ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ

Целью данной работы является создание прототипа запорной арматуры, предназначенный для перекрытия потока воды.

Проект разделялся на несколько этапов:

1) Расчёт модели, нахождение неизвестных величин

2) Создание 3D модели, а именно: используемых компонентов и корпуса

3) Создание программной части для управления открытием водопроводного крана

4) Создание зубчатого цилиндрического эвольвентного зацепления

Создание модели

Для создания системы автоматического набора воды, необходимо учесть все составляющие.

1. Водопроводный шаровой кран
2. Сервопривод MG995
3. Arduino uno
4. Семисегментные индикаторы
5. LCD дисплей

Водопроводный кран соединён с серводвигателем, с помощью цилиндрического зацепления, управляющий сигнал подаётся на серводвигатель с контроллера Arduino uno, данные о работе и выводятся на семисегментный индикатор или LCD дисплей.

Рисунок 1. Кинематическая модель

Момент, необходимый для поворота водопроводного крана больше, чем момент, выдаваемый доступным сервоприводам. Крутящий момент сервопривода равен: 8.5 кг х см (при 4.8 В питания), 10 кг х см (при 6 В). Для того, чтобы узнать крутящий момент крана, был создан рычаг (рисунок 4.4). Данный рычаг нагружался весом 2 кг, и на отметки в 80 мм, рычаг повернулся. С помощью полученных данных, был получен момент вала крана на 1 см, который равен 16кг х см. Зная моменты вала сервопривода () и крана (), можно подсчитать необходимое передаточное число формула 1.

                                                                 (1)

Таким образом, передаточное число необходимого для создания цилиндрического зацепления (при напряжении в 6 В) равно:

.

Так как пусковой момент больше найденного, но подсчитать его не представляется возможным, а габаритные размеры позволяют увеличить размер цилиндрической передачи, передаточное число выбрано равным i = 3.5.

3D проектирование системы

Так как изготовление корпуса планировалось из фанеры, корпус в САПР должен быть подготовлен соответствующим образом. Но первоначально, необходимо создать используемые компоненты, такие как шаровой кран, сервопривод, необходимость в создание контролера Arduino Uno отсутствовала, так как готовая сборка была найдена в интернете. Составные компоненты, перенесённые в САПР:

Рисунок 2. Шаровой кран                                           Рисунок 3. Сервопривод       

После размещения необходимых компонентов друг относительно друга, был построен корпус рисунок 4.

Рисунок 4. Корпус в сборке                            Рисунок 5. Проверочный рычаг                        

Зная межосевое расстояние и передаточное число Autodesk Inventor позволяет построить зубчатое эвольвентное цилиндрическое зацепление рисунок 6.

Рисунок 6. Зубчатое цилиндрическое зацепление

Создание программного кода, работа в САПР 123D Circuits

Вывод информации реализован двумя способами: первый способ основывается на использование четырёх семисегментных индикаторов, второй способ осуществляется с использованием LCD монитора.

(а)                                                                  (б)

Рисунок 7. Реализация использующая: а) семисегментные индикаторы; б) LCD дисплей

Светодиодный cемисегментный индикатор представляет собой группу светодиодов, расположенных в определенном порядке и объединенных конструктивно. Зажигая одновременно несколько светодиодов можно формировать на индикаторе символы цифр. Каждый семисегментниый индикатор управляется семью выходами, так как индикаторов 4, то для прямого управление было бы необходимо использовать 28 выходов, такого количества пинов на контроллере Arduino нет, поэтому управление используется с помощью динамической индикации, алгоритм управление представлен в рисунки 8.

Рисунок 8. Использование динамической индикации

Вывод информации на LCD дисплей осуществлялся с помощью библиотечных компонентов.

Заключение

В результате проделанного исследования был создан прототип запорной арматуры.

Запорная арматура служит для нормального функционирования любого трубопровода, что бы по нему не проходило: газ, нефть, вода или что-либо другое. Посредством управления элементами запорной арматуры возможно осуществление регулирования давления в системе. Данная работа позволила понять способ устройства запорной арматуры и принципы её работы в выполненном прототипе.

Cписок литературы:

1. Российский официальный портал Ардуино [Электронный ресурс] Справочник языка Ардуино: URL: http://arduino.ru/Reference
2. Амперка [Электронный ресурс] URL:http://wiki.amperka.ru/программирование: структура
3. Практическое программирование Arduino [Электронный ресурс] RoboCraft: URL: http://robocraft.ru/blog/arduino/76.html
4. Проекты Arduino [Электронный ресурс] Сайт паяльник: URL: http://cxem.net/arduino/arduino.php
5. Autodesk Circuits [Электронный ресурс] URL: http://cxem.net/software/123D
6. Сайт паяльник [Электронный ресурс] Altium designer URL: http://cxem.net/software/altium_designer.php
7. Draw [Электронный ресурс] Создание блок схем URL: https://www.draw.io