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平面涡卷弹簧疲劳试验机控制系统研究
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摘要
目前,疲劳试验研究的深度和广度都在不断加大,国内已经有很多科研单位、高等院校进行了疲劳设计相关的工作。弹簧疲劳试验机是研究弹簧寿命的重要试验设备,被广泛应用于航空航天、汽车制造、高等院校和科研院所等相关实验室。弹簧疲劳试验机对研究弹簧带材、改进工艺、提高弹簧质量、降低制造成本、确保弹簧产品安全可靠等都有重要的作用。弹簧疲劳试验机种类繁多,但是当前国内很少有专门针对平面涡卷弹簧的疲劳试验机。本课题主要研究平面涡卷弹簧疲劳试验机的控制系统,其技术指标是基于与成都某弹簧生产厂签订合同中注明的技术要求。
     试验机的控制系统是试验机的重要组成部分,是决定试验机性能的关键因素。控制系统要求能够保证运动控制的稳定性、准确性和快速性,还要求能够准确判断试件是否发生疲劳断裂,以及疲劳断裂时试件扭转的次数。论文针对控制系统的上述情况进行了设计。
     首先,对平面涡卷弹簧的力学特性及试验机的机械传动结构进行研究,确定并分析了疲劳试验过程中各变量之间的关系,为疲劳试验机控制系统设计提供理论依据。
     然后,详细介绍了控制系统的软硬件设计,在硬件方面采用松下A4系列电机伺服单元作为执行机构,上位机采用步科公司的MT4000系列人机操作界面以实现人机交互,下位机使用的是西门子的S7-200系列PLC作为控制核心。
     最后,使用STEP7-Micro软件开发了PLC控制程序,利用EV5000软件组态人机交互界面。通过实际测试证明,设计的平面涡卷弹簧控制系统的控制可靠性高、运动定位准确、响应快速达到了设计要求,填补了国内这类控制系统的空白。
The depth and extent of fatigue test researching is increasing at present, the working of fatigue project is on process in a lot of domestic graduate school and university. As an important test facility, spring fatigue testing machine plays a key role in studying the life of spring, which is widely used in related laboratories of aerospace, automobile, higher education institutions and research institutes. Spring fatigue testing machine helps us to study the spring strip, improve manufacturing process, raise the quality of spring, lower manufacturing costs, and to ensure the reliability of spring products. There are many kinds of spring fatigue testing machine, however, few of them are specially designed for the flat scroll spring fatigue test. In this thesis, the main task is to study the control system of the flat scroll spring fatigue testing machine, the technical indexes of this thesis are built upon the technical contract signed with a spring plant in Chengdu.
     The control system is an important part of the testing machine, which is the key factor to decide the performance of the testing machine. The control system is required to ensure the stability, accuracy and rapidity of motion control, and also required to be able to judge the fatigue fracture of the specimen accurately and record the times of the fatigue torsion. In response to these circumstances, this paper has conducted a special study.
     Firstly the paper introduce the mechanical properties of the flat scroll spring and the mechanical structure of the testing machine, and analyze the relationship of variables in the fatigue test process, and these provide theoretical basis for the design of the fatigue testing machine's control system.
     Secondly, the paper introduces the hardware and software design of the control system. In terms of hardware, A4series servo motor unit produced by Panasonic is the executing agency of system, the MT4000series HMI produced by Kinco company is made as the operation panel, the Siemens S7-200series PLC is taken as the control core unit.
     In terms of software, the PLC control program is developed in the STEP7-Micro Software development environment, the operator interface is designed in the EV5000configure software. Through the test, the control system of the flat scroll spring fatigue testing machine has met the design requirements of high reliability, accurate positioning and fast response, and filled up the blank of this kind of control system in China.
引文
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