ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ И УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕКЛОПЛАСТИКОВЫХ ИЗДЕЛИЙ

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к информационно-измерительным и управляющим системам технологического процесса изготовления стеклопластиковых изделий и может быть использована при производстве изделий авиационной техники из композитных материалов и в частности лопастей вертолетов.
Эти технологии обеспечивают существенное снижение веса и увеличение ресурса летательных аппаратов. Однако они предъявляют высокие требования к соблюдению технологических режимов склейки изделий из композитных материалов и обеспечения заданных величин температуры, давления и соблюдения режима склейки под вакуумом.
На практике, в частности на Кумертауском вертолетном заводе, при изготовлении лопастей вертолетов используют пресс-формы, состоящие из плотно прилегающих друг к другу двух симметрично расположенных деталей, внутреннее пространство между которыми, заполнено композитной стеклопластиковой массой, подлежащей склеиванию в вакууме, а нагревательные элементы размещены в корпусе пресс-формы. Контроль и запись температуры осуществляют с помощью прибора типа КСП.
Известно измерительное устройство температуры в виде самопишущего термометра типа КС (Информационно-измерительная техника и электроника: учебник для студ. высш. учеб. заведений. / Под ред. Г.Г. Раннева. - М.: Издат. центр «Академия», 2006. - С. 394-395), содержащее автоматически уравновешиваемые мосты, в которых в одну из диагоналей моста включается термометр сопротивления, помещаемый в зону измеряемой температуры. В этих приборах происходит автоматическое уравновешивание моста, заключающееся в том, что при выходе из равновесия напряжение разбаланса моста, усиленное усилителем, поступает на обмотку возбуждения реверсированного двигателя. Двигатель вращается, и, с помощью кинематической передачи, перемещает движок реохорда до тех пор, пока мост снова не придет в состояние равновесия при новом значении измеряемой температуры. С реохордом связан указатель подсчетного устройства, отградуированного в градусах Цельсия.
Недостатком данного устройства является влияние сопротивления соединительных проводов, приводящее к погрешностям измерений.
Этих недостатков лишены приборы КСП с трехпроводным и четырехпроводным включением терморезисторов (Шишмарев В.Ю. Средства измерений: учебник для студентов учреждений средн. проф. образования. - М.: Издат. центр «Академия». 2009 - С. 202).
За прототип принята измерительная система контроля температуры, основанная на приборах типа КСП - автоматических потенциометрах для измерения температуры (Шишмарев В.Ю. Средства измерений: учебник для студентов учреждений средн. проф. образования. - М.: Издат. центр «Академия». 2009 - С. 202), связанная с технологическим оборудованием, содержащим пресс-форму, состоящую из плотно прилегающих друг к другу двух симметрично расположенных деталей, внутреннее пространство между которыми заполнено композитной стеклопластиковой массой, подлежащей склеиванию в вакууме, а нагревательные элементы размещены в корпусе пресс-формы.
Недостатками данной системы является громоздкость, значительный вес, а также недостаточное быстродействие, надежность, точность и ограниченные функциональные возможности.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является увеличение быстродействия, надежности, точности, расширение функциональных возможностей и снижение массогабаритных показателей.
Поставленная задача решается тем, что информационно-измерительная и управляющая система технологического процесса изготовления стеклопластиковых изделий, содержащая пресс-форму, состоящую из плотно прилегающих друг к другу двух симметрично расположенных деталей, внутреннее пространство между которыми заполнено композитной стеклопластиковой массой, подлежащей склеиванию в вакууме, нагревательные элементы, размещенные в корпусе пресс-формы и блок управления в отличии от прототипа, вдоль длины пресс-формы установлены датчики электрического тока, давления, температуры, выходы которых соединены электрически со входом блока управления, представляющего собой управляемый клавиатурой микроконтроллер, содержащий микропроцессор, коммутатор, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, при этом к выходам микроконтроллера подключены жидкокристаллический индикатор, устройство записи информации на ее носитель, компьютер и регулируемый источник тока, выходы которого электрически соединены со входами нагревательных элементов.
На фигуре изображена структурная схема информационно-измерительной и управляющей системы технологического процесса изготовления стеклопластиковых изделий, к которым относятся узлы и агрегаты изделий авиационной техники из композитных материалов, в том числе и лопасти вертолетов.
Достоинствами таких изделий являются высокая прочность, надежность и малый вес. Их применение увеличивает ресурс летательных аппаратов.
В состав системы входит пресс-форма, состоящая из плотно прилегающих друг к другу двух симметрично расположенных деталей 1 и 2, внутреннее пространство между которыми заполнено композитной стеклопластиковой массой 3, подлежающей склеиванию в вакууме.
В корпусе пресс-формы по ее длине на плотно прилегающих друг к другу двух симметрично расположенных деталях 1 и 2 равномерно размещены нагревательные элементы (ТЭНы) 4÷11. Вдоль длины пресс-формы установлены датчики электрического тока 12, давления 13 и температуры 14, выходы которых соединены электрически со входом микроконтроллера 15, содержащего микропроцессор, коммутатор, усилитель, аналого-цифровой преобразователь. Микроконтроллер управляется клавиатурой 16. К выходам микроконтроллера 15 подключены жидкокристаллический индикатор 17, устройство записи информации на ее носитель 18 и компьютер 19. В микропроцессоре микроконтроллера происходит обработка по требуемым алгоритмам информации, полученной датчиками физических величин 12, 13, 14. Вырабатываемый в результате этого управляющий сигнал поступает на регулируемый источник тока 20, который управляет режимом работы нагревательных элементов 4-11.
Заявляемая информационно-измерительная и управляющая система технологического процесса изготовления стеклопластиковых изделий работает следующим образом.
В процессе изготовления стеклопластиковых изделий, в том числе и агрегатов летательных аппаратов из композитных материалов с целью улучшения их качества необходимо выдерживать технологические режимы: заданные температуру, давление, время выдержки под вакуумом. Поэтому необходимо осуществлять контроль физических величин с помощью датчиков, обрабатывать информацию в микроконтроллере и регулировать режим работы с помощью регулируемого источника тока, управляемого микроконтроллером.
Информация с выхода датчиков 12, 13 и 14 поступает на микроконтроллер 15, в котором она передается по цепочке коммутатор - усилитель - аналого-цифровой преобразователь - микропроцессор. В последнем она обрабатывается по определенным алгоритмам. С выхода микроконтроллера 15 управляющий сигнал подается на регулируемый источник тока 20, который питает нагревательные элементы 4÷11, выдерживая требуемый режим работы под вакуумом.
Управление режимами работы системы осуществляется с помощью клавиатуры управления 16. Жидкокристаллический индикатор 17 позволяет отображать необходимую информацию о контролируемых физических величинах.
Предлагаемая информационно-измерительная и управляющая система, в отличие от используемой в прототипе системы на базе прибора КСП-4, позволяет осуществлять автоматическое управление процессом изготовления стеклопластиковых изделий с высоким быстродействием, так как в ней отсутствуют громоздкие инерционные электромеханические элементы. Это также повышает ее надежность и улучшает массогабаритные показатели. Применение современной малогабаритной элементной базы с использованием электронных компонентов и микросхем обеспечивает расширение функциональных возможностей и повышение точности, что в свою очередь повышает качество выпускаемых с помощью данной технологии изделий, расширяет их номенклатуру, а также позволяет использовать композитные материалы нового поколения.