機(jī)械式拉力試驗(yàn)機(jī)的電氣控制系統(tǒng)改進(jìn)

吳雷

在傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)中，一般采用分立元件控制直流機(jī)。但是在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，由于長時(shí)間的運(yùn)用導(dǎo)致系統(tǒng)零件老化，出現(xiàn)系統(tǒng)故障。另外由于生產(chǎn)年限的問題，一些元件在原廠中已經(jīng)停止生產(chǎn)或者只有固定廠家擁有，難以采購。因此為了機(jī)械的正常運(yùn)行，對(duì)于電氣控制系統(tǒng)的改造刻不容緩。目前的改造方式主要是將傳統(tǒng)直流機(jī)換位交流電機(jī)，采用拉力試驗(yàn)機(jī)的升降速度調(diào)節(jié)功能。根據(jù)實(shí)際使用結(jié)果分析，新型電氣控制系統(tǒng)的測(cè)量精確度高、運(yùn)行穩(wěn)定、維修方便，可有效提高工作效率。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械式 拉力試驗(yàn)機(jī) 電氣控制系統(tǒng) 改進(jìn)分析

機(jī)械式拉力試驗(yàn)機(jī)屬于一種拉伸性能測(cè)試設(shè)備。其主要測(cè)試對(duì)象為非金屬及金屬材料。在產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)當(dāng)中發(fā)揮著重要作用。在建筑行業(yè)、汽車行業(yè)、冶金行業(yè)均有著廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合傳統(tǒng)拉力試驗(yàn)機(jī)應(yīng)用案例，分析電氣控制系統(tǒng)的改進(jìn)方法。

1 機(jī)械式拉力試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)造原理

機(jī)械式拉力試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)造主要有操作臺(tái)、上夾具、下夾具、減速機(jī)、電控系統(tǒng)、直流電機(jī)、機(jī)架、絲桿、工作臺(tái)等部分組成，其工作原理為將所測(cè)試鋼絲放入上夾具與下夾具之間夾緊，啟動(dòng)后電機(jī)旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)渦輪減速機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。采用滑動(dòng)工作臺(tái)限制運(yùn)動(dòng)范圍，使得滑動(dòng)工作臺(tái)隨著絲桿的帶動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。當(dāng)滑動(dòng)工作臺(tái)做向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋼絲由于牽引力觸動(dòng)拉力傳感器的電子信號(hào)，然后通過測(cè)力系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，從而得出鋼絲的抗拉強(qiáng)度。具體構(gòu)造如圖1所示。

2 傳統(tǒng)拉力試驗(yàn)機(jī)存在的問題

本文以LJ-A系列機(jī)械鋼絲拉力試驗(yàn)機(jī)為例，其電控系統(tǒng)采用分立元件直流電機(jī)，測(cè)力系統(tǒng)為機(jī)械式指針表，針對(duì)其應(yīng)用中存在的問題進(jìn)行分析：

（1）原拉力試驗(yàn)機(jī)主機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)噪音較大，并且傳動(dòng)工作結(jié)果的誤差較為顯著。

（2）電機(jī)堵轉(zhuǎn)中的可控硅易燒毀，從而導(dǎo)致電路出現(xiàn)短路、斷路等現(xiàn)象，通知工作。

（3）電路損壞后修復(fù)所需成本較高，并且修復(fù)完成后，其控制精度隨著修復(fù)次數(shù)的增加越來越低。

由于LJ-A系列機(jī)械鋼絲拉力試驗(yàn)機(jī)隨著設(shè)備的老化，維修次數(shù)不斷增加，機(jī)械故障越來越嚴(yán)重，已經(jīng)無法滿足測(cè)試要求，而重新采購及其費(fèi)用較為昂貴，因此對(duì)原機(jī)器進(jìn)行改造利用。

3 機(jī)械式拉力試驗(yàn)機(jī)電氣控制系統(tǒng)的改造

3.1 技術(shù)參數(shù)改造

將直流電機(jī)改造為交流電機(jī)，原電機(jī)調(diào)速范圍在25r/min-1500r/min，而改造后交流電機(jī)的頻率為0.82Hz-50Hz。由于交流電機(jī)在運(yùn)行時(shí)如果輸出轉(zhuǎn)矩低于5Hz，則會(huì)使得電機(jī)功率增加，因此采用4極2.2Kw交流電機(jī)提高輸出轉(zhuǎn)矩。采用變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使得拉力試驗(yàn)機(jī)可進(jìn)行慢速上升、快速上升、慢速下降、快速下降4個(gè)動(dòng)作。測(cè)力系統(tǒng)換為拉力傳感器，顯示系統(tǒng)采用數(shù)字測(cè)力儀。變頻器的參數(shù)設(shè)定主要由控制方式（無速度傳感器矢量控制）、命令源選擇（端子命令通道）、主頻率源選擇（ALL）、下限頻率、加速時(shí)間、減速時(shí)間、額定功率、額定電壓、額定電流、額定頻率、額定轉(zhuǎn)速、端子功能選擇（正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)運(yùn)行，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)，故障復(fù)位）、端子命令方式（兩線式）、AO1輸出選擇（運(yùn)行頻率）、停機(jī)方式（自由停車）、點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行頻率、點(diǎn)動(dòng)加速時(shí)間、點(diǎn)動(dòng)減速時(shí)間、反轉(zhuǎn)控制（允許）。

