Технология балансировки
Статья «Обработка сигналов датчиков балансировочной машины» позволяет понять построение электронной схемы по измерению дисбаланса, назначение её радиокомпонентов для обработки исходного сигнала пьезодатчиков балансировочной машины. На фотографии балансировочная машина имеет цифровой выход показателей дисбаланса по каналам, в статье рассматривается упрощённый вариант с указателями дисбаланса на гальванических приборах.
Балансировка вращающих частей машин и механизмов — обязательное условие их безаварийной работы. Отсутствие должной балансировки приводит к раскручиванию крепёжных изделий, как бы крепко они не были закреплены. Это приводит к неизбежным аварийным ситуациям.
На низких оборотах вращения, дисбаланс вращающих частей агрегата незаметен, с повышением оборотов вибрация, как следствие небаланса, увеличивается по амплитуде и непринятие мер приводит к поломке не только агрегата, но и механизма в целом.
Дисбаланс во вращающихся лопастях турбины или корабельного винта или турбины (облом куска одной лопасти, попадание инородного материала, поломка подшипника, гидроудар…) приводит к раскачке и поломке агрегата.
Дисбаланс в колесе автомобиля (разная толщина резины покрышки, некачественная резина, повреждения металлического диска…), как правило приводит к аварии с тяжёлыми последствиями.
Балансировку автомобильных колёс авторами проводились многократно в шиномонтажной мастерской, с контрольной проверкой на стенде.
Балансировка, как правило, проводится в двух режимах — статическом и динамическом.
Дисбаланс определяется установкой колеса (или винта корабля) на вал, закреплённый одним или двумя концами на тяжёлую станину. Угловой конус с зажимом позволяют «посадить» испытуемое изделие на вал балансировочной машины, без эксцентрика.
В статическом режиме колесо проворачивается на угол достаточный, чтобы вес дисбаланса установился в нижнем положении — эта часть колеса тяжелее. Для компенсации дисбаланса достаточно закрепить в верхней части колеса свинцовый «грузик», по весу компенсирующий дисбаланс противоположной стороны. Таким методом можно добиться довольно высоких результатов балансировки.
Там где грузики по техническим причинам нет возможности закрепить, снимается металл(на винтах) или резина (на гоночных автомобилях).
Динамический режим балансировки позволяет более качественно устранить небаланс.
В этом режиме определяется точное значение и положение этого дисбаланса на колесе, с раскручиванием внешним электродвигателем вала балансировочной машины через редуктор, до максимальных оборотов. Вращение исследуемого колеса на эксплуатационных оборотах позволяет выявить возможные дефекты дисбаланса с точным масштабированием.
Информация о дисбалансе снимается кварцевыми датчиками, закрепленными на стойках (опорах ) подшипников вала балансировочной машины и далее обрабатывается цифровой или аналоговой схемой с выдачей информации о весе дисбаланса, его положении и угле.
Характеристики прибора:
Напряжение питания +/-15Вольт.
Ток потребления 100 мА
Диаметр колёс 12-15 дюймов.
Вес дисбаланса 10-100 грамм.
Количество каналов 2
Погрешность измерения 10%.
Для понимания условий масштабирования динамической балансировки предложена принципиальная схема:
Два канала усиления сигнала датчиков позволяют достаточно точно выполнить балансировку колёс в динамическом режиме.
В состав схемы входят: предварительные усилители сигнала датчиков дисбаланса ZQ1, ZQ2; фильтр верхних частот; регулятор фазы – R10 с последующем усилением сигнала; аналоговый мост масштабирования с установочными резисторами R18 — произведения дальности(от датчиков) до внутренней поверхности колеса на амплитуду сигнала датчика внешней стороны колеса, R23 — масштаба толщины колеса; R30 — масштаба диаметра колеса; сумматора уровней сигнала внешнего и внутреннего канала на усилителе DA5 и оконечных усилителей веса дисбаланса на микросхемах DA7, DA8.
