Датчик диаметров бревен

Курсовой проект Датчик диаметров бревен Студент ЗФ: Матушкин Е.С.

Задание курсового проектирования

прибор бревно диаметр измерение

Продольным транспортером перемещаются круглые лесоматериалы (бревна), подлежащие учету. Требуется разработать устройство для измерения диаметра бревен. Устройство должно содержать датчик диаметров, в виде оптопары постоянно включённый и расположенный в вертикальной плоскости, устройство обработки информации и управления датчиками, блок индикации или хранения данных и блока питания, получающего энергию от трансформатора малой мощности. Шаг измерения диаметров — 2 см. Минимальный диаметр сортиментов — 18 см. Максимальный диаметр сортиментов — 48 см. Сортименты имеют нормальную сбежистость без сучков, т. е. представляют собой усеченный конус. Межторцовой разрыв не менее 20 см. Скорость движения транспортера 1 м/с с возможными остановками произвольной длительности.

Движение сортиментов по транспортеру в зону измерения осуществляется в разнобой. Выходной код устройства представлен в виде отдельных светодиодов.

Термины и определения

Диаметр — расстояние между двумя параллельными прямыми, касающимися бревна с противоположных сторон. Диаметр измеряют под прямым углом к продольной оси бревна.

Средний диаметр — диаметр бревна на середине длины.

Верхний диаметр — диаметр тонкого торца бревна. Обычно является наименьшим диаметром бревна.

Нижний диаметр — диаметр толстого торца бревна. Обычно является наибольшим диаметром бревна.

Полный размер (в целых размерах) — метод измерений, при котором отбрасывают дробную часть единицы измерения диаметра или длины.

Длина — наименьшее расстояние между торцами бревна

Номинальная длина — установленная длина круглых лесоматериалов без учета припусков на поперечную распиловку.

Припуск на поперечную распиловку — добавка к номинальной длине, компенсирующая потери длины при поперечной распиловке.

Допускаемые отклонения круглых лесоматериалов — наибольшие и наименьшие допускаемые отклонения действительной длины от номинальной.

Градация по длине — разница между соседними номинальными длинами.

Плотный объем — показатель количества круглого лесоматериала. Обычно выражается в кубических метрах.

Складочный объем — объем, занимаемый штабелем круглых лесоматериалов, определяемый по габаритным размерам. Равен объему древесины, коры и объему пустот между бревнами штабеля.

Измерения с корой (с корой) — термин, означающий, что измерения диаметра и объема лесоматериалов включают кору.

Измерения без коры (без коры) — термин означает, что измерения диаметра и объема лесоматериалов проведены с исключением коры.

Весовая мера — показатель количества круглого лесоматериала, базирующийся на его массе.

Сбег — постепенное изменение диаметра по длине бревна, выражается в сантиметрах на 1 метр длины.

Поштучный метод измерения объема — методы измерения объема бревна, предусматривающие измерение диаметра и длины бревна и вычисление объема по принятой модели бревна. Общепринятым методом измерения объема бревен является метод срединного сечения. Традиционно используемый в России метод вычисления объема по таблицам ГОСТ 2708–75 не учитывает отклонения сбега бревен по породам и районам заготовки. Систематические погрешности определения объема по эти таблицам составляет до 10%.

Групповые методы измерения объема — методы измерения объема бревен в партии (в пакете или в штабеле), предусматривающие измерения показателя, пропорционально объему бревен в партии, и вычисление по измеренному показателю объема бревен в партии. Показателями, пропорциональными объему партии, могут быть: складочный объем штабеля бревен или пакета, масса бревен, число пакетов бревен или число бревен в партии.

Припуск на кору — коэффициент, позволяющий пересчитать объем круглых лесоматериалов, измеренных с корой, в их соответствующий объем без коры.

Коэффициент сбега (сбег) — показатель уменьшения диаметра по длине круглого лесоматериала или ствола дерева по его высоте. Обычно выражается в сантиметрах на погонный метр.

Анотация

Курсовой проект состоит из расчетно-пояснительной записки (РПЗ), объемом 47 с. текста формата А4, где представлено 12 рисунков, и графической части, выполненной на 3 листах формата А4 и одном листе формата А3.

РПЗ курсового проекта содержит:

— титульный лист;

— оглавление;

— задание курсового проекта;

— аннотацию;

— введение;

— описание схемы технологической функциональной с обозначением ЛУКП.0.001 Э2;

— описание схемы электрической структурной с обозначением ЛУКП.0.001 Э3;

— описание конструкции и работы датчика диаметров

— выбор и обоснование технических средств автоматики;

— описание работы источника питания по схеме электрической принципиальной с обозначением ЛУКП.0.002 Э3.

— (перечень элементов схемы электрической принципиальной).

— список использованной литературы;

— описание работы датчика диаметров по схеме электрической принципиальной с обозначением ЛУКП.0.003 Э3.

— Расчет трансформатора малой мощности.

Введение

Вопросам учета делового лесоматериала в настоящее время уделяется большое внимание на разных стадиях от заготовки до транспортировки и глубокой обработки. Возрастают требования, предъявляемые к организации производственного процесса в лесотехнических комплексах. Это вызвано постоянно растущим объемом информации, требующим оперативной и безошибочной обработки, а также необходимостью оптимизации и точного учета делового лесоматериала, как основы учета движения лесопродукции.

Особенностью круглых лесоматериалов является высокий (до 20%) уровень погрешностей измерений объема, что приводит к значительным недостачам или излишкам при ревизиях остатков лесоматериалов на складах, колебаниям расхода древесины на единицу продукции при ее переработке.

Автоматизация производственных процессов, замена ручного труда, введение современных технологий, упрощение, тем самым и удешевление технологии производства на любом его участке — это задачи, возникающие перед руководителями лесных предприятий различных уровней. В технологию определения объема поступающего делового лесоматериала также вносятся предложения по автоматизации процесса, то есть предложения по внедрению автоматизированных систем определения объема.

