微机控制曲轴弯曲疲劳试验机

　　引言

　　曲轴是内燃机的主要运动部件，统计分析表明，曲轴断裂的主要原因是由于弯曲疲劳。确保曲轴的弯曲疲劳强度，是保证内燃机工作可靠性和寿命的重要措施。曲轴弯曲疲劳试验，是曲轴强度和可靠性评价最重要最直观的一种方法，它是模拟曲轴在发动机中的工作状态，在试验台架上对曲轴施加周期性的交变负荷，考核它在特定的结构、材料和制造工艺条件下的耐久承载能力和疲劳极限。由于试验时，每个载荷点要求的循环次数高达5义10‘(或IX10，)，试验时间达30h以上，而过去的疲劳试验设备由于采用人工操作，试验精度差，自动化程度低，需要耗费大量人力，使不少单位对这项重要试验难于开展。本文介绍的微机曲轴弯曲疲劳试验机采用了以工业控制计算机为核心的控制系统，对整个试验过程进行控制和试验数据的实时分析处理，实现了试验过程的自动化。本机具有载荷恒定控制功能，曲轴裂纹出现的自诊断、报警及自动停机功能，完成循环次数自动停机功能，定时自动打印功能。

　　2:试验机的主要参数

　　3曲轴弯曲疲劳试验机的组成、恒载荷控制原理及试验过程

　　3.1组成

　　曲轴弯曲疲劳试验机由机械激振和计算机控制系统两大部分组成(图1)。其中摆体用于夹持曲轴并传递机械载荷，在从动摆体上固定有加速度传感器和位移传感器，在主动摆体内装有双偏心机构作为加载装置，偏心机构的轴通过软管与直流电机的轴相连接，电机转动时带动偏心轮一起转动，偏心轮产生的离心力将激励系统振动，摆臂振动时的惯性力即为作用在曲轴上的试验负荷。计算机控制系统以工业控制计算机为核心并配以辅助电路，完成对各参数的测量及载荷的控制任务，保证试验的顺利进行。

        式中J _r，为系统的结构常数，它取决于摆臂的形状、质量及加速度传感器放置的位置。当摆臂的设计确定后，试验弯矩则完全取决于加速度，即两者之间存在简单的线性关系，因此试验时根据测得的加速度值就能知道负荷的弯矩值。

　　由上述分析可知，对于一个设计成形的系统，试验弯矩M完全取决于加速度a的值，要使M在试验过程中保持恒定，必须并且也只须使a保持恒定。计算机控制系统的设计以此作为基本出发点，选用加速度a作为反馈信号，经电机转速的调整，实现载荷的恒定，形成如图2所示的闭环控制系统(图中△M为额定负荷与实现负荷M‘之差).

　　系统工作时，放置在从动摆体上的加速度传感器信号作为系统的负荷响应信号送至计算机中。在试验前，根据试验要求给计算机设定弯矩值，计算机将它换算成加速度存入内存中;在试验过程中，用每次测得的加速度值(即负荷的弯矩值)与其设定值相比较，根据偏差值的大小，计算机系统控制步进电机及时调整电动机转速使加速度(负荷)回到原先的设定值，从而使系统始终在恒定的负荷下工作。