Схема усилителей внутренней и внешней стороны, исследуемого в динамическом режиме колеса, выполнена на операционных усилителях постоянного тока с большим коэффициентом усиления, предназначенных для работы с глубокой обратной связью. Параметры схем полностью определяются видом и характеристиками элементов, включенных в цепь обратной связи.
Почти все усилители в схеме балансировки выполнены с преобразованием входного сигнала поступающего на инвертирующий вход, выходной сигнал имеет фазу противоположную входному. Коэффициент передачи — К при инвертирующем включении определяется параметрами элементов цепи обратной связи К= -Rос / Rвх.
Поскольку неинвертирующий вход микросхем заземлён, то инвертирующий вход можно рассматривать как точку «кажущейся земли».
Входные каскады усилителей на микросхемах DA1-DA2 имеют коэффициент передачи не менее 100,что достаточно для предварительного усиления сигналов внешнего и внутреннего датчика сигналов на основе пъезоэлементов ZQ1-ZQ2.
Из-за наличия в цепи обратной связи ёмкостей, частота входного сигнала ограничена на уровне 1200 Гц, усилители работают как интеграторы верхних частот. Это позволяет снять входные высокочастотные шумы от внешних механических воздействий на источник сигнала с высоким сопротивлением. Т- образный мост на выходах усилителей DA1,DA2 дополнительно снижает полосу частот до 120 Герц. Через конденсаторы С9,С10 сигналы поступают на неинвертирующие входа дифференциальных усилителей — 3DA3, 3DA4, и через резисторы R6,R7 на инвертирующие входа- 2DA3, 2DA4, что создаёт фильтр высоких частот с частотой среза 20 Герц.
Разность двух входных напряжений сигналов и является сочетанием инвертирующего и неинвертирующего входа усилителей.
Выходное напряжение сигнала равно — U вых = Rос/ Rвх (U1-U2). U1,U2 — напряжение на входах операционных усилителей. Поскольку напряжение на инвертирующих входах ниже, из-за ограничительных резисторов в цепи подачи сигнала, а неинвертирующие входа подключены к источнику сигнала через конденсаторы небольшой ёмкости, выполняется фазозависимая схема усиления двух каналов с регулировкой резистором R10.
Амплитуду выходного сигнала усилителя на микросхеме DA4 возможно дополнительно выставить резистором R14, им же меняется частота среза.
Оба сигнала с выходов усилителей 6 DA3, 6 DA4 через неполярные конденсаторы C13, C14 поступают для масштабирования на мост, одно из плеч которого составляют резисторы R17, R18, R20 в другом плече резисторы R22,R23,R24.
Диагональ моста, состоящая из резисторов R19,R21 подключена к движкам установочных резисторов R18,R23 — для масштабирования.
Колебания в датчиках, установленных на стойках подшипников крепления вала балансировочной машины — одинаковой полярности, но разные по амплитуде, ввиду разнесения стоек крепления подшипников. Это позволяет при использовании двух каналов обработки сигнала небаланса алгебраически суммировать их в точке соединения резисторов R16,R17, с учётом положения подстроечного резистора R14-амплитуда внешнего датчика и фазы обработки – резистора R10. Суммарный сигнал поступает на неинвертирующий вход 3 микросхемы DA5.
Установленная резистором R23 ширина исследуемого колеса ( в сантиметрах), с амплитудой зависящей от положения резистора R18 — расстояния от левого (внутреннего) датчика до внутренней поверхности колеса в сантиметрах, установленного на вал балансировочной машины.
Перемычкой моста является цепь из резисторов R19, R21. Диаметр колеса устанавливается резистором R30 — «масштаб-В» в дюймах или сантиметрах.
Сигнал на инвертированный вход микросхемы 2DA6 поступает с точки соединения резисторов R19,R21 моста.
С выхода 6DA6 инвертированный сигнал обратной полярности через переключатель SA1 поступает на инвертируемый вход 2DA5, в результате дифференцирования (суммирования) двух противоположных по полярности и разной амплитуде сигналов на выходе 6 микросхемы DA5 определяется суммарный сигнал, который, через ограничительный резистор R34, поступает на инвертируемый вход 2 оконечного усилителя DA7 внутреннего канала усиления.