Существуют различные методы определения объема лесоматериалов, как поштучные, так и групповые. При больших объемах поступления круглого лесоматериала (в частности делового) можно воспользоваться двумя методами экспертизы — выборочным или сплошным. Стоимость сырья с каждым годом увеличивается, и экономия за счет точного учета поступления значительна. Предприятия применяют сплошной метод определения объема и качества сырья, так как он полнее отражает как качественные, так и количественные показатели и ведет к бесконфликтной приемке лесоматериалов. При возникновении рекламационной ситуации транспортное средство, будь то лесовоз, вагон или баржа, выгружается в специально отведенное место с указаниями реквизитов отправителя для проведения совместной приемки.

Качественный процесс учета является важной составляющей успешного функционирования предприятия. Одним из этапов учета делового лесоматериала является процесс измерения. Погрешность измерения различными, методами достигает 20%. Например, систематическая погрешность измерения объема круглого леса по ГОСТ 2708–75 достигает 11%, хотя установленные стандартом нормы допускают погрешность в 5%. В настоящее время идет активный поиск и исследование новых технологий и инструментальных средств с целью повышения точности измерения геометрических параметров круглого лесоматериала.

Примером такой деятельности может служить система «Фотоскан-авто», разработанная на базе института биологии Коми НЦ УрО РАН. В этой системе применяется фотометрический способ определения объема. Область применения системы «Фотоскан-авто» — целлюлозные комбинаты, где объем лесоматериалов производится с учетом коры. Еще одним примером разработки систем измерения геометрических параметров круглого леса может служить «Автоматическая система измерения объема круглого леса «Алмаз», отечественного производства. Эта система предназначена для поштучного измерения объема с учетом коры.

Область применения этой системы лесопильное производство, где остро стоит вопрос оптимизации распиловки леса, и соответственно важны данные о кривизне и сбежистости каждого отдельно взятого бревна, а определение объема отходит на второй план. За рубежом также проводятся исследования в этом направлении. В частности используются такие автоматизированные системы измерения: Limab AB (Швеция, Гётеборг) — системы измерения на основе лазеров, Visiometric Oy (Финляндия, Лаппенранта) — сканеры для сортировки и линий пиления, Dynalyse AB (Швеция, Гётеборг) — система по сортировке досок на прочность, Bintec OY (Финляндия, Холлола) — рентгеновские сканеры.

1. Приборы для склада круглых лесоматериалов.

Круглые лесоматериалы отличаются друг от друга формой ствола, кривизной, сбежистостью, наличием пороков. Поэтому первой операцией, которую выполняют на деревообрабатывающих производствах, является сортировка бревен. По ее результатам лесоматериалы разделяются на потоки, поступающие либо к различным бревнопильным станкам, либо к одинаковым станкам, но настроенным в соответствии с параметрами бревен.

Неудивительно, что первыми измерительными приборами в лесопереработке стали именно измерители бревен. Они позволяют измерять геометрические параметры бревен в проходном режиме (на продольном конвейере) с шагом от одного миллиметра до нескольких сантиметров. Результаты измерений сегодня обрабатываются компьютером или специализированным контроллером в соответствии с заданной программой, что позволяет рассчитать вершинный, комлевой, средний и максимальный диаметры, определить кривизну, сбежистость, овальность и прочие геометрические свойства каждого сортимента и точно определить его физический объем.

Известны приборы, работающие с инфракрасными излучателями (например, измеритель бревен производства компании «Автоматика-Вектор», г. Архангельск). В их конструкцию входят специальный компьютер (контроллер) и две или четыре измерительные линейки, которые при измерении бревна располагаются вертикально по обеим его сторонам. На каждой линейке имеется множество инфракрасных излучателей и приемников. В момент обнаружения объекта прибор автоматически переключается в режим измерения. Одно бревно может быть измерено в сотнях и тысячах точек. Его реальный диаметр выбирается из множества полученных значений по специальному алгоритму, который отсеивает мешающие факторы. Результатом измерений являются все геометрические параметры бревна.

Функционально похожий прибор производится и еще одной российской фирмой «Воронежпромавтоматика»? это измеритель диаметров и длин бревен ИДД-2.

В современных приборах используется оптико-звуковой способ измерения бревен. Например, при помощи универсальной измерительной установки «Экорондер» фирмы Hecht-Electronic (Германия) можно выполнять перекрестное измерение бревен. Аналогичный измеритель бревен от фирмы Baljer & Zembrod (Германия) имеет подвижный передатчик и неподвижно закрепленный приемник с устройством для обработки полученных данных. В течение всего процесса измерения производится контроль погрешности измерений, а оптические и ультразвуковые датчики подвергаются функциональному контролю. Во время измерений скорость подачи бревен ограничивается 60 м/мин. Прибор, использующий ультразвук, есть и в арсенале «Автоматика-Вектор»? называется он Vektor-Sonic. Этот прибор в одной плоскости использует обычные инфракрасные линейки, а в другой? ультразвуковые датчики дистанции.

Кроме оптических и ультразвуковых датчиков, применяются и лазерные. Фирма Visiometric из Финляндии представила Elmes 3600? измеритель бревен, использующий четыре лазерных луча, направленных перпендикулярно движению бревна. Трехматричные камеры сканируют лазерное изображение посекционно и в результате формируют полное изображение пиловочного бревна при скорости его движения до 120 м/мин. Бревна сортируются по длине и диаметру. Точность измерения диаметра? 1 мм, длины? 1 см, определения объема? 1%. Масса прибора? 650 кг.

Лазерный измеритель бревен «Вектор 3D» производится и компанией «Автоматика-Вектор». Этот измеритель состоит из трех или четырех измерительных головок (камера + лазер), промышленного ПК, источника резервного питания и шкафа управления.

