摘要
试验检测是学术研究、工程质量保证和施工控制的基本手段;是设计依据参数的基本来源;也可以为工程质量事故调查分析提供分析的重要参考依据。万能试验机是测定材料机械性能的基本设备之一,材料万能试验机可以对各种金属材料及某些非金属材料在常温下进行拉伸、压缩、弯曲强度等强度实验。较早出现的材料万能试验机有机械式、液压式等。随着科学技术的进步,对科学实验的要求也越来越高,特别是实验的精度,实时显示,以及数据处理等方面都有了更高的要求,出现了现代的电子试验机和电液伺服试验机等高端试验机设备,虽然这类试验机性能优越,但是价格相当高,对于中小企业、一般院校和试验机构来说有些承受不起;近年来也有对试验机进行改造的研究,通过文献检索查阅发现,液压式万能试验机的数字化改造研究已经有了一定数量的研究报道。而机械式万能试验机还没有相关的报道。
基于上述原因,本文主要针对机械式万能试验机进行改造研究。本文基于虚拟仪器技术对WJ-10B机械式万能试验做了部分数字化改造研究,通过在机械式万能试验机上加装能够满足试验精度要求的拉、压力传感器,位移、变形引伸计来测量试验机在试验时所施加的载荷以及横梁所移动的位移,并将传感器所测量的数据通过数据采集模块传入计算机中,采用LabVIEW软件编写了虚拟仪器对数据进行显示、分析和处理。通过试验证明该种方案比较简单适用,能够达到对数据的实时采集且操作简单,需要投入的资金也比较少(6000~8000元),是一种非常好的改造方案,缺点是不能实现自动控制。
另外,本文还对WJ-10B机械式万能试验机进行了的全面数字化改造研究(通过与长春科新公司合作方式)。研究了系统配置的技术方案中单片机性能、PWM控制电路的设计、转速及遥控指令测量电路设计;对计算机控制系统以及主程序开发的研究,并且进行了数学仿真和半实物仿真,效果良好。改造后的试验机也进行了低碳钢的拉伸实验,其效果总体上达到电子万能试验机的水平,而且在价格上相对低一些,价格3~5万左右,达到预期构想。
两种改造方案总体效果与电子万能试验机相接近,使用方便,精度较高,价格较低具有一定的市场前景。
Experiment and Testing Technology is the basic mean of academic research, engineering quality assurance and construction control. It is main resource to design parameters and can also provide engineering quality accident investigation analysis with key references. Universal material testing machine is one of equipments which can test mechanical properties of materials, such as tensile strength, compression strength and bending strength of metal materials and certain non-metallic materials at normal temperature. Mechanical universal testing machine and hydraulic universal testing machine are the earlier type of material testing machine. With the development of science and technology, requirements to high level testing instruments for scientific experiments are increasing, particularly in experimental accuracy, real-time display and data-processing and other aspects. Many modern electronic universal testing machines and other sophisticated testing machines such as electric-hydraulic servo testing machines have been produced. Although these testing machine have many superior performances, their prices are so high that many small institutions, companies and schools can not afford them. From some reports in recent years, there are many researches on the renovation of the existing testing machine, which focus on digital transformation of hydraulic universal testing machine. But there are little reports on mechanical universal test machine.
For these reasons mentioned above, this dissertation mainly probes digital transformation of mechanical testing machine. Part of the digital transformation to WJ-10B mechanical universal testing machine is done based on Virtual Instrument Technology. In order to meet testing accuracy, a lot of tensile and compress sensors and displacement tester, extensometer which can measure the test loads and displacement of transverse beam are fixed on the mechanical universal testing machine. The data collected from the sensors are transformed into data acquisition module in computer, and a virtual instrument software of LabVIEW is introduced in this dissertation to analyze and process collecting data. Based on experiment, it has been proved that this method is relatively convenient to achieve real-time data acquisition and that this method is also easy to operate. There are also fewer investments required (¥6000~8000). It is a very good innovation program except its automatic control functions.
