基于crio平臺的 機(jī)體疲勞試驗臺架自 動控制系統(tǒng)

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1、基于CRIO平臺的機(jī)體疲勞試驗臺架自動控制系統(tǒng)容濟(jì)摩托車點火器?http://www.longi.com.cn參考資料：http://hi.baidu.com/%C5%C9%BF%CB652/blog/item/f386c410331be2e91bd57615.html1.?概述對于柴油機(jī)而言，在燃油耗低和排放達(dá)標(biāo)的同時，具有優(yōu)良的扭矩和功率特性就必須達(dá)到更高的最高爆發(fā)壓力。而更高的爆發(fā)壓力則意味著更高的機(jī)械載荷，這也意味著對柴油機(jī)更高的強(qiáng)度要求。作為柴油機(jī)的主要零部件——機(jī)體，面臨著同樣的問題。為了提高機(jī)體的強(qiáng)度及可靠性，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了

2、大量的研究工作。研究手段主要有理論研究和試驗研究兩種。理論方面主要以有限元計算為主；試驗方面則有實機(jī)試驗和模擬試驗兩種，實機(jī)試驗雖然直接考核發(fā)動機(jī)機(jī)體的強(qiáng)度，但是一則試驗周期長，二則不能模擬機(jī)體承受較最高爆發(fā)壓力更高的壓力載荷時的受力情況；而模擬試驗則可以通過控制加載載荷的大小，來模擬發(fā)動機(jī)機(jī)體承受不同載荷時的受力情況，結(jié)合疲勞可靠性理論，可對機(jī)體的疲勞壽命，以及安全系數(shù)給出定量的評價。綜上所述，機(jī)體模擬疲勞試驗是機(jī)體強(qiáng)度及疲勞壽命評價的有效手段。國外針對上述工作的研究開展較早，特別是模擬試驗技術(shù)，?AVL公司、?Ricardo公司、Sch

3、enck?公司等都有較為成熟的產(chǎn)品和技術(shù)，其加載方式都采用液壓加載的方式。由于模擬試驗臺架的技術(shù)要求較高，在國內(nèi)，針對機(jī)體強(qiáng)度的研究主要以有限元計算為主，實機(jī)考核試驗為次，而模擬試驗技術(shù)則鮮見報道。據(jù)了解，中國北方發(fā)動機(jī)研究所在上個世紀(jì)八十年代，從德國?Schenck公司引進(jìn)了一套液壓伺服模擬試驗裝置，可進(jìn)行發(fā)動機(jī)活塞、連桿、機(jī)體等零部件的模擬試驗，山東渤?；钊邢薰驹诒臼兰o(jì)初從?Schenck公司引進(jìn)了一套用于活塞及銷座的液壓模擬試驗系統(tǒng)。但是在機(jī)體破壞的判據(jù)方面一般采用經(jīng)過一定的試驗周期后停機(jī)，通過肉眼觀測的方法，如果出現(xiàn)裂紋則認(rèn)為機(jī)

4、體破壞，無則繼續(xù)試驗。該方法存在著一定的缺陷：1）試驗過程需要人工參與；?2）機(jī)體裂紋產(chǎn)生的準(zhǔn)確時間不能確定。針對上述問題，?2007年作者開發(fā)研制了一套基于美國國家儀器公司（NI）CRIO平臺的機(jī)體液壓疲勞試驗系統(tǒng)，提出了采用應(yīng)變信號變化作為機(jī)體破壞判據(jù)的試驗方法，并應(yīng)用該試驗系統(tǒng)對某型號機(jī)體進(jìn)行疲勞強(qiáng)度考核試驗。2.?試驗系統(tǒng)工作原理所研制的機(jī)體液壓疲勞試驗系統(tǒng)采用單缸工作模式，即試驗過程中只對一個氣缸進(jìn)行試驗。機(jī)體液壓疲勞試驗中，采用虛擬的活塞、連桿和曲軸（直軸）與氣缸體、曲軸箱進(jìn)行裝配。虛擬曲軸包括一個直的軸件、兩對軸瓦等部件。軸件

5、兩端具有主軸頸直徑，而在中間減小到曲柄銷直徑。這一方法的優(yōu)點是不需要原型曲軸，而且試驗氣缸的數(shù)目和位置可以自由選擇。在虛擬活塞頂部，放入一個加載活塞以在試驗過程中最大程度地減小需要液壓油壓縮的體積。虛擬活塞的頂部有一個特殊的密封圈防止液壓油損失。密封位置必須盡可能高以便使由于液壓壓力作用在氣缸壁上的力達(dá)到最小，從而避免試驗過程中產(chǎn)生不相關(guān)的氣缸壁裂紋。主軸承蓋（或底板）螺栓必須按照技術(shù)規(guī)范擰緊。缸蓋用一鋼板代替并用原型缸蓋墊片和缸蓋螺栓安裝，并按照技術(shù)要求擰緊。鋼板上有用于提供和排泄液壓油以及溫度和壓力傳感器的連接。加載機(jī)構(gòu)的示意圖如圖1所

6、示。圖1?液壓加載機(jī)構(gòu)示意圖試驗過程中，通過?CRIO的?NI9263模塊控制液壓伺服電磁閥動作，產(chǎn)生正弦波的液壓脈沖信號，液壓壓力通過加載機(jī)構(gòu)作用于虛擬活塞，并通過機(jī)械機(jī)構(gòu)傳遞至機(jī)體上，使機(jī)體的氣缸壁面承受交變的拉壓載荷。從而模擬發(fā)動機(jī)機(jī)體在實際運(yùn)行過程中承受的交變載荷，所加載的液壓載荷的大小可通過發(fā)動機(jī)的實際爆發(fā)壓力和機(jī)體設(shè)計安全系數(shù)確定。通過CRIO的?NI9237應(yīng)變采集模塊采集貼在機(jī)體主軸承螺栓根部（機(jī)體易破壞處）的應(yīng)變片的輸出信號，當(dāng)監(jiān)測到應(yīng)變值變化超過設(shè)定值，一般以應(yīng)變變化50％為機(jī)體破壞的判據(jù)（此時應(yīng)變片所貼位置處產(chǎn)生肉眼可

7、見裂紋），則?CRIO控制器發(fā)出信號，終止試驗，并給出機(jī)體破損提示。3.?控制系統(tǒng)設(shè)計3.1CRIO嵌入式控制器簡介CRIO平臺是NI?公司生產(chǎn)的?CompactReconfigurableI/O?控制器的縮寫，該控制器包含一個實時控制器與可重新配置的現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）芯片，適用于可靠的獨立嵌入式或分布式應(yīng)用系統(tǒng)，還包含熱插拔工業(yè)I/O模塊，內(nèi)置可直接和傳感器/調(diào)節(jié)器連接的信號調(diào)理電路。?CRIO適應(yīng)的溫度范圍是－40℃到?70℃，抗50g的沖擊以及適應(yīng)危險或可能爆炸的環(huán)境。大部分I/O模塊可以承受?2300Vrms的瞬時電壓，可

8、以持續(xù)接收250Vrms?的電壓。具有可靠性高實時性好的特點。3.2?控制系統(tǒng)硬件設(shè)計試驗系統(tǒng)功能框圖如圖2所示。由于試驗過程以較高的頻率進(jìn)行（一般為?10~30HZ，視具體試驗