Шведская фирма Sawco выпускает устройство ProBark для измерения толщины коры и точного определения диаметра бревен без коры. Устройство одобрено шведской ассоциацией по измерению лесоматериалов VMR и может использоваться для расчета объемов и сортировки пиловочника. А прибор RemaLog Bark (Remacontrol, Швеция) позволяет видеть, как выглядит древесина под корой. Здесь используется так называемый метод трахеид (патент STFI), учитывающий различия прохождения лазерного луча в коре и древесине.

Опыты показали 95%-е совпадение этих измерений с измерениями диаметра сосновых бревен без коры, которые проводились обычными способами (линейка, рулетка и т. п.). Известен также прибор Gap Control (Remacontrol), предназначенный для соблюдения постоянного и оптимального расстояния между бревнами в лесопильном потоке в целях повышения производительности и стабильности работы оборудования.

Немаловажно и определение направления движения бревна (вершиной или комлем вперед). Эта задача часто возникает на складе сырья лесопильного предприятия, так как пиловочные бревна должны подаваться преимущественно вершиной вперед. Фирма Microtec (Австрия? Италия) производит широкий спектр приборов, в том числе iRAS? угловой сканер для измерения лесоматериалов на продольном конвейере в двух плоскостях. Скорость подачи до? 300 м/мин.

Точность измерения диаметра? 2 мм. Кроме кривизны и овальности, прибор распознает положение комля для управления разворотным устройством.

Он допущен к использованию немецкими и австрийскими сертификационными службами. Аналогичного назначения устройство производится и в Росии? «Вектор 2010». Этот прибор кроме определения направления вершины бревна и управления разворотным устройством производит и учет расхода сырья в лесопильном цехе.

Удобство его применения перед разворотным устройством обусловлено наличием дискретных выходов, при помощи которых в контроллер передается информация о направлении движения бревна. В мире уже используется более 600 таких приборов.

2. Приборы для оптимизации работы бревнопильного оборудования.

В лесопильном цехе нашли применение приборы с более широкими возможностями, которые позволяют оптимизировать продольное пиление бревен. Специально для лесопильных производств компания Sawco выпускает оптимизационную систему ProOpt второго поколения, действие которой основано на оценке трехмерного изображения пиловочных бревен перед распиловкой. Компьютер оценивает все возможные варианты распиловки и рекомендует оптимальный с экономической точки зрения вариант. ProOpt не только указывает лучший способ распиловки, но также предлагает оптимальное положение бревна относительно пил и определяет геометрический центр бревна и бруса.

В основе прибора? трехмерный сканер ProScan для бревен и бруса. Сканер использует лазерный луч и приемную камеру, смонтированную на общей раме. Он позволяет проводить до 300 измерений в секунду. Практически для каждого бревна или бруса требуются сотни тысяч измерений. Камера обеспечивает высокое качество работы независимо от погоды, яркости освещения и влажности древесины. На каждое бревно может быть нанесена метка сорта, которая в дальнейшем считывается устройством, управляющим бревнопильным оборудованием.

Фирма Remacontrol выпускает измеритель бревен, в котором измерения проводятся в трех направлениях с точностью до 1 мм. При этом фиксируются сучки, вогнутость и выпуклость ствола, механические повреждения и т. п. С помощью этого прибора можно учитывать при сортировке такие показатели, как средний вершинный диаметр бревна, диагональ бруса, трещины и др. Опыт показывает, что новые критерии способны повысить полезный выход пиломатериалов на 2%.

Машина на рельсовом ходу для сортировки и раскряжевки круглого леса RSTW фирмы Baljer & Zembrod, по желанию клиента, для учета круглого лесоматериала может быть оборудована измерительной системой. Измерение диаметра и длины бревна осуществляется в процессе движения RSTW вдоль бревна, после чего результат измерений (объем бревна) отображается на мониторе оператора. С помощью этой измерительной системы учитывается любая степень кривизны ствола. Затем из данных о длинах заготовок, заранее внесенных в «память» управляющего устройства, предлагаются наиболее оптимальные варианты раскряжевки измеренного ствола, т. е. цель измерения? максимальное использование древесины, увеличение процента выхода готовой продукции предприятия.

Следующим шагом на пути совершенствования измерительной техники стало использование рентгеновских сканеров. Сканер RemaLog XRay позволяет видеть древесину изнутри и измерять диаметр бревен без коры. С его помощью можно сортировать бревна по качеству древесины, что важно, например, при отборе древесины для производства оконных блоков.

Можно также строить профиль плотности древесины по диаметру бревна, видеть червоточины, сердцевинную трубку, годовые слои и т. п. Этот сканер сейчас повсеместно заменяет своего предшественника? изотопный прибор.

В мире работают не менее 1000 приборов iRed (Kemes) фирмы Microtec, предназначенных для точного измерения длины, диаметра и контура бревна. Измерения выполняются с помощью двух параллельно установленных инфракрасных сканеров, находящихся в одной плоскости. При добавлении второй измерительной плоскости прибор способен точно измерять кривизну и качество лесоматериалов.

Точность измерения диаметра? до 1 мм. Другой прибор той же фирмы? Screenlog? устройство для получения трехмерного реалистичного изображения бревна во всех деталях. Круговая система обзора DiCam Color (рис. 1) фотографирует ствол со всех сторон и передает в компьютер трехмерное изображение бревна. Оператор на мониторе видит цветную объемную модель пиловочного бревна, которая может быть повернута на любой угол и увеличена в масштабе изображения. Все данные сохраняются в памяти компьютера и используются для статистики и управления деревообрабатывающим оборудованием. Дополнительно прибор дает возможность получать снимки комлевого и вершинного торцов бревна.

Рис. 1. Круговая система обзора DiCam.