Сигнал внешнего датчика с выхода 6 микросхемы DA6, после установки соответствующей амплитуды резистором R31, через резистор R35 также поступает на вход оконечного усилителя правого (внешнего датчика) канала 2 DA8.
Интегрирование сигналов перед поступлением на оконечные усилители происходит с помощью входных RC мостов с подстройкой резисторами R33, R36. Дополнительно амплитуду сигнала внешнего канала возможно подкорректировать резистором R31.
Переключатель SA1 позволяет отрегулировать идентичные уровни усиления выходных усилителей DA7, DA8 включенных входами от одного выхода сигнала микросхемы 6DA5.
Выходные усилители имеют частотную коррекцию и подстройку усиления микросхем DA7, DA8 резисторами R43 -«усиление Р1», R44- «Усиление Р2».
Уровень сигнала внутренней и внешней стороны небаланса колеса, после обработки электронной схемой индицируется аналоговым или цифровыми приборами PA1, РА2.
Регулировка правильно выполненной схемы заключается в установке линейки — L, механически связанной с резистором R18 — «Амплитуда L*PL», от левого датчика сигнала до внутренней стороны исследуемого на дисбаланс колеса. Шкала резистора R23 – « Масштаб Н» обозначена в сантиметрах толщины колеса, резистора R30 — «Масштаб В» в дюймах диаметра.
Для регулировки режимов работы схемы берётся ранее отбалансированное колесо. Ручками регуляторов диаметра — R30 и ширины – R23 выставляются размеры колеса, а длина линейки до колеса резистором R18. На внешней стороне колеса закрепляется условный небаланс весом в 100 грамм. После динамического вращения, как правило электродвигателем с передаточным механизмом, приборы P1 или P2 должны показать этот вес, Р2 величиной около 100 грамм, а Р1 от 10 до 100 грамм. Резистором R43 – усиление Р1,снижаются показания до 10 грамм., при наличии расхождений в показаниях, коррекция выполняется регулятором «Амплитуда PL» — R14, при среднем положении подстроечных резисторов R45, R46. Положение груза на внутренней или наружной поверхности колеса регулируется линейкой резистора R18.
После правильной установки веса груза по приборам, проводится устранение дисбаланса – на противоположной стороне колеса устанавливается груз по весу равный дисбалансу, далее после прокручивания колеса, показания веса на измерительных приборах будут близкими к нулю и не превышать десяти граммов.
Такие результаты являются достаточными для дальнейшей эксплуатации колеса.
Авторы: Коновалов Владимир, Вантеев Александр
Источник статьи: http://cxem.net/avto/electronics/4-122.php
Датчики давления в шинах на Bluetooth – проверяем работоспособность
Разновидности систем TPMS
Системы контроля давления в шинах принято называть аббревиатурой TPMS (Tire Pressure Monitor System) и подразделяются они на работающие по косвенному и по прямому признаку. «Прямые» – измеряют непосредственно давление воздуха, а «косвенные» берут информацию с датчиков ABS – спущенное колесо имеет меньший радиус, нежели накачанное до нормы, и, соответственно, делает меньшее количество оборотов на одной и той же дистанции. Косвенными системами много лет, к примеру, увлекалась Toyota, но в последнее время она от них отказывается – многовато погрешностей и глюков. Хотя в целом за много лет конструкция подтвердила работоспособность и имеет право на существование.
TPMS прямого принципа действия сейчас наиболее распространены – как в виде штатных опций, так и в виде нештатных универсальных систем, которые можно установить хоть на Бентли, хоть на «УАЗик». Четыре беспроводных датчика меряют давление в каждом колесе и передают информацию в центральный блок в салоне по радиоканалу. Некоторые из них требуют разбортировки всех колес для установки беспроводных датчиков внутрь шины, другие же имеют датчики в виде внешних «пробок»-колпачков, наворачиваемых на ниппеля снаружи. Эти системы рассчитаны на самостоятельную установку владельцем, ибо не требуют никаких инструментов или технических навыков. Именно о такой и пойдет речь в нашем обзоре.
