基于LabVIEW的挂车车轴电动缸疲劳实验台的设计

时间：2022-07-14 13:02:15

关键字：伺服电动缸挂车车轴随机路谱

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[导读]摘要:车轴是直接关系车辆运营安全的重要部件之一,且是一个长时间工作的零部件,但国内对于车轴的疲劳测试自动化水平不高,厂商们迫切需要一个能够分析诊断车轴质量的设备。鉴于此,在基于LabVIEW软件的电动缸自动测试下,将大型挂车运载过程中车轴的随机路谱位移信息在实验台中再现于模拟车轴上。程序采用PID控制方法实现对伺服电动缸的精准控制,从而实现波形模拟。

引言

电动缸具有控制性能优越、安装调试方便、维护简单等优

点。近年来,大型挂车车轴的生产在汽车行业居重要地位,目前国内对大型挂车车轴疲劳测试的自动化水平都不高,且对车轴疲劳测试都不够深入,因此研制车辆车轴疲劳测试实验台,对生产的发展及车轴的维修测试都具有重要意义。

本文基于电动缸测试、LabVIEW软件等,设计并实现了采用随机路谱测试系统的双缸车轴实验台。该系统以LabVIEW为控制中心,使用脉冲控制方式,用伺服电机驱动器控制数据的输入/输出实现电动缸的往复直线运动:以LabVIEW自动生成的随机路谱车轴位移波形图为参照,通过PID控制方法实现实验台的测试,使得被控对象达到满意的控制指标,争取最佳控制效果,得到较理想的模拟车轴位移曲线。

1总体设计

本实验台是在永利泰车轴有限公司车轴疲劳实验台样本的基础上,由伺服电动缸、伺服驱动器及减震器等设备创新设计而成,并建立了软件仿真模型及硬件实物模型。即根据挂车车轴测试系统原型,结合实验条件,将尺寸大小、稳定结构、基本元件等做一定比例的变化和缩小,再加上实验时添加补充的调整,最终由SolidWorks构造出实验台的整体模型,再进行零件的加工处理,组装成一套完整的挂车车轴疲劳实验台。

如图1所示,按三维模型搭建的车轴模拟测试疲劳实验台组成如下:

(1)主支架:采用铝型材,总体尺寸为1600mm×1000mm×600mm。

(2)AD伺服电机:基本尺寸为220mm×50mm×150mm,行程100mm。

(3)车轴:直径30mm,长度364mm。

(4)伺服驱动器:采用日本IAI的伺服驱动器(PC0N-CG-28P1-DV-0-0),CAN总线形式。

(5)缓冲装置(减震器)。

2硬件的实现

本实验台中的电动缸采用伺服电动缸,是将伺服电机与丝杠一体化的模块化产品,其中伺服电机的旋转运动通过丝杠和丝杠副的机械运动转化为推杆的往复直线运动。利用伺服电机的闭环控制运动,可以实现对速度、推力和位置的精确控制。且为了能够更加接近挂车车轴的真实情况,该系统结构采用双缸车轴。大型挂车在运动过程中,两边的车轴同时承载受力,因此双缸的设计才更加真实可靠,更加接近真实数据。LabVIEW中可通过波形模拟器模拟出挂车车轴在随机路谱下的位移波形图,实验台中的双缸车轴基于此数据进行不同频率的往复直线运动,再以PID控制方法对电动缸的输出信号进行精确细微调整,使得实际波形图尽可能还原理论曲线,实现车轴的疲劳测试。同时,为了得到足够的传动刚性以及精准的位移,本实验台采用了日本IAI的伺服驱动器,伺服驱动器通过自动化接口能很方便地进行操作模块和现场总线模块的转换,RS485接口能在传输数据时更好地增强抗共模干扰能力,排除不必要的数据干扰。为了更好地实现人机交互,通过HM1操纵电动缸运行,能更加清晰地将实验结果展现出来。整个系统的硬件结构框图如图2所示。

3系统的实现

3.1程序功能模块构建

大型挂车车轴疲劳测试实验台包括软件设计和硬件设计,其中软件设计是实验系统的核心,编制的程序直接影响整套系统的运作方式和电动缸的位移精确性,并能决定系统的功能。本系统采用的LabVIEW软件是一种程序开发环境,由美国国家仪器(NI)公司研制开发,类似于C和BASIC开发环境。LabVIEW)与其他计机语言的显著区别如下:与其他计机语言都是采用基于文本的语言产生代码,而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序,产生的程序是框图的形式。程序采用模块化的思想,如图3所示,将整体结构分为上凸实验模块、下凹实验模块、同步实验模块。与中每个实验模块包含四个子模块,分别为控制指令操作子模块、手动调试操作子模块、数据采集显示子模块、车轴模拟显示子模块。模块思想使得程序简单易懂。