С помощью сканера DiScan100 благодаря комбинации лазерной триангуляции* и рефлекции на приборе DiShape определяются не только выпуклости и вогнутости бревна, кривизна и качественные признаки, но и точное положение овальности. Скорость подачи лесоматериалов? до 300 м/мин. Все это позволяет дать ценностную оценку лесоматериалам для последующего планирования раскроя бревен на пиломатериалы. Система позволяет проводить измерения без учета толщины коры на бревне. При этом она дает трехмерное изображение бревна с указанием положения и размера сучков, пустот, металлических включений трещин и даже ширины годовых слоев. Современная техника позволяет автоматизировать ориентацию бревна перед подачей на бревнопильный станок. Эту задачу может выполнить система Timberturn (Microtec). После измерения параметров и получения трехмерного изображения материала система способна найти оптимальное положение бревна относительно пил бревнопильного оборудования с учетом схемы продольного раскроя материала. Система маркирует каждое бревно и может работать как с продольными, так и с поперечными конвейерами.

3. Приборы для оптимизации обработки пиломатериалов в лесопильном цехе.

Для сортировки сырых пиломатериалов важно определение размеров досок. Прибор BoardMaster-GS (Finscan, Финляндия) разработан для сортировки сырых пиломатериалов с измерениями одной, двух или четырех сторон досок; производительность? 60?100 досок в минуту.

BoardScan от Microtec (рис. 2)? это система для измерения длины, ширины и толщины досок на поперечном конвейере; производительность? до 240 досок в минуту. Инфракрасная балка в этой системе работает с разрешением до 5 мм, светоприемная камера? с точностью до 0,75 мм.

Рис. 2. Схема работы прибора BoardScan.

Современная видео электроника и развитые программные средства позволяют создавать системы, цёены на которые находятся на вполне приемлемом для потребителей уровне. Одна из них? эффективная система оптимизации обрезки обзола, которая производится компанией «Автоматика-Вектор». Программа Boards Scanner рассчитывает установку обрезных пил, исходя из размеров обзола в пиломатериале и возможной последующей торцовки пиломатериала до стандартной длины, с учетом стоимости пиломатериалов различных длин и сечений. На рис. 3 представлена структурная схема сканера.

Рис. 3. Главное «окно» программы Boards Scanner (компания «Автоматика-Вектор»).

Обработка информации, полученной от видео модуля и датчиков, выполняется программой Boards Scanner. Главное окно программы BoardsScanner? на рисунке 3.

Оборудование будет еще более эффективным при использования системы автоматики торцовки обзольной части доски на линиях сортировки. Эта система также производится компанией «Автоматика-Вектор». Измерение обзола происходит с помощью лазерных триангуляционных датчиков, расположенных по всей длине доски через каждые 30 см. Данные передаются в компьютер, который высчитывает оптимальный режим торцовки.

Для обрезки пиломатериалов разработаны очень эффективные системы сканирования необрезных досок. Форма таких пиломатериалов настолько многообразна, что для получения максимально высокого выхода обрезного материала оператор должен для каждой доски заново принимать решение по настройке пил обрезного станка.

Такая работа очень трудна не только в физическом, но и в умственном отношении. Поэтому на современных предприятиях она в основном поручена системам, измеряющим нужные параметры досок и передающим информацию встроенному компьютеру, который формирует команды для исполнительных механизмов.

Таким образом снижается доля ручного труда, растет производительность обрезки досок, уменьшаются затраты и повышается полезный выход продукции.

Первой операцией при обрезке пиломатериалов должна быть оценка внешнего вида доски. По ее результатам выполняется позиционирование доски относительно пил или настройка пил относительно доски.

Рис. 4. Схема работы полнопрофильного сканера Wanescan.

Здесь можно использовать приборы с оптическими излучателями и приемниками света. Wanescan? новый полнопрофильный сканер обзола фирмы Microtec (рис. 5). В непрерывном режиме трехмерный измерительный модуль осматривает доску, распознает неравномерности обзольной части досок и показывает на мониторе полный профиль доски.

Система распознает даже участки обзола с небольшим наклоном, автоматически определяет их высоту и точно показывает на мониторе их положение на доске. Длина измеряемых досок может достигать 8 м. Максимальная скорость продольного конвейера? до 500 м/мин; наибольшая производительность на поперечном конвейере? до 200 досок в минуту. Переворачивать доски во время измерений не требуется.

Обрезка боковых досок всегда должна проводиться в положении доски внутренней пластью вниз. Для автоматизации поворота доски в нужное положение фирма Visiometric разработала систему Turner System, в которой прибор сканирует торец первой подаваемой в станок доски, определяет наличие коры и находит внутреннюю пласть доски по кривизне годовых слоев. На основании этой информации при необходимости формируется сигнал, для того чтобы соответствующим устройством был выполнен поворот доски внутренней пластью вниз.

Оптимизация обрезки досок достигается с помощью системы, камеры которой сканируют верхнюю пласть доски и определяют полезную площадь, площадь обзола и толщину доски. Система работает с точностью до 1 мм при скорости подачи до 400 м/мин и выдает команду исполнительным механизмам в соответствии с параметрами, заложенными в ее программу. Критериями могут быть объемный или ценностный выход обрезных досок. Данные измерений и оптимизационные показатели сохраняются в памяти компьютера или передаются в офис предприятия.

Для участка торцовки пиломатериалов разработаны приборы, определяющие качество досок и оптимизирующие работу торцовок. Оборудование от Visiometric Oy (Финляндия) включает две матричные камеры, которые сканируют доску на продольном конвейере. Камеры фиксируют сучки, трещины, обзол и другие дефекты на пластях и кромках доски. На основе базы данных, полученных от этого оборудования, управляющее устройство пильного станка получает инструкцию для настройки инструмента и выполнения реза. В результате повышается производительность торцовки досок, отпадает необходимость в очень тяжелом труде браковщиков.

