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以LabVIEW為合成橡膠彈簧試驗(yàn)機(jī)的液壓控制
博爾達(dá) 王旭永
（機(jī)電研究所，上海交通大學(xué)，上海，200030，中國(guó)）
摘錄：該應(yīng)用程序是一個(gè)液壓缸同步運(yùn)動(dòng)控制運(yùn)動(dòng)。本文的主要目的是顯示一個(gè)短的編程代 碼中的LabVIEW來(lái)控制兩個(gè)氣缸與自動(dòng)控制程序僅使用從壓力傳感器和線性位移傳感器的模擬輸入和從所述液壓閥的數(shù)字輸出的運(yùn)動(dòng)。這是專(zhuān)為這種合成橡膠彈簧試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)之一。
關(guān)鍵詞：橡膠彈性；多層橡膠彈簧；層疊式順序結(jié)構(gòu)
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
簡(jiǎn)介
合成橡膠試驗(yàn)機(jī)是檢測(cè)地鐵車(chē)的橡膠彈簧。實(shí)際使用這臺(tái)機(jī)器是為了使預(yù)防維護(hù)，這樣我們就可以準(zhǔn)確了解橡膠彈簧的消費(fèi)生活。每一個(gè)橡膠彈簧是一種周期或工作時(shí)間的主題，這一時(shí)期的彈簧橡膠測(cè)試必須根據(jù)制造商的規(guī)格,這種試驗(yàn)機(jī)是被用來(lái)測(cè)試四種橡膠彈簧；用于此測(cè)試的一個(gè)是所謂的多層橡膠彈簧。本試驗(yàn)的主要特征，與其它橡膠彈簧相比，是，這是結(jié)合了兩個(gè)氣缸的力成為唯一一個(gè)：一個(gè)垂直和一個(gè)水平。
1. 結(jié)構(gòu)組件
這種試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)組件是非常簡(jiǎn)單的。該測(cè)試平臺(tái)具有上框架，移動(dòng)框架，下框架，裝框架試件垂直柱，卡盤(pán)框架支撐上的工作平臺(tái)，液壓系統(tǒng)安裝下至工作平臺(tái)。該平臺(tái)最高液壓為150KN，它是一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)，只需使用兩個(gè)垂直列來(lái)支持它。同時(shí)，這個(gè)設(shè)計(jì)是在多層橡膠彈簧元件的剛性橫向測(cè)量條件下。此外，也有不同的試件，測(cè)量是不一樣的。
這種臥式液壓缸是固定到框架結(jié)構(gòu)里的。該基地的高度可以通過(guò)試驗(yàn)件根據(jù)試驗(yàn)只是改變底座支撐來(lái)修改。它的垂直壓力傳感器被固定在垂直圓柱的頭部。垂直缸的運(yùn)動(dòng)總是向下推施加壓縮力成試片。垂直傳感器被安裝在底框結(jié)構(gòu)中的一個(gè)固定位置正好平行于垂直列。垂直力傳感器被安裝在垂直缸的頭部的基極，水平位移傳感器安裝在水平筒的右側(cè)的這個(gè)底部（查看圖1）的背面。
一個(gè)多層橡膠彈簧的彈性試驗(yàn)期間，水平力必須申請(qǐng)65 kN然后水平缸必須移位土30毫米，在這個(gè)過(guò)程中，我們獲得了從模擬信號(hào)的水平缸的力傳感器，然后我們要衡量的橡膠彈簧常數(shù)K為使用此公式K =（F1 + F2）/ 60（牛頓/毫米）的這個(gè)原因。
圖1試驗(yàn)機(jī)的概貌
1-上部框架；2-垂直缸；3-移動(dòng)框架；4-垂直力傳感器；5-力柱；6-垂直位移傳感器；7-試件；8-工具板；9-下部框架；10-組件框架；11-水平力傳感器；12-臥式圓筒；13-水平位移傳感器
2.壓力系數(shù)
