基于虛擬儀器的活塞桿彎曲試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)

摘要:本文通過(guò)利用彎曲試驗(yàn)的試樣作為活塞桿，同時(shí)還參照標(biāo)準(zhǔn)《GB／T14452-93金屬?gòu)澢W(xué)性能試驗(yàn)方法》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，利用了三點(diǎn)彎曲式的試驗(yàn)方式，測(cè)定活塞桿中最重要的7個(gè)參數(shù)，為虛擬儀器的活塞桿彎曲試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的研究提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞:彎曲試驗(yàn)活塞桿虛擬儀器

中圖分類號(hào):TP206文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:Ａ文章編號(hào):1672-3791(2011)02(b)-0037-01

減振器屬于汽車懸架系統(tǒng)中的最關(guān)鍵元件，在車身相對(duì)車輪振動(dòng)之時(shí)，減振器的活塞桿就會(huì)因?yàn)槭艿捷S的向往復(fù)力，以及側(cè)向往復(fù)力的作用。活塞桿就會(huì)產(chǎn)生撓度、強(qiáng)度以及疲勞失效，從而引起了油封的失效。通過(guò)活塞桿彎曲的試驗(yàn)就能顯現(xiàn)活塞桿在彎曲載荷下的力學(xué)規(guī)律，所以說(shuō)，由試驗(yàn)而來(lái)的力學(xué)性能指標(biāo)就是優(yōu)選工藝、活塞桿設(shè)計(jì)和質(zhì)量檢驗(yàn)的依據(jù)，因此，需要使用性能完善、精度穩(wěn)定、方便的測(cè)試系統(tǒng)。

1測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

活塞桿彎曲試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)是在液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)而來(lái)。活塞桿彎曲試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的工作過(guò)程是彎曲力變化量的力傳感器，撓度的變化利用位移傳感器逐步轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào);然后，彎曲力電壓信號(hào)再經(jīng)過(guò)信號(hào)的調(diào)理模塊放大、調(diào)理后，最后和撓度電壓一起輸入信號(hào)數(shù)據(jù)采集卡。采集卡再將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，通過(guò)軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分析、計(jì)算和處理。最后對(duì)結(jié)果進(jìn)行打印、儲(chǔ)存和顯示。

2測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 軟件結(jié)構(gòu)框架

采用圖形化語(yǔ)言的LabVIEW進(jìn)行軟件程序的設(shè)計(jì)。程序采用了while loop的循環(huán)結(jié)構(gòu)，在標(biāo)定、自檢、數(shù)據(jù)采集、傳感器清零、讀取、保存和打印的功能時(shí)選用了case的選擇結(jié)構(gòu)。在主程序中調(diào)用中也為子任務(wù)創(chuàng)建SubVI。系統(tǒng)的自檢功能得到了自檢模塊上的實(shí)現(xiàn)。自檢模塊利用撓度-時(shí)間曲線和彎曲力-時(shí)間判斷撓度信號(hào)和彎曲力的對(duì)錯(cuò);利用4個(gè)標(biāo)定參數(shù)顯示判斷傳感器的在標(biāo)定文件中的狀態(tài)。

數(shù)據(jù)處理SubVI、數(shù)據(jù)采集子模塊、子模塊測(cè)試模塊及數(shù)據(jù)計(jì)算顯示是構(gòu)成數(shù)據(jù)采集子模塊的主要部位。通過(guò)利用位移傳感器的電壓信號(hào)和循環(huán)采集力傳感器，然后再還原為清零之后的撓度信和彎曲力號(hào)，再利用濾波之后及時(shí)的彎曲力-撓度曲線進(jìn)行顯示。通常情況下，我們都是利用SubVI實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的濾波，用它作為判斷和辨別活塞桿的斷裂依據(jù)，進(jìn)而去除了彎斷之后所采集到的所有數(shù)據(jù)。顯示子模塊及數(shù)據(jù)計(jì)算要依照數(shù)據(jù)處理之后的計(jì)算結(jié)果，通過(guò)顯示其規(guī)定非比例彎曲極限pb0.03、規(guī)定非比例彎曲力Fpb0.03、抗彎強(qiáng)度bb、最大彎曲力Fbb、輸出彎曲力-撓度曲線、最大撓度f(wàn)bb和確定Fpb0.03的斜線。值得一提的是顯示子模塊及數(shù)據(jù)計(jì)算還能讓主程序直接去調(diào)用。如果測(cè)試的結(jié)果錯(cuò)誤是淫威測(cè)試前的輸入?yún)?shù)的誤差所導(dǎo)致時(shí)，就通過(guò)修改測(cè)試前的輸入?yún)?shù)，然后點(diǎn)擊參數(shù)的修改按鈕，主程序就能直接地調(diào)用顯示子模塊及數(shù)據(jù)計(jì)算，從而修正了測(cè)試結(jié)果。指定撓度處彎曲力模塊實(shí)現(xiàn)了計(jì)算所指定撓度處的彎曲力的功能。