Датчики FOBO Tire
Внутри каждого из четырех колпачков FOBO находится твердотельный датчик давления, плата с модулем Bluetooth и трехвольтовая литиевая батарейка-таблетка стандарта CR2032. Датчики может установить даже ребенок – достаточно просто открутить с ниппелей пластмассовые колпачки и прикрутить на их место FOBO. Можно выбрать комплект с серебристыми датчиками для легкосплавных дисков и дисков с колпаками или с черными – для голых штампованных колес.
Для смены батареи датчик элементарно разбирается – откручивается крышка-корпус, надежно уплотненная от влаги и пыли силиконовым колечком:
Срок работы батареек в колпачках заявлен до 2 лет, но это, как мы понимаем, достижимо только где-нибудь в Калифорнии – у нас же его сильно сократят морозные сезоны.
При этом стоимость батареек CR2032 весьма различна. К примеру, Duracell (именно такие и входят в комплект!) стоит 150-200 рублей за ШТУКУ, притом что бюджетный бренд типа «Трофи» стоит столько же. за упаковку из 10 штук! Скажем честно – протестировать FOBO так, чтобы дать совет по использованию тех или иных батареек, у нас возможности не было. Поэтому оставляем этот вопрос будущим пользователям.
Думается, при анонсированном максимальном сроке работы на одном комплекте «таблеток» в пару лет система проработает в условиях российских холодов по меньшей мере год, а раз в год заменить комплект «таблеток» не будет обременительным финансово и физически. К слову, система постоянно проводит самотестирование, и вы сразу получите оповещение об отсутствии какого-либо из датчиков или слабом сигнале с него от севшей батареи.
Центральный модуль FOBO
Система FOBO Tire состоит из датчиков, центрального блока и вашего смартфона (Android или Apple) с FOBO-приложением на борту. Датчики общаются по Bluetooth с центральным модулем, а он, в свою очередь, по Bluetooth же – со смартфоном. Смартфон необходим для первой активации, настройки и запуска системы и впоследствии служит её дисплеем – на его экране можно посмотреть давление в каждом колесе, температуру и даже параметры «запаски» в багажнике – для этого, конечно, придется докупить пятый датчик и прикрутить к ней.
При этом, если вы забыли смартфон или вообще предпочитаете пользоваться «неумным» кнопочным телефоном (хотя в такое и сложновато поверить), можно обойтись и без него. Дело в том, что единожды настроенная система способна работать на одном только центральном блоке, без смартфона – он предупредит вас звуковым оповещением о том, что спущено одно или несколько колес, а светодиодная индикация покажет, какое именно.
«Сколько вешать в граммах». тьфу, то бишь сколько осталось в барах – вы, конечно, не узнаете, но это и не обязательно – достаточно вовремя заметить утечку воздуха и подкачать или отремонтировать баллон, сохранив его целостность.
Центральный блок удобно держать в бардачке или в кармане на спинке кресла, откуда можно услышать писк тревожного сигнала и достать его, чтобы выяснить, какая именно шина потеряла давление.
Спущены оба колеса с левой стороны
Базовый блок питается от двух обычных пальчиковых батареек, что не может не радовать – они недороги, можно выбрать дешевые солевые, мощные алкалиновые или особо долговечные литиевые.
Мобильное приложение
Мобильные приложения FOBO Tire имеются для Android и iOS – разумеется, бесплатные. Увы, пока система не подходит для тех, чьи гаджеты работают на Windows Phone.
Скачиваем приложение, регистрируемся, используя в качестве логина адрес электронной почты, активируем на смартфоне Bluetooth и, руководствуясь указаниями приложения, «спариваем» смартфон с FOBO. Все очень просто!