壓力系統(tǒng)的原理可以被視為在圖2系統(tǒng)使用兩個(gè)液壓泵連接電機(jī)，所述液壓泵不超16兆帕，6毫升/轉(zhuǎn)和16毫升/轉(zhuǎn)流的工作壓力。泵站設(shè)計(jì)有一個(gè)壓力表計(jì)，過(guò)濾器等。泵的工作壓力（水平和垂直氣缸）是通過(guò)四個(gè)電磁閥分開(kāi)。泵1被設(shè)計(jì)為三個(gè)不同的工作壓力（150,100,50 KN）。因此，為測(cè)定試驗(yàn)高頻即液壓泵的速度可以用一個(gè)閥門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)。試驗(yàn)加載速度約為1mm/s，這也是在卸載工藝流程中。速度可以調(diào)整到大約2mm/ s，系統(tǒng)具有兩個(gè)閥來(lái)關(guān)閉，這些也是用于保護(hù)液壓泵。液壓系統(tǒng)的示意圖，可以理解在圖2中，電磁閥的控制和改變可以在表1可以看出。
圖2液壓原理圖
1,2,3,4-減壓閥；5,6-電磁整流閥；7,8-單向收縮藥；9-流量控制的單向閥，電磁閥；10,11,12-整流器；13-單向閥；14-閘閥；15-過(guò)濾器；16-壓力計(jì)；17-空氣濾清器
表1液壓系統(tǒng)動(dòng)作圖
標(biāo)準(zhǔn)態(tài)
主缸快速前進(jìn)
主缸緩慢前進(jìn)
主缸緩慢返回
主缸快速返回
臥式液壓缸左前進(jìn)
臥式液壓缸右前進(jìn)
主缸液壓1
主缸液壓2
主缸液壓3
3.采集卡和驅(qū)動(dòng)控制
對(duì)于數(shù)據(jù)的控制和采集我們使用了兩個(gè)不同的卡：一個(gè)模擬卡收集從傳感器的信號(hào)以及另一個(gè)收集數(shù)字卡控制的開(kāi)關(guān)閥信號(hào)。這兩種卡是研華卡，這些卡都是臺(tái)灣制造，他們也控制使用LabVIEW，該驅(qū)動(dòng)程序的LabVIEW必須下載從Advantechl公司的網(wǎng)站。這種模擬卡是由PCL 818 L16路單端或8路差分模擬量輸入，40千赫,12比特的A/ D轉(zhuǎn)換器（轉(zhuǎn)換時(shí)間25微秒）?？删幊淘鲆鎸?duì)于每個(gè)輸入通道（最多8個(gè)）與DMA的自動(dòng)通道/增益進(jìn)行掃描。這種數(shù)字I/O卡有32個(gè)隔離的PCL-730 DIO信道（16個(gè)輸入和16個(gè)輸出），硬件結(jié)構(gòu)，你可以在圖3看出。
顯示屏
↓↑
模擬傳感器 → PCL818LS →控制計(jì)算機(jī)→輸出
16頻 A/D ↓ ↑
PCL730(I/O 16頻)
↑ ↓
AVDAM3920 ADAM3920
數(shù)字輸入 ↓ ↓
24伏 4頻 AVDAM3920 AVDAM3920
數(shù)字輸出 數(shù)字輸出
24伏 4頻 24伏 4頻
圖3硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
4.控制程序的編程
一旦我們安裝驅(qū)動(dòng)程序?yàn)檠腥A卡程序可以啟動(dòng)。該程序的配置是以LabVIEW為它顯示在圖4的一種基本的控制。
垂直圓柱體
最后階段 開(kāi)始階段
第二階段
第三階段 第一階段
臥式圓筒
初始點(diǎn)
圖4. 氣缸的控制過(guò)程視圖
在開(kāi)始階段，垂直氣缸壓縮橡膠彈簧，到它檢測(cè)的65千牛的力，然后臥式筒體必須移動(dòng)+ 30毫米到右側(cè)，然后返回到左邊-60mm的，然后移動(dòng)到右邊+30毫米和停止，和垂直氣缸回到它原來(lái)的點(diǎn)（圖4看到）。在這個(gè)組合過(guò)程中的難點(diǎn)之一是控制運(yùn)動(dòng)，因?yàn)檫@種運(yùn)動(dòng)必須同步，以避免兩個(gè)油缸碰撞。在這種情況下，我們將只顯示氣缸控制由于這個(gè)程序的完全控制，也擴(kuò)展到本報(bào)告中表明我們也只會(huì)顯示背面板程序控制測(cè)試。這LabVIEW程序主要是通過(guò)使用所謂的層疊順序結(jié)構(gòu)的元件，該元件由一個(gè)或更多的子圖或幀，即按順序執(zhí)行設(shè)計(jì)的。使用堆疊式順序結(jié)構(gòu)以確保一個(gè)子圖的另一個(gè)子圖的之前或之后執(zhí)行。
4.1起步階段
