扭转试验机的数字化改造方法研究

　　随着微型计算机技术、传感器技术的发展,试验机行业也发生了革命性的变化。如电液伺服闭环疲劳试验机,由于采用了应变速度快和精度高的液压执行元件伺服阀,可精确地进行载荷和应变的监控[1],与电子计算机配合使用可进行以推导量为控制对象的复合函数控制,并可进行载荷波形下的疲劳试验,这样不但使金属力学性能测试设备本身更加精密,而且也能实现更精确的复杂控制。

　　目前,内装微处理器技术与计算机系统技术配套组合在试验机上的应用进入了实用阶段。试验机可以在微处理器的支持下进行常规试验的测控,发挥了微处理器的小型性和灵活性的特点,另外也可以在计算机的监控下进行试验。为了充分、有效地利用已有资源和设备条件,目前许多单位都需要对原为机械式或模拟式输入、输出控制的试验机进行技术改造和革新。将计算机输入控制、数字化采集与存储、结果的直接可视化视频输出与网络传输等新技术引入试验,是改造的必由之路,也是我国试验测试技术与国际标准接轨的必要条件。本文以NJ-100B型扭转试验机为例,从硬件、软件结构设计,测量系统原理,力学扭转试验等方面对扭转试验机的计算机改造方法进行了研究。

　　1　硬件结构设计

　　NJ-100B型扭转试验机有扭力矩输出信号C和角位移输出信号r2个变化的物理量输出。这2个信号从所开发的扭转接口板上的插槽一同输入计算机。

　　用贴电阻应变片式传感器代替力矩传感器测微应变,然后进行标定的方法测量扭力矩。选用的电阻应变片传感器型号是BX120-5AA,阻值为120Ω,灵敏系数2.2±2.0%。所采用的应变桥路均采用全桥式,其四臂皆为工作片,桥路连接简单,输出灵敏度高,而且能实现很好的自补偿[2],这样就可以获得理想的扭力矩输出信号。经过分析试验和采集数据的比较,在试验机的一级杠杆上贴电阻应变片,如图1,也就是采用在试验机的一级杠杆即悬臂梁上贴电阻应变片。可以测得H1=100 mm,H3=38 mm,L=485 mm,厚度B=8 mm,根据图1可以求得

　　所以要把电阻应变片贴在距小端297.26 mm处,此处应力最大。

　　下一步利用光电编码器测扭转角:设计一套齿轮传动装置(包括2个齿轮和1个支架),通过齿轮的外啮合传动,把扭转试件的转数传给光电编码器的中心轴。根据齿轮的工作条件及加工条件,我们选择直齿圆柱齿轮,材料选用A3钢。齿形曲线选择渐开线齿形[3]。根据一般设计计算,同时考虑到避免根切,选用大齿轮齿数Z1为80,小齿轮齿数Z2为40;选用的光电编码器的型号为LEC-5000-G05E。

　　2　测量系统原理