приемника и передатчика; е - установка устройства для выполнения измерений; ж - схема излучающей части из ротора.
Светодиоды 4 располагаются в специальных корпусах 10 (фиг. 2, б) и монтируются на ободе 5 (фиг. 2, в, ж), который закрепляется симметрично относительно центра вращения ротора 6. Расположение, шаг и угол установки светодиодов 4 подбирается в зависимости от места установки приемника 8 относительно станка и угла излучения, который для светодиодов 4 принятого типа не более 30 град. Измерительный комплекс в сборе состоит их передатчика 2, группы светоизлучающих диодов 4 и приемника 8 (фиг. 2, г). Приемник 8 и передатчик 2 размещены в металлических корпусах (фиг. 2, д). Исполнение передатчика - в пыленепроницаемом литом корпусе повышенной прочности, с виброзащитой.
Библиографический список
1. Лукаш В.Т., Кравченко С.А. Телеметрическое устройство для исследования процессов пиления древесины и древесных материалов. / Тр. II Междунар. Евразийского симпоз. Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века. - Екатеринбург, ООО «Портофортуна», 2007-305 с.
2. Торговников Г.И., Пигильдин Н.Ф. Динамические нагрузки, действующие на коросниматель роторного станка. - Лесной журнал, 1974, №2, с 55-59.