Александр Фролов
Липецкая обл., г. Липецк
МАУ ДО ЦТТ "Новолипецкий" г. Липецка, МАОУ "Лицей 44" г. Липецка, 11 класс
ЦИФРОВОЙ СТЕТОСКОП С АВТОМАТИЧЕСКИМ ОПРЕДЕЛЕНИЕМ ДЕФЕКТОВ ДВИЖУЩИХСЯ ЧАСТЕЙ МЕХАНИЗМОВ
3
Научный руководитель: Самохин Юрий Петрович, Липецкая обл., г. Липецк, МАУ ДО ЦТТ "Новолипецкий" г. Липецк, педагог дополнительного образования
Актуальность
Сегодня во всех крупных автосервисах для обнаружения неисправностей автомобилей применяются дилерские сканеры. Эти приборы, опираясь на информацию с датчиков, определяют неполадки в различных системах машины. Но такие устройства дороги и как правило рассчитаны на работу с одной маркой автомобилей, в которых, при этом, должен быть установлен бортовой компьютер. Если бортовой компьютер не установлен, или сразу несколько датчиков вышли из строя, дилерский сканер становится бесполезным. Также при помощи дилерского сканера нельзя проводить диагностику станков, дифференциалов, редукторов и прочих механизмов, не входящих в состав автомобиля и не имеющих множества датчиков. Моё устройство способно находить неполадки в любых механизмах, параметры которых находятся в базе данных. При этом прибор значительно дешевле и проще в эксплуатации и изготовлении.
Цель проекта
Целью моей работы стало создание устройства, способного находить неисправности подвижных частей в различных машинах и механизмах без их разборки. По задумке, прибор должен быть универсальным для всей техники. Это позволит ему заменить более дорогостоящие аналоги и превзойти их. Такой проект заинтересует работников предприятий, изготавливающих станки, двигатели и прочие механизмы, а также сотрудников автосервисов, ремонтных мастерских и других аналогичных заведений.
Задачи
Чтобы создать прибор, находящий неисправности в подвижных частях механизмов, надо выбрать способ их поиска. Я остановился на давно известном варианте: опытные мастера определяют неполадки на слух или при помощи стетоскопов. Если усилить сигнал с датчика вибрации или звука, а затем обработать его с помощью микроконтроллера, то можно добиться гораздо большей точности, чем у человеческого уха, и большой опыт работы не потребуется.

Чтобы улавливать вибрации конструкции механизма, необходим специальный датчик. Сейчас испытываются несколько вариантов, из которых на основе результатов опытов будет выбран лучший.

Так как прибор универсален, то для его работы требуется база данных, содержащая информацию о шумах и вибрациях, издаваемых различной техникой в исправном и неисправном состоянии. Следовательно, нужно провести несколько экспериментов по получению наборов частот, с которыми колеблется корпус одного и того же механизма в разных точках и различном состоянии механизма.

При создании устройства необходимо продумать варианты дальнейшей модернизации, чтобы увеличить потенциал разработки. Интерфейс прибора должен быть интуитивно понятным и текст на дисплее должен выводиться на русском языке.
Сегодня мы часто пользуемся различными механизмами, в которых есть множество подвижных частей. Эти элементы со временем изнашиваются, работа техники, в состав которой они входят, нарушается, после чего такие детали нужно менять. В ходе ремонта поиск тех деталей, которые нужно заменить, может занять много времени, и было бы удобно выявить неисправности ещё до разборки механизма. Опытные мастера определяют многие неполадки на слух, зная, какие звуки издают новые и изношенные детали, но такой способ подходит не всегда. Во первых, слух человека не совершенен, и малые нарушения в работе устройства при его помощи обнаружить не удастся. Во вторых, неопытный специалист не сможет найти неисправность таким способом. Первую проблему решают различные приборы и устройства, например стетоскопы. Опыт же можно получить только входе длительной практики.

Чтобы облегчить работу по ремонту техники, я решил разработать прототип устройства, которое смогло бы определять неполадки автоматически с высокой точностью. Аналогичных приборов на данный момент не существует, но работы по их созданию ведутся. Моё устройство будет сравнивать вибрации, производимые исправными механизмами во время работы, с вибрациями, производимыми неисправными механизмами, и анализировать полученные результаты, после чего оно сообщит пользователю о типе поломки и возможных способах её устранения. Также прибор будет дешевым и простым в использовании.

Несмотря на то, что устройство является лишь прототипом, оно показало превосходные результаты. Во время испытания мне удавалось определять износ подшипников и находить среди них как рабочие, так и неисправные. Результатом экспериментов стал эталонный спектр частот механических колебаний, характерных для этой модели подшипников.

В работе применялись эмпирические методы исследования, такие как изучение источников информации, анализ полученных сведений а также теоретические, такие как синтез и моделирование.

Ключевые слова: износ, механические колебания, облегчение работы, неисправности, преобразование Фурье, избирательный усилитель, автоматическая регулировка усиления, спектр частот, Arduino Nano.
Результаты
В ходе проделанной работы удалось создать прототип устройства, способного определять тип неисправности подвижных частей механизмов. На данный момент устройство испытывается на муляже двигателя внутреннего сгорания, так как у меня нет доступа к нескольким одинаковым механизмам с разными неполадками в работе. Прибор способен определять частоту вибрации корпуса с точностью ±3 Гц. По результатам экспериментов такой точности вполне достаточно. Устройство безошибочно определяет вид неисправности, имитируемый макетом ДВС. Использованный индуктивный датчик улавливает электромагнитные помехи от преобразователей напряжения, что приводит к возбуждению усилителя сигнала с этого датчика и нестабильной работе прибора. Проблему удалось решить, экранировав обмотку соленоида, но если возникнет необходимость увеличить чувствительность устройства, датчик придётся заменить на другой.
Перспективы развития
Для того, чтобы проводить диагностику сложных механизмов, которыми необходимо управлять в момент поиска неисправностей, прибор в дальнейшем будет оснащён выносными датчиками, которые необходимо прикрепить к определённый точкам конструкции. Базу данных нельзя уместить в устройства целиком без замены микроконтроллера на более мощный и дорогой, следовательно, для её хранения будет создан сервер, информацию с которого устройство будет получать через интернет-соединение при помощи GSM модуля. Электромагнитный датчик стоит заменить на оптический, что позволит значительно увеличить точность и чувствительность прибора, а так же упростит его конструкцию.
Расписание работы автора проекта
1 апреля, чт
Диалог с экспертами
Ответы на вопросы
16:00
16:20

17:35 - 17:45

Чичекин И.В.
Чирский С.П.
1 апреля, чт
16:40
17:00
17:20
Шубин А.Н.
Поздышев М.Л.
Трубачев Е.А.
Задайте вопрос автору проекта
Обязанность отвечать на заданные вопросы остается полностью на участнике. Организаторы форума не несут ответственности за сроки получения ответа.
Заполняя данную форму Вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности сайта.
Пообщайтесь с автором в режиме реального времени
Вы можете посмотреть диалог с экспертом и задать вопросы автору в форме вебинара.
Расписание сессий приведено выше