基于虚拟仪器的轴瓦疲劳试验机自动测控系统

    0　引言

    为了测定轴瓦材料的疲劳强度,世界各国相继研制了各种轴瓦试验机。最具代表性的是1949年英国内燃机研究会设计制造的模拟内燃机滑动轴承承受气体冲击爆发压力的Sapphire(蓝宝石)液压加载试验机。20世纪60年代中期,格来西尔金属公司(Dana Glacier VandervellBearings)的标准蓝宝石试验机已完全定型。其后于80年代末又推出新型的蓝宝石试验机,与原来标准蓝宝石试验机最大的区别在于它增加了反向载荷,从而使轴承中的油膜在很高的压力下仍能保持较大的厚度。

    由于各种试验机的试验载荷形式不同,对于同种轴承材料,测得的疲劳强度亦不相同。它们的疲劳强度不能直接进行比较,但它们的疲劳强度相对值大致相同,其大小顺序与实际使用经验一致。为了统一世界各国滑动轴承材料的评价方法与标准,英、美、日、前苏联、捷、澳等国都采用“蓝宝石”试验机。这种试验机已成为世界各工业国家评价滑动轴承材料疲劳强度性能的通用试验装置。

    新型蓝宝石试验机的测试控制系统中很大部分都为相对落后的继电器、示波器系统,操纵面板开关按钮众多,操作流程复杂。监控数据采集系统都为模拟电路,抗干扰性和精确度不高。主轴驱动电机为电阻式调速,其转速稳定度受影响。主轴驱动电机的电流用电流互感器取得,很不精确。

    一套虚拟仪器系统就是一台工业标准计算机或工作站配上功能强大的应用软件、低成本的硬件(例如插入式板式)及驱动软件,它们在一起共同完成传统仪器的功能。虚拟仪器代表着从传统硬件为主的测量系统到以软件为中心的测量系统的根本性转变。以软件为主的测量系统充分利用了普通台式计算机和工作平台的计算、显示和互联网等诸多用于提高工作效率的强大功能。工程师和科学家利用虚拟仪器可以完全组建自己的检测系统,而不用再受功能固定(完全由厂家提供)的传统仪器的限制。

    LabVIEW是一个划时代的图形编程系统,应用于数据采集、数据分析,以及数据表达等方面,它提供了一种全新的程序编写方法,即对称之为“虚拟仪器”(virtral instruments, VIS)的软件进行图形化的组合操作。

   使用图形化的程序语言(graphic language),基本上不写程序代码,取而代之的是流程图或程序框图。它又被称为“G”语言。它尽可能利用了人们所熟悉的术语、图标和概念,因此,LabVIEW是一个面向最终用户的工具。

    1　基于G语言编程技术的轴瓦疲劳强度自动测控系统

    1.1　系统简介  

    轴瓦试验机是在模拟发动机负荷工况下测试不同轴瓦材料的抗咬合性能的非标设备,即在相同的边界条件(系统刚性、负荷特性、润滑油压力、温度、摩擦副的粗糙度、安装精度等)下,测试不同轴瓦材料的抗咬合强度,为轴瓦设计、选材、确定润滑参数及失败分析提供依据。它是液压双向加载形式的试验台。图1是试验头组件。将试验轴瓦5装入连杆8至活塞7组件的连杆大端中。这一组件的往复运动是由旋转轴3(带有飞轮6)的偏心部分产生的,轴本身刚性地支撑在主轴承4(共4个主轴瓦)中。活塞向下运动受到缸室中油压升高的阻碍。缸室中的最大压力,以及换算到试验轴瓦5上的最大载荷都受安全阀1的控制。试验轴瓦5在规定的时间受到一正弦载荷,如果载荷足够高,应力循环次数又达到一定数值,这将会引起轴瓦衬层材料的疲劳。在向上行程期间,油通过进油单向阀9(共4只)向油缸供油。试验轴瓦5的上瓦只受到一个低的载荷。施加到试验轴承上的载荷由固定在连杆上的应变片2测量。连杆在组装前进行标定,以便能连续测量轴瓦载荷。