基于液压缸的盘旋管测试系统设计.pdf

Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 7 ． 2 01 3 基于液压缸的盘旋管测试系统设计 毛建 智 ． 王新 民 西北工业大学 自动化学院 ， 陕西 西安7 1 0 0 7 2 摘要 依据实际项 目“ 某盘旋管试验台的研究 与设计” ， 针对其要求 ， 设计了一 种运 用液 压缸 驱动 ， 借助工控机的信号采集板卡 ， 实时监 测控制盘旋管弯 曲角度的试验台。 通过 L a b w i n d o w s 的用 户交互界面 ， 可以控制换向阀进 而来控制盘旋管的角度 。 试验结果 中， 金属盘旋 管 的各项动态指标均达到设 计要求 。 关键 词 液压缸 ； 盘旋管 ； L a b w i n d o w s 中图分类号 T Hl 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 3 0 7 0 0 1 5 0 2 Th e De s i g n o f Co i l e d Tu b i n g， Co r r o s i o Re s i s t a n t S t e e l L i f e Te s t Ba s e d on Hy d r a u l i c Cy hn d e r MA0 J i a n - z h i ， WANG Xi n mi n A u t o ma t i o n C o l l e g e o f N o r t h w e s t e r n P o l y t e c h n i c a l U n i v e r s i t y ， X i ’ a n 7 1 0 0 7 2 ， C h i n a A b s t r a c t A c c o r d i n g t o t h e r e a l i t y p r o j e e t a b o u t t h e r e s e a r c h a n d d e s i g n o f C o i l e d T u b i n g ，C o r r o s i o R e s i s t a n t S t e e l t e s t ，a i m a t i t s t e s t r e q u i r e me n t s ， d e s i g n a k i n d o f h y d r a u l i c d ri v e t e s t s y s t e m ， wi t h t h e a i d o f d a t a a c q u i s i t i o n b o a r d ， i t mo n i t o r a n d c o n t r o l t h e c o i l e d t u b i n g o f t h e b e n d a n g l e a t t h e r e a l t i me ． Ge t b y t h e L a b wi n d o ws o f Us e r I n t e r f a c e ， i t c a n c o n t r o l t h e s e l e c t o r v a l v e ， s u p p o t o c o n t r o l t h e c o i l e d t u b i n g o f t h e b e n d a n g l e ． T h e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t t h e s p i r a l t u b e d y n a mi c t e s t i n d e x e s c o n f o r m t h e d e s i g n r e q ui r e me n t s ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c s y s t e m ； c o i l e d t u b i n g； L a b wi n d o ws 0 引言 飞机液压系统正在向着高速 、 高温 、 高压 的方向发 展 ．而疲劳破坏与飞机液压系统设备安全之间的矛盾 也 日益突出 根据统计 ，液压机械零 件的破坏 5 0 ％～ 9 0 ％是因为疲劳破坏 ． 特别是近几 十年来 ． 随着机械 向 高温 、 高压 和大型化 方向发展 ， 机械的应力越来越 高 ， 使用条件越来越恶劣 ． 疲劳破坏事故更是层出不穷 而 在飞机液压系统 巾． 执行机构在运动过程 巾． 与其连接 的液压导管都有 比较大的范围摆动 ， 受温度范 围、 可靠 性 、寿命等因素的影响 ，液压软管不能满足其使用要 求 ， 相 比于软管 、 金属盘旋管有一定的优势。因此 ， 对金 属 盘旋 管 的疲 劳 研究 是很 有 必要 的 1 系统 的设 计原理及 其硬件 图 1为系 统 实 验 台 的液压 原 理 图 从 图 中可 以看 出 ， 加载机构是 由换 向阀 6和液压缸 1 0组 成的 ． 液压 缸 的进 出口油路均连接外径为 6 mm、 8 mm和 1 0 ra m不 收稿 日期 1 2 0 1 3 - 0 3 0 4 作者简介 毛建智 1 9 8 7 一 ， 男 ， 甘肃嘉峪关人 ， 在读硕士研究生 ， 主要研究方 向为机械电子工程 、 检测技术与自动化装置。 图 1 液 压 原 理 图 同规格盘旋管。 试验时， 盘旋管内要求充人 2 1 MP a的液 压油 ．且直管段的一端相对于另一端按特定 的规律摆 动 ．盘旋管转动角度的正负由换向阀控制 当电磁铁 DI 、 D 2无信号输人时， 由于换向阀 6采用“ Y ” 型 中位机 能 ， 进油 口 P关 闭 ， 工作油 口 A、 B与回油 口 T相通 。 