In addition, this dissertation also explores a full-scale digital transformation of mechanical universal material testing machine based on WJ-10B (cooperation with the Changchun Xinke Company). The performance of mono-plate processor,
引文
[1] 邓其源.试验机的升级改造技术及其展望.理化检验-物理分册.2001,3(1):2-6页
[2] MTS 810 Material Testing Systems. MTS Systems Corporation. USA: 2002 (product catalog)
[3] Material Testing Products. MTS Systems Corporation. USA: 1999 (product catalog)
[4] Grips & Fixtures. MTS Systems Corporation. USA: 1995 (product catalog)
[5] Material Test System SAGINOMIYA SEISAKUSHO. INC.. JAPAN: 2001 (product catalog)
[6] 张世兵.电子万能试验机测控系统改造及软件设计.北方工业大学硕士学位论文.2005:3-4页
[7] 王林.材料试验机的升级改造及其在教学中的应用.实验室科学.2006,(4):102-103
[8] 周庆华,白君毅.应用微机改造老试验机及实验室数字化管理.水运工程.2005,(9):55-57页
[9] 黄业民,李福军.YE_300试验机加荷调速装置的技术改造.现代计量仪器与技术.2003,(8):47页
[10] 潘信吉,何蕴增等编.材料力学实验原理及方法.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,1995:92-96页
[11] 于旭光.关于材料试验机数字化改造的几点认识.计量技术.2005,(1):43-44页
[12] 王彦刚.增量式时栅位移传感器原理及系统研究.重庆大学硕士学位论文.2-4页
[13] 汲书强.液压式万能材料试验机数控化系统研究.河北农业大学.2004:14-19页
[14] 韩金玉.液压式万能材料试验机计算机自动测试系统研究.西北农林科技大学.2004:6-18页,
[15] 刘勤,马凤鸣,刘明.差动变压式传感器测量系统设计.天津工程师范大学学报.2005,(9):50-53页
[16] 杨卫辉.液压万能试验机数据采集系统研究与设计.吉林大学硕士学位论文.2006:10-14页
[17] 张如一,沈观林,李朝弟等编著.应变电测与传感器.北京:清华大学出版社,1998:74-75页
[18] 张如一编.实验应力分析.北京:机械工业出版社,1981:73-75
[19] 邓炎,王磊等编著.LabVIEW7.1测试技术与仪器应用.北京:机械工业出版社,2004:1页,6-8页
[20] 侯国平,王珅,叶齐鑫等编著.LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计.北京:清华大学出版社,2005:2页,4-5页
[21] 关旭,张春梅,王上锦.虚拟仪器软件LabVIEW和数据采集.微机发展.2004,14(3):77-79页
[22] 虚拟仪器技术及其应用.微型机与应用.1997,(8):11-14页
[23] 肖忠祥等编.数据采集原理.西安:西北工业大学出版社,2001:1页
[24] 马明建编著.数据采集与处理技术.西安:西安交通大学出版社,2005:1-5页
[25] 马明健,周长城.数据采集与处理技术.西安:西安交通大学出版社,1998:1-5页,174-207页
[26] 唐光荣,李九龄,邓丽曼.微型计算机应用技术(上).北京:清华大学版社,2000:13-38页,48-66页
[27] 赵易彬,王振文.基于LabVIEW的数据采集系统.中国计量.2006,(10):75-76页
[28] 郝文璐.基于虚拟仪器技术的扭转试验机的改造.振动、测试与诊断.2004,(9):226-228页
[29] AengusMurray国际整流器公司.剖析可变速电机控制原理.电源技术.2006,(9):26-27页
[30] Cypress半导体公司.1~2CBusDesignandTestforEmbeddedSystems.DataCom&NetworkComponents.30-32页
[31] 陶永华等编.新型PID控制及其应用.北京:机械工业出版社,1998:1-11页
[32] 蔡逢煌,杨富文,林鸿.改进型积分分离PID控制设计.福建电脑.2003,(9):41-42页
[33] 薛辉,王从岭.基于单片机采用PID算法电机运行控制系统设计.机床与电器,2006,(1):51-52页.
[34] 胡克峰,周云飞等.基于积分分离的PID的位置控制器的设计.机床与液压.2004,(5):19-21页
[35] 仇镇谦.PID的调节规律及过程控制.江苏:江苏科技出版社,1987:36-46页
[36] 董秀成.控制算法的计算仿真及比较研究.电讯技术.2000,(5):52-56页
[37] 郭晓伟.提高计算机管理主动性的有力保证-中断控制器.电脑知识技术.2006,(10):155-156页
[38] 丁一,胡风林,李国宽.高级可编程中断控制器系统的研究.计算机工程与科学.2005,(12):97-100页
[39] 朱霞,高德远,张盛兵,樊晓桠.嵌入式微处理器中断控制单元的设计.计算机工程与应用.2001,(11):48-50页
[40] 陈智军.液压式万能材料试验机计算机控制系统的研究.浙江工业大学.2003:25-28页,
[41] 陈燕俐,洪龙.自由调整中断优先级的研究和实现.南京邮电学院学报.2005,(6):35-39页
[42] 樊宁坤.材料拉力试验机专用夹持器结构的改进.宁夏工程技术.2002, (11):281-282页
[43] 谭思云,向敏.硬件中断控制在机械设备自动控制中的应用.工业控制计算机.2003,(7):34-35页
[44] 蔡增伸,赵新建,王海勇,平国良,王从贤.金属拉伸试验方法的关键及其装备研究.浙江工业大学学报.1999,27(3):214-221页
[45] 曹志清,张雅琴.材料力学万能试验机研究—拉伸测试机构的改进及误差分析.北京化工大学学报.2000,(1):34-38页