Для триммерных установок Finscan предлагает полностью автоматизированную систему сортировки досок BoardMaster. В системе используется камера CCD-line, данные передаются от измерительной рамы транспьютеру (транспьютер? сверхбольшая интегральная схема, которая содержит процессор, коммуникационные каналы для межпроцессорной связи, оперативную память и кэш небольшого объема) по оптоволоконному кабелю. Регистрируются диаметр и точное расположение каждого сучка. Сучки классифицируются по трем различным группам согласно правилам, принятым в лесопилении.

Рис. 5. Оптическая метка доск (IDiScan).

Следует упомянуть еще одно достижение в области логистики в лесопилении. Это оптическая метка доски (рис. 5), аналогичная штрих-коду на товарной продукции.

Система IDiSCAN от Microtec позволяет идентифицировать отдельную доску в любом месте технологического процесса с помощью оптической метки, своеобразного отпечатка пальца, с которым связана информация о качестве объекта. При этом точность воспроизведения результатов близка к 100%. IDiScan особенно эффективна там, где нужно упорядочить хаотический поток досок или полуфабрикатов и передать на дальнейшую обработку.

Метка сопровождает объект на всем пути его обработки и приводит точно к нужному месту.

4. Технологические процессы системы управления устройством загрузки и поштучной выдачи бревен

Система управления предназначена для автоматического управления процессом поштучной загрузки бревен на транспортер со стола накопителя представлена на структурной схеме чертежа формата А4 ЛУКП.0.001 Э2.

Данная система установлена на загрузочное устройства с электроприводами. Система позволяет организовать работу как в ручном так и в автоматическом режиме. Ручной режим позволяет оператору включать и выключать любой из приводов. Атематический же предусматривает работу с наивысшей производительностью, когда бревна подаются на транспортер с минимальными интервалами.

Рис. 6. Рисунок технологического процесса системы управления устройством загрузки и поштучной выдачи бревен/.

На рисунке 6 представлено схема устройством загрузки и поштучной выдачи бревен. Запуск системы в работу осуществляется оператором путем нажатия на пульте управления клавиш выбора режима работы — ручной или автоматический. При ручном режиме движение всех элементов устройства загрузки задается оператором удержанием клавиш включения соответствующих приводов, а в автоматическом режиме все управление берет на себя микропроцессорная система.

При включении в автоматический режим система проверяет с помощью фотодатчиков № 1 наличие бревен на наклонном транспортере устройства поштучной выдачи, при отсутствии бревен в движение приводится стол — накопитель и бревна поступают на транспортер. В дальнейшем автоматически осуществляется равномерная подача бревен кратковременными пусками привода стола. Двигаясь по наклонному транспортеру бревна, поштучно выдаются к сортировочному транспортеру, темп их перемещения и необходимость движения транспортера поштучной выдачи определяется группой бесконтактных датчиков и фотодатчиков № 2.

Автоматический режим работы позволяет максимально использовать время работы линии, повышая производительность и разгружая оператора, позволяя ему сосредоточится на функциях контроля качества поступающего сырья. На рисунке 8. рассматривается технологический процесс измерения объема бревен. Основным устройством является узел измерения геометрических параметров объема делового лесоматериала. На рисунке приведена схема расположения оптических датчиков в поперечном сечении транспортера.

Рис. 7. Рисунок технологического процесса измерения объема бревен

Устройство содержит датчик диаметров в виде постоянно включённой оптопары, расположенной в вертикальной плоскости. Шаг измерения диаметров — 2 см.

В момент обнаружения объекта прибор автоматически переключается в режим измерения. Результатом измерений являются все геометрические параметры бревна.

Существует множество решений измерения геометрических параметров для вычисления объема делового лесоматериала. Каждое решение, применяемое в производстве, обязано отвечать ГОСТу.

В России измерительные процессы подчинены следующим стандартам:

ГОСТ 427–75 Линейки измерительные металлические. Технические условия

ГОСТ 7502–98 Рулетки измерительные металлические. Технические условия

ГОСТ 9462–88 Лесоматериалы круглые лиственных пород. Технические условия

ГОСТ 9463–88 Лесоматериалы круглые хвойных пород. Технические условия

ГОСТ 17 461–84 Технология лесозаготовительной промышленности. Термины и определения

В зависимости от выбранного метода измерения разрабатывается или выбирается тип автоматического измерительного устройства и определяется функциональная технологическая схема.

4.1 Измерение длины и диаметра бревен

Применяемые средства измерений должны иметь действующее поверительное клеймо (свидетельство о поверке) и должны быть пригодны к применению.

Типы применяемых средств измерений иностранного производства должны быть утверждены Госстандартом России и внесены в Государственный реестр средств измерений.

При измерении длины круглых лесоматериалов допускается использование средств измерений с допускаемой погрешностью, не превышающей ±5 мм.

4.1.1 Измерение длины бревна

Длину прямых бревен измеряют как наименьшее расстояние L (м)между двумя параллельными плоскостями, пересекающими полное поперечное сечение бревна у каждого торца перпендикулярно к его продольной оси (рисунок 8).

Рисунок 8

Длину бревна с кривизной измеряют таким же образом, как и длину прямого бревна (рисунок 9).

Рисунок 9 — Бревно с кривизной

Длину бревна с подпилом или со скосом пропила измеряют от середины поверхности подпила или скоса пропила на соответствующем торце бревна (рисунок 10аи 10б). Скос пропила допускается в пределах припуска по длине.

Рисунок 10

Результат измерения округляют до меньшей градации по длине по ГОСТ 9462и ГОСТ 9463.

Длину следует приводить в метрах, округляя до второго знака после запятой.

4.1.2 Измерение диаметра бревна

Диаметр бревна измеряют в долях сантиметра по длине перпендикуляра между двумя параллельными прямыми, касающимися боковой поверхности бревна с противоположных сторон. Перпендикуляр, по которому проводят измерение диаметра, должен располагаться под прямым углом к продольной оси бревна.

