包装冲击试验机及专用虚拟仪器研究PPT课件

1 包装冲击试验机及专用虚拟仪器研究 硕士生 李志强导师 刘乘教授 2 1前言 1 1国内外冲击试验机的研究现状及趋势国外已经陆续推出一些数字化冲击试验机 国内的生产厂家也研制出一系列的冲击试验机 但是绝大多数厂家只生产台体 只有很少的几个研制单位有相配套的数据采集和处理系统软件 国内包装测试仪器目前多为模拟式仪器 功能单一 性能不高 人机交互功能不强 试验数据后处理和试验图表 文件输出功能弱 且价格昂贵 采用LabVEIW编程设计虚拟仪器来代替目前采用的测试仪器 已经成为目前测试技术发展的主要方向 不仅可以节省测试设备的成本 缩短研发周期 还可以将数据处理自动化 3 1 2课题的目的和意义是在原有冲击试验机基础上对其进行改进 进一步提高试验机的各项性能指标及适用性 是开发与冲击试验机相配套的测试分析系统美国LANSMONT公司的产品价格为7万余美金 使得一般的大专院校和小企业对其望而却步 自主开发研制的缓冲材料冲击试验机不仅填补了国内材料动态压缩试验机的空白 而且经过改型的包装冲击试验机又增加了产品脆值测试功能 在价格上仅为进口设备的1 4 拥有很高的性价比 已推广应用到多所高校和企业 4 1 3主要设计内容1 3 1机械结构设计整体机架的设计 气液增压缸的设计 快装卸机构的设计 跌落滑台的设计 主要的技术参数如下 最大跌落高度为1200 跌落质量为2 50 试样最大尺寸为 200 200 制动气源压力为 0 6MPa 其它要求 重台应该有防止二次跌落的制动装置 滑台面可以加装砝码或固定小型产品以满足不同试验的要求 5 1 3 3程序设计试验系统的构建 虚拟仪器前面板 GUI 的设计 虚拟仪器后面板程序设计 数据的采集 记录 存储 数据的分析计算 最大加速度 静应力曲线 Gm st 及缓冲系数 最大静应力 C m 曲线的拟合等 用于产品脆值试验的程序设计 最大加速度Gm和速度变化 V 可控跌落高度的控制程序设计 试验结果的打印 6 1 3 2控制系统的设计整体机构控制按钮的设计 根据跌落滑台跌落要求 继电器逻辑控制开关电动控制应能实现台体的连续上升 连续下降以及点动上升和点动下降 急停控制 定高自动释放等 滑台的制动控制 当跌落滑台冲击材料或被反弹后 气液增压缸制动功能动作 制动住滑台 防止其二次冲击材料 测速功能 当滑台从预定高度下落刚要冲击试验材料时 测定此时滑台的速度 7 2试验机原理及结构方案 对于运输包装件内的产品来说 无论是跌落还是冲击 每一次都可以反映成一个加速度 时间历程 从破损理论来看 峰值加速度和冲击速度变化是导致产品破损的决定因素 冲击时 地面的软硬和面积的大小都会对冲击的强度造成影响 这些影响也都可以从这两个决定因素中体现出来 测试系统结构示意图 8 虚拟仪器所谓虚拟仪器 就是加在计算机上的一些软件和硬件 他们具有和实际独立仪器 如示波器和逻辑分析仪 类似外观和性能 它是一种功能意义上的仪器 其核心是在最少量的硬件模块支持下 用软件实现传统仪器数据采集 存储 分析 显示的功能 采用虚拟仪器用户可以根据测试的要求不同 设计符合要求的仪器系统 满足多种多样的应用需求 9 3试验机的机械结构的设计 1 底座2 滑台3 光轴4 上顶板5 上限位板6 挂钩 内挂 综合冲击试验机结构示意图 10 1 底座设计主要考虑质量为最大重锤质量的50倍 及安装及起吊的方便行 采用球磨铸铁 2 机构对光轴的要求比较高 所以材料的选择以及表面处理技术至关重要 采用嘉兴市大田轴承有限公司生产的GZ900光轴系列产品 11 3 重滑台的设计 砝码 导向支座 主体滑台 直线轴承 12 4 轻滑台是用来做轻质量的冲击试验的 5 JPK1N 1F电葫芦作为试验动力源 6 电葫芦通过起重链和滑轮组带动提升装置的升降 设计主要考虑传动效率的高低 13 7 提升装置的设计 14 8 光电开关作用1 制动延时启动2 测速9 位移传感器传感器的拉绳行程应超过1200 15 4制动系统设计 根据试验要求 考虑到试验过程中的快速制动 结构设计以及价格等因素 冲击试验机的制动动力采用气液复合传动的方案 制动系统一般都是由动力部分 控制部分 执行部分以及辅助部分四大部分组成 冲击试验机的制动系统功能 实现对滑台的完全制动 16 制动系统工作回路 17 5电气控制系统设计 在进行新一次试验时 跌落滑台处于制动抱紧状态 这时可以点动或连动使提升装置下降 待提升装置的挂钩钩住滑台 此时提升装置也触动行程开关 触动后制动系统的制动功能取消 然后可以点动或连动提升滑台 当提升装置上升到指定位置 高度 时 位移传感器的控制软件发出命令 提升装置停止上升 气液增压缸制动 滑台抱紧光轴 此时即可进行下一轮试验 按下控制挂钩电磁铁的按钮 即可启动电磁铁推杆 滑台自由跌落 冲击底座上的产品或包装材料 当跌落滑台即将接触试样时 固定在滑台上的遮光片经过左侧的光电开关 遮断发光二极管发出的光线 此时有三项功能工作 采集信号开始 制动功能启动 测速开始 这时候又可以点动或连动提升装置下降 进行下一次试验 18 控制系统分三部分来实现 电机控制 升降控制和数据采集 滑台制动及脱钩控制 19 6程序设计 USB2010采集卡上设计有12Bit分辨率的A D转换器 提供了32路单端或16路双端的模拟输入通道 A D转换器输入信号范围 5V 10V 0 10V 还为用户提供了三组定时 计数器 16路开关量输入 16路开关量输出 20 动态压缩试验程序 21 软件功能 1 对试验参数进行配置如 2 记录冲击加速度 时间曲线 速度变化 时间曲线 位移 时间曲线及冲击谱SRS 可以显示冲击初速度 峰值加速度 速度变化 最大压缩量 阻尼比及进行谱分析 3 可拟合最大加速度 静应力曲线 缓冲系数C 最大应力曲线 能够实现打印功能 22 23 脆值试验程序设计 24 7结论 课题的创新之处为 使用位移传感器取代原来的米尺测量试验跌落高度 上限位装置保留 以便位移传感器出错时起保护作用 使用直流牵引电磁铁推动机械钩脱钩 代替原来的机械脱钩 防止重台二次跌落气源制动装置由外置转为内置 内置在滑台内部 降低了试验机的高度和质量 增加了测速装置 重新设计滑台面 可以快速装卸砝码或固定小型产品以适应不同实验用途 25 开发了与试验机配套的交互友好界面的虚拟测试仪器代替以往的测试仪器 由软件控制自定义跌落高度减少了试验中人工干预 增加了动态压缩过