指定彎曲力處的永久變形模塊能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算指定彎曲力及FA處的永久變形fA的所有功能。永久變形fA就是通常所說(shuō)的塑性變形，操作時(shí)我們應(yīng)該先計(jì)算出彎曲FA力處的撓度，之后再根據(jù)確定Fpb0.03的斜線的計(jì)算彈性變形，最后利用FA彎曲力處的撓度推出彈性變形的剩余變形就成了永久變形fA。

2.2 數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵問(wèn)題

數(shù)據(jù)處理的最主要的問(wèn)題就是彎曲力-撓度曲線彈性段截距和直線斜率的確定，截距和直線斜率是計(jì)算指定彎曲力FA處的永久變形fA和非比例的彎曲力Fpb0.03的唯一的依據(jù)。通常情況下，此曲線彈性段屬于斜線段，如果試件的直徑越大，那么斜線段就會(huì)越長(zhǎng)，然而一般情況下因?yàn)樵囼?yàn)機(jī)的加載系統(tǒng)間隙以及加載抖動(dòng)，會(huì)使實(shí)際彈性段難以保持斜線段。所以說(shuō)如果直接采用直線擬合線彈性段時(shí)，就很難準(zhǔn)確地判斷彈性段的終點(diǎn)，同事還要注意到擬合誤差也是比較大。確定曲線的彈性段截距和直線斜率一般都是選用數(shù)據(jù)處理中最小均方差法。以1kN做起點(diǎn)，在逐漸增加后續(xù)點(diǎn)數(shù)中，起點(diǎn)與每一個(gè)后續(xù)點(diǎn)之間全部點(diǎn)擬合為直線，這里面直線均方差最小者就是該曲線彈性段的擬合直線。

3測(cè)試系統(tǒng)的硬件

3.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括信號(hào)調(diào)理模塊、力傳感器、位移傳感器、計(jì)算機(jī)組成和數(shù)據(jù)采集卡。活塞桿試樣的直徑通常是≤φ26的，最大的彎曲力≤92kN，所以力傳感器的選用量程一般是10t左右的電阻應(yīng)變片式力傳感器;信號(hào)調(diào)理模塊大多是采用ADAM-3016-AE型信號(hào)調(diào)理模塊;活塞桿彎曲最大撓度不能≤45mm，所以位移傳感器選用量程就要保持在±25mm差動(dòng)變壓器式位移傳感器。試驗(yàn)的過(guò)程中，數(shù)據(jù)采集卡需要撓度兩路信號(hào)和采集彎曲力，采樣的頻率是50Hz～2000Hz;力傳感器和位移傳感器滿量程輸出電壓一般情況下為5v。模擬輸入的通道不能少于四條，頻率也不能不小于10KS/s，還要保證輸入電壓信號(hào)的范圍應(yīng)該在5V以內(nèi)。所以，系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡選用NI公司生產(chǎn)的PCI-6220數(shù)據(jù)采集卡。該卡一共有68個(gè)端子，頻率是250KS/s，采用16位精度，以及l(fā)6信道單端模擬輸入，2個(gè)24位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，24個(gè)數(shù)字I/O，能夠滿足該系統(tǒng)的所有要求。

3.2 工裝的設(shè)計(jì)

萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)再給活塞桿2加載的時(shí)候，試驗(yàn)機(jī)移動(dòng)臂6就會(huì)同時(shí)向下移動(dòng)，這就推動(dòng)壓頭3、壓頭座4和力傳感器5向下移動(dòng)，支輥1與壓頭3緊壓在活塞桿3上，從而形成了三點(diǎn)彎曲方式。力傳感器5是用來(lái)檢測(cè)活塞桿2所受的彎曲力。至于位移傳感器8就安裝在開(kāi)槽的位移傳感器線性區(qū)。定位套7的功用就是為了確保位移傳感器在線性區(qū)正常的工作。位移傳感器殼體大都是利用螺釘固定在定位套7上，而位移傳感器芯軸則是利用螺母固定在壓頭座4上，通過(guò)壓頭座4的伸長(zhǎng)臂在定位套7的槽內(nèi)的上下移動(dòng)，就可以隨時(shí)檢測(cè)到活塞桿2撓度的變化。

4結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)表明，我們所開(kāi)發(fā)出的測(cè)試系統(tǒng)，他能實(shí)時(shí)顯示出活塞桿從彎曲開(kāi)始一直到彎斷過(guò)程中的彎曲力-撓度曲線，還能準(zhǔn)確地顯示出力學(xué)特征參數(shù)。虛擬儀器的活塞桿彎曲試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單便捷、性能完善、界面友好、測(cè)試精度穩(wěn)定，能夠完全滿足活塞桿彎曲試驗(yàn)的需要。

參考文獻(xiàn)

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