Если измеряемый диаметр бревна не превышает 20 см, то проводят одно измерение, располагая измерительный инструмент в направлении, обеспечивающем измерение среднего диаметра в измеряемом сечении. Для бревен, которые по визуальной оценке признают овальными, проводят два измерения диаметра, одно перпендикулярно к другому, и вычисляют среднеарифметическое значение.

Если измеряемый диаметр бревна превышает 20 см, то проводят два измерения диаметра, одно перпендикулярно к другому, и вычисляют среднеарифметическое значение. Для бревен, которые по визуальной оценке признают круглыми, допускается проводить одно измерение диаметра.

Для определения объема бревна измеряют:

-верхний диаметр d ;

— нижний диаметр D ;

— срединный диаметр (диаметр на середине длины бревна) d _c. При этом измерения проводят без коры.

4.2.2 Измерение верхнего и нижнего диаметров бревна проводят непосредственно на торце или на расстоянии не более 15 см от торца по длине бревна.

Результаты измерения верхнего и нижнего диаметров представляются в сантиметрах, округляя до целого числа. Целое число увеличивают на единицу, если дробная часть результата равна или превышает 0,5 см; целое число не изменяют, если дробная часть менее0,5 см. Значения диаметров допускается округлять до четного числа. В этом случае доли четного числа отбрасывают, а целое нечетное число и доли более нечетного числа округляют до большего четного числа.

4.2.3 Срединный диаметр измеряют без коры на половине длины бревна. Измеряют длину бревна. Находят половину этого значения и округляют его до ближайшего целого числа. Откладывают на измеряемом бревне от верхнего отреза расстояние ¹/₂ L и делают отметку мелом на бревне. Затем откладывают расстояние ¹/₂ L от нижнего отреза и делают другую отметку. Измерение проводят на половине расстояния между двумя отметками.

Результат измерения срединного диаметра округляют до целого числа.

4.2.4 Пороки древесины и механические повреждения не должны оказывать влияния на результаты измерения диаметра. Если в точке по длине бревна, где необходимо измерить диаметр, имеется очевидное нарушение формы, которое может исказить результат измерения, проводят два измерения, равноудаленных от этой точки, или изменяют направление измерения диаметра.

Поштучные методы измерений и определения объема круглых лесоматериалов.

Метод срединного сечения.

Метод срединного сечения предусматривает вычисление объема цилиндра, основанием которого служит площадь поперечного сечения, взятого на середине бревна без коры.

Вычисление объема бревна V, м³, проводят по формуле.

(1).

где d _c — срединный диаметр бревна, см;

Lдлина бревна, м.

Подготовка и порядок проведения измерений.

Измерения срединного диаметра и длины проводят для каждого бревна. Для этого производят раскатку штабеля или выборки бревен с целью обеспечения доступа к каждому бревну. Срединный диаметр измеряют без коры на половине длины бревна.

Метод концевых сечений предусматривает измерение верхнего диаметра d, нижнего диаметра Dи длины бревна L .

Вычисление объема бревна V, м³, проводят по формуле.

(2).

где dверхний диаметр бревна, см;

Dнижний диаметр бревна, см;

Lдлина бревна, м.

Подготовка и порядок проведения измерений.

Измеряют верхний диаметр d, нижний диаметр D и длину L для каждого бревна. Для этого производят раскатку штабеля с целью доступа к каждому бревну. Измерение диаметров бревен проводят в соответствии с 4.2.1 и Длину бревна измеряют в соответствии с 4.1.

Секционный метод.

Метод основан на суммировании объема цилиндров по длине бревна (измерении по секциям) и предусматривает:

-измерения диаметра d_i по всей длине бревна через равные отрезки (секции) длиной l от одного измерения до другого;

— вычисление объема бревна V, м³, как суммы объемов цилиндров по формуле.

(3).

где lдлина секции, м;

d_i — диаметр iй секции, см;

п — количество секций по длине бревна.

Объем бревна вычисляют как сумму объемов отдельных секций.

Подготовка и порядок проведения измерений.

Длина каждой секции равна отрезку длины бревна между точками измерения диаметра, а диаметр секции — результату измерения диаметра бревна на этом отрезке. Диаметры измеряются с корой в одном или в двух взаимно перпендикулярных направлениях (с вычислением среднего значения двух измерений). Должно быть исключено влияние вздутий от сучков, задирав коры, вырывав и других местных дефектов формы бревна, искажающих результат измерения диаметра.

При автоматизированных измерениях погрешность результатов измерений должна быть не ниже погрешности аналогичных измерений, выполненных вручную.

Расстояние lпо длине бревна от одного измерения до другого не должно превышать 0,20 м.

Метод верхнего диаметра и среднего сбега.

Метод предусматривает определение объема бревна умножением площади поперечного сечения на середине длины бревна на его длину. С учетом технологичности процесса измерения верхнего диаметра бревна по сравнению с измерением срединного диаметра бревна без коры проводят пересчет верхнего диаметра d в срединный диаметр d _c, см, по формуле.

d _c = d + s L/ 2, (4).

где dверхний диаметр бревна, см;

sсбег бревна, см/м;

Lдлина бревна, м.

Вычисление объема бревна V, м³, проводят по формуле.

(5).

где Lдлина бревна, м; dверхний диаметр бревна, см;

Dнижний диаметр бревна, см;

sсреднеарифметическое значение сбега партии бревен s, см/м,.

s = (Dd)/ L.

Подготовка и порядок проведения измерений.

Метод основан на выборочных измерениях сбега бревен для породы древесины и района заготовки (произрастания). Выборка должна быть не менее 500 бревен. Выборку формируют так, чтобы количество бревен в выборке (шт.) различных диаметров и длин было пропорционально распределению количества этих бревен, получающемуся при раскряжевке хлыстов. Отбор бревен в выборку должен быть случайным.

Для каждого бревна выборки измеряют:

— верхний диаметр d ,.

— нижний диаметр D ,.

— длину L и вычисляют сбег бревна s, см/м, по формуле.

. (6).