3.2 測(cè)力系統(tǒng)改造

將原表盤測(cè)力系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為電子測(cè)力系統(tǒng)，在機(jī)械式拉力試驗(yàn)機(jī)的上夾具與機(jī)架中間安裝拉力傳感器，用以測(cè)量拉力，顯示系統(tǒng)采用數(shù)字測(cè)力儀。

3.3 測(cè)速系統(tǒng)改造

在原機(jī)械式拉力試驗(yàn)機(jī)的機(jī)體與移動(dòng)工作臺(tái)中間防止位移傳感器（拉繩式），將機(jī)械式拉力試驗(yàn)機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)采用電信號(hào)的形式呈現(xiàn)出計(jì)量數(shù)據(jù)。并且將位移傳感器（拉繩式）固定在機(jī)體上，將拉繩綁在移動(dòng)的物體上，將該移動(dòng)物體的運(yùn)用軌跡與拉繩直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行校對(duì)，當(dāng)物體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，拉繩隨之發(fā)生收縮與拉伸，同時(shí)旋轉(zhuǎn)感應(yīng)器隨著帶螺紋的輪轂的移動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用位移傳感器將拉繩移動(dòng)距離與輸出成比例的電信號(hào)進(jìn)行呈現(xiàn)，得出該運(yùn)動(dòng)物體的位移速率與方向。改造完成后的機(jī)械式拉力試驗(yàn)機(jī)最大拉繩空間為700mm，采用測(cè)量長度為1000mm、測(cè)量精度為正負(fù)0.2mm的編碼器，采用增量編碼器測(cè)量顯示儀，組成測(cè)速系統(tǒng)。

4 改造完成后的實(shí)際應(yīng)用測(cè)試

在機(jī)械式拉力試驗(yàn)機(jī)改造完成后，投入使用前需要進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如下：

（1）改造后機(jī)械式拉力試驗(yàn)機(jī)調(diào)速范圍控制在25r/min-1500r/min時(shí)可以無誤平穩(wěn)運(yùn)行，并且采用交流電機(jī)簡化了直流電氣控制系統(tǒng)，加上變頻器的應(yīng)用，時(shí)期控制方法更為簡單；

（2）變頻器具有過流保護(hù)、過壓保護(hù)、過熱保護(hù)等多種保護(hù)系統(tǒng)，這種保護(hù)系統(tǒng)可以避免可控硅燒毀的問題，使得電路運(yùn)行更加安全；

（3）根據(jù)實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)分析，變頻器穩(wěn)速精度增加了5%，相對(duì)于原機(jī)械式拉力試驗(yàn)機(jī)而言，提高了速度穩(wěn)定性；

（4）將指針測(cè)力改為電子數(shù)字測(cè)力后，讀數(shù)更為方便與精確。

5 結(jié)語

機(jī)械式拉力試驗(yàn)機(jī)改造完成后，相對(duì)于原拉力試驗(yàn)機(jī)而言，在25r/min-1500r/min時(shí)可以無誤平穩(wěn)運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行更為穩(wěn)定；維修更為簡易；具有過流保護(hù)、過壓保護(hù)、過熱保護(hù)等多種保護(hù)系統(tǒng)，使用更為安全；變頻器穩(wěn)速精度增加了5%，測(cè)力更為精確；將指針測(cè)力改為電子數(shù)字測(cè)力后，讀數(shù)更為方便與精確。簡易在同類設(shè)備上大范圍推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]宋勝然.機(jī)械式拉力試驗(yàn)機(jī)電氣控制系統(tǒng)改進(jìn)[J].金屬制品，2015，41（03）：46-49.

[2]陳小偉，杜可普，張金全等.10000 kN臥式拉力試驗(yàn)機(jī)全自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2017（01）：118-121.

[3]朱江新，陽平，夏天等.基于PCI-1711數(shù)據(jù)采集卡的拉力試驗(yàn)機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2010（05）：81-83.

[4]周振華，鄧和平，賀建國等.基于AMEsim的500t液壓拉力試驗(yàn)機(jī)液壓系統(tǒng)仿真[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2008，28（05）：44-45.

[5]王世敏.拉力試驗(yàn)機(jī)非接觸位移測(cè)量系統(tǒng)中單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].科技展望，2016，26（16）：127-127.

[6]周浩.基于Cortex-A8的拉力試驗(yàn)機(jī)控制器原理樣機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].華中科技大學(xué)，2013，15（05）：120-121.

作者單位

甘肅省天水紅山試驗(yàn)機(jī)有限公司 甘肅省天水市 741000