你可以在圖5中看到，在第一階段，在當(dāng)垂直圓筒下來(lái)直到垂直力傳感器獲得的力65KN相對(duì)于橡膠彈簧則氣缸停止，并保持在這個(gè)位置，直到測(cè)試完成時(shí)（參見(jiàn)圖4）。
4.2第一階段
對(duì)于水平缸的控制，我們必須首先使用水平位移傳感器獲得初始位置，然后我們可以標(biāo)記在這個(gè)初始點(diǎn)我們的起點(diǎn)和基礎(chǔ)，可以使我們的位移與氣缸數(shù)有+ 30毫米（查看圖6）的控制。
4.3第二階段
在第二階段的水平氣缸的返回必須擴(kuò)展 - 60mm到左側(cè)然后停止，在這個(gè)過(guò)程中，我們必須取得氣缸施加在橡膠彈簧（參見(jiàn)圖7）力的測(cè)量。
4.4第三階段
在第三階段，氣缸必須返回+30mm到右邊，然后停止到原始點(diǎn)（第一階段）（參見(jiàn)圖8）。
4.5最后階段
一旦水平氣缸已經(jīng)返回到原始點(diǎn)（第一階段）并且程序已關(guān)閉水平圓柱所有的閥門(mén)，然后垂直油缸必須開(kāi)始工作。在這種情況下，垂直氣缸使用的垂直位移傳感器，使氣缸回到原來(lái)的工作點(diǎn)，但在開(kāi)始時(shí)，因?yàn)槲覀冃枰刂剖┘拥綇椈上鹉z的力，我們必須使用力傳感器來(lái)做到這一點(diǎn)（參見(jiàn)圖9）。
圖5.立式汽缸的開(kāi)始階段
圖6.臥式氣缸的第一階段
圖7.臥式氣缸的第二階段
圖8.臥式氣缸的第三階段
圖9.立式氣缸的最后階段
堆疊的序列結(jié)構(gòu)為多幀序列，以便序列的運(yùn)行，我們用10序列在該程序過(guò)程中從0到9；在這篇報(bào)告中我們只顯示主要的階段，對(duì)于介質(zhì)階段主要是控制閥門(mén)最后階段的關(guān)閉。這是因?yàn)槲覀兪褂玫氖情y的通斷閥和保留的最后一個(gè)進(jìn)程的內(nèi)存，所以我們必須小心，當(dāng)我們利用堆疊順序結(jié)構(gòu)來(lái)編程的時(shí)候。例如，你可以看到圖10，這表明最后階段9是當(dāng)垂直缸停在初始點(diǎn)時(shí)。
圖10.立式氣缸的最后一幀
從水平位移傳感器和水平力傳感器獲得的信號(hào)被用于繪制使用該橡膠彈簧的彈性的曲線，在測(cè)試過(guò)程中，我們可以測(cè)量橡膠彈簧的常數(shù)k。這讓我們知道生命周期的同事也讓我們知道了橡膠彈簧的情況，為了能夠?qū)@個(gè)程序有個(gè)清晰的理念，我們可以查看圖11，如你所見(jiàn)，F(xiàn)y,是水平方向的力信號(hào)（KN）和施水平位移信號(hào)（毫米），F(xiàn)1和F2分別是第一和第二級(jí)的測(cè)量結(jié)束時(shí)獲得的最終的力。在程序的最后階段能夠告訴我們多層橡膠彈簧的狀態(tài)，你可以在圖12中看到
圖11.橡膠彈簧的試驗(yàn)過(guò)程中的數(shù)據(jù).
圖12. 應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的橡膠彈性曲線最后的基址圖
5.總結(jié)
虛擬儀器軟件LabVIEW被用來(lái)液壓缸的控制程序。這是一個(gè)簡(jiǎn)單而可靠的軟件，而無(wú)需使用編碼程序來(lái)做這個(gè)。我們必須注意，唯一的問(wèn)題是有圖書(shū)館的采集卡，我們要使用，如果這些都不是NI控制卡采集卡。這臺(tái)機(jī)器的發(fā)展有助于我們做出預(yù)防保養(yǎng)?？刂频脑囟疾浑y獲得，但該軟件可能是一個(gè)艱難的一步來(lái)完成它。但是，使用LabVIEW這步是簡(jiǎn)單的一步。LabVIEW的其中一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是在工作中可以以一種直觀的方式看出，當(dāng)我們使用Visual看到并糾正程序中的任何錯(cuò)誤時(shí)，不需要調(diào)試主要代碼C + +或其他編程語(yǔ)言。
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