По результатам измерений бревен выборки вычисляют среднеарифметическое значение сбега бревен .

Способы исключения коры из объема круглых лесоматериалов.

Кору из объема круглых лесоматериалов исключают следующими способами:

-измерением диаметров на концевых сечениях без коры по границе между древесиной и корой;

-снятием слоя коры по окружности бревна в месте измерения срединного диаметра;

-уменьшением срединного диаметра, измеренного с корой, на двойную толщину коры. Двойную толщину коры определяют как среднее значение толщины коры в верхнем и нижнем сечениях, умноженное на два;

-умножением объема, измеренного с корой, на поправочный коэффициент на объем коры

(7).

где Vобъем без коры, м³;

V _к — объем с корой, м³;

Р _к — поправочный коэффициент на объем коры.

Поправочный коэффициент на объем коры определяют по результатам выборочных измерений срединных диаметров бревен без коры и с корой отдельно для каждой породы и сортимента. Объем выборки — не менее 500 бревен.

Поправочный коэффициент на объем коры Р_к вычисляют по формуле.

(8).

где d _{б.к i}— диаметр бревна без коры, мм;

d _{к i}— диаметр бревна с корой, мм;

п — число бревен в выборке, шт.

Допускается определять процент содержания коры по нормативам, установленным в технической документации страны-поставщика.

5. Работа датчика измерения диаметров Основным электронным узлом является узел измерения геометрических параметров объема делового лесоматериала. На рис. 11, в соответствии с техническим заданием на проект, приведена схема расположения оптических датчиков в поперечном сечении транспортера. Оптические пары располагаются по вертикали с шагом 20 мм таким образом, чтобы охватить весь возможный по заданию диапазон диаметров бревен. Минимально возможного диаметра бревна — 180 мм, а максимально возможный диаметра бревна — 480 мм. В соответствии с заданными параметрами, габаритные размеры измерителя, А и В определены следующим образом:.

А = 600 мм, В= 480 мм, n=480−180/20=15.

Рис. 11. Схема размещения излучателей и фотоприемников при линейном расположении В устройстве применен датчик E3Z LASER. Датчик в компактном пластмассовом корпусе использует лазерный источник видимого света для решения задач обнаружения. Запуск системы управления устройством загрузки и поштучной выдачи бревен в работу осуществляется оператором. В момент нажатия на кнопку пуск, подается напряжение на цепи включения вспомогательного оборудования и электронные устройства. Включается генератор импульсов, представленной на чертеже ЛУКП.0.001 Э2. Датчик длины бревна, с помощью ключа, дает разрешение подачи импульсов на счетчик, с которого после дешифрации, посредством выходных элементов запускаются лазерные излучатели, контролирующие размеры бревна с заданной погрешность. Сигналы с каждого приемника, несущие информацию о сечении поступают в регистр хранения и мультиплексор при каждом приходе импульсов от генератора. Последний весовой импульс мультиплексора, отключает ключ, заканчивая цикл снятия информации с измерительного устройства. С регистра хранения, посредством дешифратора, измеренная информация отображается на индикаторе. Включается электропривод, бревно перемещается по транспортеру до величины определенной измерителем длины. Электропривод отключается и цикл измерения начинается снова. Результаты измерения поступают в вычислительную систему посредством интерфейса RS 232, где осуществляется вычисление объема материала по выбранному алгоритму, отвечающему ГОСТу. Автоматический режим работы позволяет максимально использовать время работы линии, повышая производительность и разгружая оператора, позволяя ему сосредоточится на функциях контроля качества поступающего сырья.

6. Описание электрической схемы работы измерительного устройства

Электрическая принципиальная схема представлена на чертеже ЛУКП.0.003Э3. Питание схемы осуществляется от стабилизированного источника питания, принципиальная схема которого, вместе со спецификацией представлена на чертеже ЛУКП.0.002 Э3.

Излучатели постоянного излучения представлены в схеме нечетными обозначениями VD1-VD33. Приемники датчика E3Z, в количестве 17 штук обозначены четными обозначениями VD2-VD34. При прерывании потоков излучателя бревном, в соответствии с его диаметром, пороговые элементы, (формирователи импульсов), меняют свое состояние с логического нуля на единицу. В зависимости от толщины бревна, пороговые элементы формируют код, значение которого поступает, посредством соединителя Х1, на вход четырехразрядных сдвигающих регистров, выполненных на элементах DD7-DD8, микросхем семейства КМОПК561ИР14.

Микросхема КР1561ИР14 — четырехразрядный регистр хранения информации с возможностью перевода выходов в высокоимпедансное состояние. Сдвиг осуществляется по импульсу, поступающему на вход С1 от микросхемы DD, представляющий собой сдвоенный одновибратор К561 АГ1, который имеет вход запуска по положительному (TR+) и по отрицательному (TR-) перепаду. В перезапускаемом режиме очередной импульс запуска продляет незавершенный выходной импульс.

C выхода микросхем КМОПК561ИР14, информация о толщине бревна, с погрешностью 2 см, через разъем Х2, поступает на дешифратор для дальнейшей обработки информации.

7. Расчет трансформатора малой мощности

Трансформаторы малой мощности (ТММ) предназначен, для питания аппаратуры релейных схем, выпрямительных устройств и цепей управления. Нагрузка носит активный характер.

Исходные данные:

Параметры подводимого источника напряжения Un = 220 В f = 50 Гц

Питание цепи управления 120 В Питание электронных узлов 24 В

Потребляемая мощность 750 Вт Потребляемая мощность 500 Вт

Питание измерителя 12 В

Потребляемая мощность 120 Вт

Суммарная потребляемая активная мощности Рн = 1370 Вт

Задание расчета:

1. Определить форму и геометрические размеры сердечника.

2. данные обмоток (числа витков, марки и диаметры проводов).

ПОРЯДОК РАСЧЕТА

Конструктивные данные трансформатора определяются из известных зависимостей для действующих значений первичного напряжения U₁ = 220 В и мощности.