Как выглядит работа приложения на экране? Именно благодаря датчикам мы обнаружили спущенное переднее левое колесо, причем визуально это совершенно не бросалось в глаза – особенно если уезжать в утренних сумерках и возвращаться вечером.
Пусть вас не смущает разница в давлении – когда вы подкачиваете колеса по стрелочному манометру (неважно, ножным насосом, портативным компрессором или на шиномонтаже), такое положение вещей – норма. Стрелочный прибор не позволяет ловить одну-две «десятки», как бы вы ни старались, и эта разница совершенно не влияет на езду. Если по какой-то странной прихоти вы захотите свести все колеса к одинаковым цифрам, то нужно будет сперва перекачать каждое на половину бара, а потом плавно стравливать цифровым манометром. Но, повторимся, занятие это совершенно бессмысленное.
Балансировка
На балансировке колес мы обычно платим деньги за то, чтобы шиномонтажник «свел колесо в нули» – это гарантирует полное отсутствие биений, вибраций и, как следствие, преждевременного износа подшипника ступицы. Но не испортит ли картину датчик на «соске»-ниппеле? Как-никак это некая масса, сосредоточенная в одной точке.
Взвесим датчик. В общем-то, масса его невелика – около 11 граммов… Особенно если учесть то, что пресловутая «нулевая балансировка» на деле служит для самоуспокоения и держится недолго – 5-15 грамм дисбаланса появляются почти сразу после начала езды – из-за грязи и застрявших в протекторе камешков, а также из-за естественных микродеформаций резины. Шиномонтажники об этом знают и могли бы сэкономить вам деньги, не балансируя колеса с мизерным дисбалансом, но обычные водители не в курсе нюансов, поэтому и сложилась практика «сведения в нули».
Стало быть, для полной объективности и честности проведем несложный эксперимент: отбалансируем колесо «в нули»:
…установим на него датчик прямо на балансировочном станке и крутанем снова:
Дисбаланс – 10 грамм. Шиномонтажник прокомментировал это так:
«Передние колеса можно и перебалансировать после установки датчиков давления , хотя необязательно . Задние точно трогать не стоит»
Выводы
Система FOBO Tire – разумеется, далеко не единственная на рынке гаджетов для контроля давления в шинах. Но достоинства именно этой системы видятся в первую очередь в автономности центрального блока, который питается от батареек АА и не будет занимать собой гнездо прикуривателя, как у других систем TPMS, вынуждая вас использовать некрасивую и небезопасную «лапшу» разветвителей. А также в получении сигналов от датчиков не на загаженной индустриальными помехами частоте 433 мГц, как у многих других систем, а по экономичному и стабильному интерфейсу Bluetooth 4.0. Еще один фирменный плюс – если машиной пользуются несколько членов семьи, то установить приложение FOBO на свой смартфон и подключиться к системе могут все.
Прочие достоинства в целом идентичны другим системам аналогичной компоновки – легкость монтажа датчиков в отличие от дорогостоящей установки внутрь колес, возможность использования одного комплекта датчиков на летней и зимней резине, а также элементарный перенос прибора с машины на машину. Ведь при продаже авто дорогие аксессуары, которые вы оставляете в подарок новому владельцу, практически не влияют на цену, а значит, являются ненужной благотворительностью и потерянными деньгами.
Минусы – они есть, куда же без них: лишние расходы примерно в 500 рублей на балансировку передних колес, отсутствие приложения для Windows Phone, отсутствие в комплекте крышек датчиков другого цвета (стоят они копейки, а возможность ставить серебристые на летние или черные на зимние колеса была бы отличной!), ну и риск повреждения и кражи. Хотя датчики и привязаны программно к своему базовому блоку, вследствие чего красть их бессмысленно, по их внешнему виду такой вывод жуликам сделать сходу будет сложно. В комплекте, впрочем, идут специальные противокражные «гайки-секретки», но они пластиковые, и на них мы бы особенно не рассчитывали.
Источник статьи: http://www.kolesa.ru/article/datchiki-davlenija-v-shinah-na-bluetooth-proverjaem-rabotosposobnost-2015-12-07