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綜合比較現有氣彈簧疲勞試驗機,對電液(氣)伺服式 、機械式加載方案進行比較分析,本次研發(fā)中采用了伺服驅動搭載伺服電動缸的力加載方式進行動力輸出。電動缸是將伺服電機與絲杠一體化的模塊化產品,通過內置的絲杠將伺服電機的旋轉運動轉換成直線運動,容易與PLC等控制系統(tǒng)連接,實現高精度運動控制。

高低溫環(huán)境實現

本設備的重點在于如何創(chuàng)造不同的環(huán)境溫度,以實現疲勞循環(huán)試驗。本試驗機自主研發(fā)了溫度加載系統(tǒng):使用瓷片式加熱器進行高溫加載,使用兩級復疊式壓縮制冷機以進行低溫加載。高低溫箱內通過使用循環(huán)風機將升溫或降溫后的空氣從入風口送入高低溫箱內,整個過程通過實時調整送風速率及風向控制高低溫箱內的溫度波動度。高低溫箱采用硬質聚氨酯發(fā)泡和玻璃棉混合方式以實現溫度場的穩(wěn)定控制。高低溫環(huán)境的控制采用繼電器、接觸器、定時器等對壓縮機、循環(huán)風機、瓷片式加熱器等部件進行延時及通斷控制,最終實現高低溫箱內環(huán)境溫度的控制�？刂浦惺褂瞄]環(huán)PID控制方式進行控制。電氣控制系統(tǒng)與下位機 PLC 相連接組成控制系統(tǒng)。

試驗機控制系統(tǒng)介紹

試驗機采用伺服電動缸作為動力執(zhí)行機構,經計算選型后選擇與之相匹配的伺服電機和伺服單元作為動力源控制動力輸出。試驗機設計中,動力系統(tǒng)為垂直方向安裝,設計中選用相匹配的保持制動器以解決加載部分在重力作用下的定位不準,以及自行脫離的問題。試驗機的開發(fā)中,采用位置控制方式通過脈沖序列位置指令來控制電動缸的位置。輸入信號脈沖指令采用符號加脈沖序列方式。試驗機開發(fā)過程中選用的伺服單元提供了 "電子齒數"功能 ,通過計算分析后,將電子齒數比設定為1048567/500。試驗機開發(fā)過程中,使用浪涌抑制器以及將主回路電纜與輸入輸出信號分開布置的方式來減少噪聲的干擾。

基于PLC的系統(tǒng)控制

試驗機的開發(fā)中,采用西門子S7-200小型可編程邏輯控制器PLC作為下位機控制單元。采用LAD編輯器方式進行程序編寫。經過對系統(tǒng)功能進行分析,得出控制部分所需實現功能及解決方案。疲勞試驗機控制程序主要可分為伺服單元電源控制和疲勞試驗過程控制兩部分。其中疲勞試驗過程控制又可分為通信功能模塊、高速計數器功能模塊、運動控制功能模塊、計數中斷模塊、發(fā)送完成模塊、接收完成模塊等部分。試驗機PLC控制流程圖如圖所示。

數據庫與操作系統(tǒng)

試驗機開發(fā)中采用ACCESS數據庫與Lab-view混合編程方式實現操作系統(tǒng)編寫。經過系統(tǒng)分析,將試驗機操作系統(tǒng)所需實現的功能分為基本信息管理模塊、試驗人員管理模塊、數據采集處理模塊、通信參數設置模塊、環(huán)境溫度控制模塊、手動加載模塊以及自動疲勞試驗模塊。上位機與下位機采用 RS485 串口通信方式采集試驗數據及傳輸控制指令。操作系統(tǒng)中通過ACCESS數據庫軟件建立數據表格,用于分別存儲試驗人員信息、試驗樣品信息以及試驗數據。

溫度范圍：A:-20℃~130℃ B:-40℃~130℃ C:-60℃~130℃ D:-70℃~130℃
濕度范圍：30~98% R?H
波動/均勻度：≤±0.5℃ /±2℃
溫度偏差：+2%、-3%R?H
升溫時間：-20℃~100℃約35min -40℃~100℃約45min -70℃~100℃約55min
降溫時間：25℃~40℃約55min 25℃~60℃約65min 25℃~70℃約80min

溫濕度運行控制系統(tǒng)

控制器：進口微電腦溫濕度集成控制器(溫度直接顯示百分數)
精度范圍：設定精度:溫度±0.1℃、濕度±0.1%R?H,指示精度:溫度± 0.1℃、溫度±0.1%R?H
溫濕度傳感器：鉑金電阻?PT100Ω
加熱系統(tǒng)：完全獨立系統(tǒng),鎳鉻合金電加熱式加熱器
加濕系：外置隔離式,全不銹鋼鍋爐式淺表面蒸發(fā)式加濕器
除濕系統(tǒng)：采用蒸發(fā)器盤管露點溫度層流接觸式加濕器
供水系統(tǒng)：加濕供水采用自動控制且可回收余水,節(jié)水降耗
制冷系統(tǒng)：全封閉風冷單級壓縮制冷方式/原裝"泰康"/全封閉風冷復選壓縮制冷方式
循環(huán)系統(tǒng)：耐溫低噪音空調型電機,多葉式離心風輪