此 时液压缸保持原位 水平 ； 当 Dl得到电信号时 ． 压力 油经单 向节流阀人油缸右腔 ．左腔油经单 向节流阀至 回油 T ，实际系统 中此时对应盘旋管转动角度为负值 1 5 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 3年 第 0 7期 当 D 2得到 电信号时 。压力油经节流阀入油缸左腔 ． 右 腔油经单向阀至回油 T． 此时对应盘旋管转动角度为正 值 ．如此通过控制换 向阀使得液压缸带动盘旋管规律 运动 ， 从而达到试验初步要求 溢流阀 2是一个闭环 自 动控制元件 ， 其输入量为弹簧预调力 ． 输 量为被控压 力 ， 被 控 压 力反 馈 与 弹簧 力 比较 ． 自动 调 节溢 流 阀 的节 流面积， 使被控压力基本恒定 将试验 台硬件按照功能要求分为三部分 液压油 源 、 试验台体和电气控制台 部分 ， 各部分功I I I H 下 1 液压油源 该部分主要为盘旋管弯曲试验台供 油 ， 主要南电机 、 液压泵 、 液压油箱 、 油滤等组成 2 试验台体 试验 台体是整个试验台的核心组成 部分 ， 主要 南试验件 、 加载驱动机构 、 液压 阀件及液压 管路等组成 ， 如图 2所示 图 2试 验 台 三 维 图 3 电气控制台 该部分由工控机 、 数据采集卡 、 电 缆线 、 控制软件等构成一个系统 ． 其 中T控机是整个测 试试验系统的核心 ．在程序控制下对测试试验过程进 行集中协调控制 ．并对所采集的测试试验数据进行显 示 、 存储 、 实时分析及后续处理 2 系统 的软件设计 试 验臼的软件部分是试验 台的关键组成部分 ． 它 负 责 用 户 和 试 验 台的 沟 通 、 数 据 处 理 、 数 据 管 理 、 自动 控 制 等多个 功 能 。 本 试验 采用 L a b w i n d o w s 开发 环境 ． 由 于篇幅有 限．只介绍 了软件设计中两个相对重要的部 分 ． 多线 程 和数 据库 2 ． 1 多线 程 进行数据采集 的程序中．数据采集是对时间要求 严格的任务 ，它很可能被用户界面 的任务打断 ，而在 L a b w i n d o w s 程序中 ， 使用多线程技术 ． 程序员可 以将数 据采集操作放在一个线程中 ．将用户界面处理放在另 一 个线程 中。这样 ， 在用户对界面进行操作时 ． 操作系 统将进行线程切换 ．为数据采集线程提供完成任务所 1 6 需的时间。本试验台使用异步定时器机制的多线程 ， 值 得 注 意 的是 ．在 使 用 异 步 定 时 器 的 时 候 ．南 于 L a b w i n d o w s 的异步定时器是驱动 Wi n d 0 w s 多媒体定时 器 来 实 现异 步 定 时器 同调 函数 ．所 以用 户 可指 定 的最 小 间隔必须小于系统的可用最大分辨率 ．否则会产生 不 可 预知 的行 为 ． 推荐 设 定 的时 间间隔不 要 小于 1 0 ms 。 2 ． 2数 据 库 OD B C 开放数据库互连 ， 实际上是一个数据库访 问库 。通过 O D B C可以使数据库的更改变得非常容易 ． 本文采用的 L a b w i n d O W s S Q L T具包 ．并配合 Mi c r o s o ft A c c e s s 2 0 0 0作为数据库进行配置 S Q L T o o l k i t 数据库的操作过程由下列步骤组成 1 安装 L a b w i n d o w s S Q L工具包和 Mi c r o s o f t O f f i c e 中的 A c c e s s ．进入计算机控制面板管理 T具 中的数据 源 O D B C 中， 配置相关数据 ， 比如 数据源的名字以及 数据源的地址 2 将 S Q L工具包安装 目录下 的 C V i d b ． f D添加到 L a b w i n d o w s 工 程文件 中 3 连接数据库， 激活 S Q L连接 ， 处理 S Q L语句 ， 断 开 S Q L连接 ． 断开数据库 3结 论 金 属 盘旋 管 测试 试 验 台在 试验 初 期 经过 了大 量研 究 ． 由于在飞机液压系统中． 盘旋管技术 国内外 的研究 比较少 ，试验台在开发过程中遇到了很 多问题 参考 S A E A R P 5 8 4 、 S A E A R P 4 1 4 6技术标准 以及使用方提 f t { 的相关要求 ．通过对盘旋管的加载力 以及加载驱动 机构的确定 ．在后续紧张的机械设计 和测控系统软硬 件设计使得整个项 目顺利完工 ． 经试验 ． 最终符合设计 要求 参 考 文 献 【 1 】 赵一鹏． 弯 曲疲 劳试验机动态加 载控制系统 的研 究[ D 】 ． 杭州 浙江工业大学． 2 0 1 0 ． [ 2 ] 王 占林． 液压伺 服控 制系统[ M] ． 北京 北京航 空航天大学 出版 礼 ． 1 9 8 7 ． [ 3 ] 王建新， 杨世凤， 隋美丽． L a b Wi n d o w s ／ C V I 测试技 术及 T程 应 用[ MI ． 北京 化学工业 出版丰 _ 卜 ． 2 0 0 6 ． [ 4 】 张凤均． L a b Wi n d o w s ／ C V I 开发入 门 与进阶[ M] ． -l l - I i 京航 空 航天大学 出版社． 2 0 0 1 ． [ 5 ] S A E A R P 4 1 4 6 A 一 2 0 0 0 ， 钛合金盘旋 管在飞机液 系统中的 应 用f S 1 ． [ 6 ] S A E A R P 5 8 4 B 一 1 9 9 6 R 2 0 0 2 ， 小锈钢盘旋管在 飞机 液压系 统 中的应用『 S ] ．