E₁ = 4,44 f w₁ Ф_m; I₁ = д₁ S_пр1

где д₁ — плотность тока в первичной обмотке, А/мм² ;

S_пр1 — сечение меди провода первичной обмотки, мм².

Подставив в эти формулы выражения

Ф_m = B_m k_ст F_ст и S_пр1 = F_о k_м /[ w₁(1 +з_н)] и.

используя рационализованную систему единиц СИ, получим:

U₁ E₁ = 4,44 f w₁ k_ст F_ст 10⁴, В (9)

I₁ = (д₁ F_о k_м10²) /[ w₁(1 +з_н)] (10)

Между величинами U₁ и E₁ (напряжением питания и э.д.с. первичной обмотки) в выражении (1) подставлен знак приближенного равенства потому, что в трансформаторах нормального исполнения U₁ лишь незначительно превышает E₁, т.к. падения напряжений в первичной обмотке малы по сравнению с E₁.

f — частота напряжения U₁ 50 Гц; w₁ — число витков первичной обмотки;

B_m — амплитудное значение магнитной индукции в магнитопроводе трансформатора, Тл

F_ст — площадь поперечного сечения магнитопровода, см²; k_ст — коэффициент стали, учитывающий наличие изоляции пластин и неплотность сборки пакета магнитопровода.

k_ст = F_{ст акт} / F_ст —

отношение площади поперечного сечения всех листов стержня магнитопровода без изоляции к произведению ширины стержня на толщину пакета магнитопровода;

F_ст акт — активное сечение стали магнитопровода, см²; I₁ — первичный ток; F_о — площадь окна.

магнитопровода, см²; k_м — коэффициент заполнения окна магнитопровода медью (отношение суммарной площади поперечного сечения всех проводов обмоток трансформатора, пронизывающих его окно, к площади окна);з_н — к.п.д. трансформатора в номинальном режиме; 1/ (1 + з_н) — коэффициент, учитывающий площадь меди окна, приходящуюся на первичную обмотку (примерно равен двум);

Принимая, что

U₁I₁= P_н /(з_н cos_1н),

где P_н — активная мощность, отдаваемая трансформатором потребителю и решая совместно (I) и (2), имеем:

F_о F_ст = P_н(1 + з_н) 10² / 4,44 f B_m з_н cos_1н д₁ k_м k_ст (11).

где P_н = 220*8*0.9 = 1584, Вт, причем: i — номер вторичной обмотки;

n — число вторичных обмоток;

cos _i — принимаем равным единице (активная нагрузка); cos_1н — коэффициент мощности трансформатора.

Поскольку в формуле (3) неизвестны величины B_m, д₁, з_н, cos_1н, k_м и k_ст, ими приходится предварительно задаваться, основываясь, главным образом, на экспериментальных данных, полученных в результате испытания ряда трансформаторов, подобных рассчитываемому. Сопоставление достоинств и недостатков трансформаторов различных типов (с различными конфигурациями магнитопроводов) с точки зрения получения минимального веса, объема, стоимости, а также простоты конструкции и технологичности изготовления позволяет сделать следующие выводы.

Для малых мощностей и частоте сети от 50 до 400 Гц рекомендован броневые трансформатор при использовании пластинчатых магнитопроводов.

В практике изготовления магнитопроводов для маломощных трансформаторов в настоящее время наибольшее применение нашли электротехнические стали марок Э42 и Э310 толщиной листа 0,35 мм (при частоте 50 Гц). Чем меньше толщина стального листа, тем меньше потери на вихревые токи, но вместе с тем дороже магнитопровод.

а). Величина индукции B_m определяет величину тока холостого хода и потери в стали на гистерезис и вихревые токи. Практика расчета трансформаторов показала, при выбранной мощности трансформатора P_н, сорта стали и частоты сети f значения индукции определено Bm = 1 тл.

б). Плотность тока д_i определяет потери в обмотках, вызывающие совместно с потерями в стали общий перегрев трансформатора. Можно считать, что в трансформаторах малой мощности взаимная передача тепла между магниютопроводом и обмотками отсутствует; так что температура перегрева обмоток определяется только потерями в последних. У правильно рассчитанных трансформаторов эта температура составляет: для обмоток из провода с эмалевой изоляцией (ПЭЛ, ПЭВ) — (70 — 85°С);

Провода, круглые, что позволило определить плотность тока д_i = 1.8 [А/мм²]

в). Коэффициент заполнения окна медью k_{м =} 0.35 и коэффициент заполнения сечения магнитопровода сталью k_ст = 0.9 выбраны в зависимости от мощности трансформатора и типа магнитопровода.

г). Значения к.п.д. з_н = 0.93 и cos _1н = 0.95 трансформатора предварительно определены, что позволило.

для расчета определить F_о F_ст.

F_о F_ст = P_н(1 + з_н) 10² / 4,44 f B_m з_н cos_1н д₁ k_м k_ст = 1280 мм⁴

Эскиз магнитопровода броневого (Ш-образного) типа приведен на рис. 12. Пластинчатые магнитопроводы собираются из отдельных пластин, изготовляемых путем штамповки и изолированных друг от друга оксидной планкой (при небольших индукциях) или слоем изоляционного лака для уменьшения потерь на вихревые токи.

Выбраны основные геометрические размеры магнитопровода (a =40мм, b=80мм, c=40мм, h=100мм, l_ст=343мм), его вес G_ст = 7920, полное сечение магнитопровода F_ст = (ab)=32см², активное сечение стали сердечника F_ст.акт = F_ст k_ст =27.2 см², площадь окна F_о = ch= 40 см² и величину F_оF_ст.

Рис. 12. Эскиз магнитопровода броневого типа

Расчет обмоток трансформатора заключается в определении числа витков и диаметра провода каждой из них.

На основании формулы (1) при Е2=12 В Е3 = 24 В имеем: