專利名稱：力矩加載試驗機及其控制系統的制作方法
技術領域：
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本發明是一種適用于對各種被檢測產品，進行扭力、推壓力及力矩加載測試的設備。利 用本設備可以按照相關標準的要求，能夠實現對各類產品以及零部件加載力或者力矩的檢測 試驗。該發明屬于檢測檢驗技術領域。
背景技術：
隨著我國經濟技術發展，我國對產品的檢驗也越來越規范。其中，產品的靜力加載測試 和疲勞測試性能是各類標準中要求最多的檢測項目之一，靜力加載設備有著廣闊的前景。
靜力加載測試和疲勞測試，如果操作者利用拉壓力計手工進行測試，得到的結果偏差較 大，而且并不容易實現。所以需要設計出一套力矩加載設備，使靜力加載測試和疲勞測試檢 驗更加科學便捷。
本多功能力矩加載設備能夠根據標準的要求，對各類產品及其零部件進行閉環力加載和 疲勞測試。試驗操作人員只需在試驗前，設置好加載的力和力矩的大小，設備就可以按照設 置的力或者力矩，自動對產品及零部件的相關部位加載力或者力矩。如果做疲勞測試，還應 設置試驗周期的次數。 發明內容-
本發明針對已有技術存在的缺陷，提供一種新型多功能力矩加載試驗機及其控制系統。 該試驗機能夠根據標準要求，快速精確的施加標準要求的力和力矩，來滿足靜力加載測試和 疲勞測試檢驗的控制要求。
為達到上述目的，本發明的構思是為了滿足各個標準對試驗過程中施加力的方向和大 小要求以及力矩的方向和要求，我們采用兩種控制， 一種是通過伺服電機帶動絲桿向被檢測 零件施力，可隨時控制和更改施力的大小和方向；另一種是通過氣缸施力，利用氣缸的伸縮 進行加載，施加力的大小由氣動伺服閥控制進入氣缸的壓縮空氣的壓力進行控制。這兩種控 制都安裝在一個可旋轉的機構上，能夠在其垂直面內旋轉180° ，可以對不同高度的零件的 不同部位進行試驗，從而滿足了各個標準的要求。同時，兩種控制的加載頭部均安裝有壓力 傳感器，用來進行力的反饋，保證氣缸施加力的精確和穩定。
根據上述發明構思，本發明采用下述技術方案
一種新型多功能力矩加載試驗機，包括底板、垂直固定于底板上的左立柱和右立柱，以 及固定在左右立柱頂端的上橫梁，其特征在于有一根中間橫梁的兩端分別支承于所述左右 立柱內的左右兩根絲桿上；由一個固定于上橫梁上的電機經上下移動傳動機構驅動所述中間橫梁上下移動；所述中間橫梁的一端，裝有手輪經渦輪蝸桿轉動傳動機構驅動中間橫梁在0 180°范圍內轉動；所述中間橫梁上安裝一個氣缸加載裝置和一個伺服電機加載裝置。
上述上下移動機構是所述電機經一副渦輪蝸桿傳動一個主動鏈輪，主動鏈輪經安裝在 所述上橫梁內的鏈條傳動所述左右立柱內的鏈輪機構，所述鏈輪機構通過鍵連接于所述左右 立柱內的絲桿上，從而通過所述左右立柱內的絲桿帶動所述中間橫梁兩端支承滑塊上下移動。
上述手輪和移動傳動機構安裝在所述中間橫梁一端的支撐滑塊上，手輪經渦輪蝸桿傳動 所述中間橫梁轉動。
上述氣缸加載裝置是 一個氣缸移動板滑配安裝在所述中間橫梁上，能左右移動調整位 置； 一個施力氣缸安裝在所述氣缸移動板上；所述施力氣缸的側壁上裝有氣動伺服閥，施力 氣缸的伸縮活塞桿的頭部裝有壓力傳感器和氣缸加載頭。
上述伺服電機加載裝置是 一個加載移動板滑配安裝在所述中間橫梁上，能左右移動調 整位置；在所述加載移動板上安裝一個絲桿基座連板，在所述絲桿基座連板內安裝一根絲桿， 在所述絲桿基座連板通過滑塊連接一個加載座底板；在所述絲桿基座連板尾部安裝一個伺服 電機加載座，在所述伺服電機加載座上安裝一個伺服電機，所述伺服電機通過聯軸器連接絲 桿；所述加載座底板前端裝有拉壓力傳感器和伺服電機加載頭，在絲桿基座連板前端裝有拉 繩式位移傳感器。
一種用于上述試驗機的控制系統，其特征在于所述氣缸加載裝置連接一個氣動伺服閉環 控制系統，所述伺服電機加載裝置連接一個伺服電機閉環控制系統。
上述氣動伺服閉環控制系統包括一個施力氣缸和一個壓力傳感器，所述施力氣缸配有一 個施力氣缸控制伺服閥，壓力傳感器連接到一個可編程邏輯控制器，所述可編程邏輯控制器 連接所述氣缸控制伺服闊和一個電腦操作界面。
上述伺服電機閉環控制系統包括一個交流伺服電機和一個壓力傳感器以及一個拉繩式位 移傳感器，所述交流伺服電機連接所述壓力傳感器和拉繩式位移傳感器，再連接到一個可編 程邏輯控制器，所述可編程邏輯控制器連接到所述交流伺服電機和一個電腦操作界面。
本發明的有益效果是能夠對被檢測產品實現位置控制、速度控制和力矩控制，實現標 準所要求的對被檢測產品變位量和靜強度的精確控制和檢測。可在控制面板和計算機上進行 操作，操作方便，并且可實現多個項目的檢測。
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圖1是多功能力矩加載試驗機總體結構示意圖。 圖2是圖1的左視圖。圖3是氣缸加載裝置和伺服電機加載裝置的結構示意圖。
圖4是圖3的左視圖。
圖5是氣動伺服閉環控制系統結構框圖。
圖6是伺服電機閉環控制系統結構框圖。
具體實施例方式
本發明的一個實例結合
如下
如圖1和圖2所示，本發明多功能力矩加載試驗機包括底板6、垂直固定于底板6上的 左立柱5和右立柱9，以及固定在左右立柱5、 9頂端的上橫梁2，有一根中間橫梁8的兩端 分別支承于所述左右立柱5、 9內的左右兩根絲桿上；由一個固定于上橫梁2上的電機1經上 下移動傳動機構驅動所述中間橫梁8上下移動；所述中間橫梁8的一端，裝有手輪經渦輪蝸 桿轉動傳動機構驅動中間橫梁在0 180。范圍內轉動；所述中間橫梁8上安裝一個氣缸加載 裝置4和一個伺服電機加載裝置7。
上述上下移動傳動機構是所述電機1經一副渦輪蝸桿傳動一個主動鏈輪，主動鏈輪經
安裝在所述上橫梁2內的鏈條傳動所述左右立柱5、 9內的鏈輪機構，所述鏈輪機構通過鍵連 接于所述左右立柱5、 9內的絲桿上，從而通過所述左右立柱5、 9內的絲桿帶動所述中間橫 梁8兩端支承滑塊上下移動。
上述手輪和轉動傳動機構是所述手輪和轉動傳動機構安裝在所述中間橫梁一端的支撐 滑塊上，手輪經渦輪蝸桿傳動所述中間橫梁轉動。
參見圖3和圖4，上述氣缸加載裝置4是氣缸移動板12安裝在中間橫梁8上，可以左 右移動調整位置；施力氣缸11安裝在氣缸移動板12上，其側壁安裝有氣動伺服閥13，在施 力氣缸11的活塞桿的頭部安裝有拉壓力傳感器14和氣缸加載頭15。上述伺服電機加載裝置 7是加載移動板21安裝在中間橫梁8上，可以左右移動調整位置；在加載移動板21上安 裝有絲桿基座連板23，在絲桿基座連板23的內部安裝有絲桿22，在絲桿基座連板23上通過 滑塊與加載座底板24相連；在絲桿基座連板23的尾部安裝有伺服電機加載座17，安裝在伺 服電機加載座17上的伺服電機16通過聯軸器帶動絲桿22運動，從而使安裝在滑塊上的加載 座底板24前進或后退，在加載座底板前端安裝有拉壓力傳感器19和伺服電機加載頭20，在 絲桿基座連板23前端安裝有拉繩式位移傳感器18。
本試驗機的控制系統由一個氣動伺服閉環控制系統和一個伺服電機閉環控制系統組成。 參見圖5，上述氣動伺服閉環控制系統包括一個施力氣缸11和一個壓力傳感器14，所述施力 氣缸11配有一個施力氣缸控制伺服閥13，壓力傳感器14連接到一個可編程邏輯控制器25，所述可編程邏輯控制器25連接所述氣缸控制伺服閥13和一個電腦操作界面26。參見圖6， 上述伺服電機閉環控制系統包括一個交流伺服電機16和一個壓力傳感器19以及一個拉繩式 位移傳感器18，所述交流伺服電機16連接所述壓力傳感器19和拉繩式位移傳感器18，再連 接到一個可編程邏輯控制器25，所述可編程邏輯控制器25連接到所述交流伺服電機16和一 個電腦操作界面26。 工作原理如下
如圖5，氣動伺服閉環控制系統的控制原理是壓力傳感器14讀取力值，由可編程邏輯 控制器25采集力值，傳送給計算機26，計算機26經過比較運算，設置的試驗參數傳送給可 編程邏輯控制器25，從而控制伺服電磁閥13進行輸出，驅動施力氣缸11加載或縮回，此時 壓力傳感器14讀取新值，可編程邏輯控制器25讀取新值。
如圖6，伺服電機閉環控制系統的控制原理是壓力傳感器19讀取力值，拉繩式位移傳 感器18讀取位移值，可編程邏輯控制器25采集力值和位移值，傳送給計算機26，計算機26 經過比較運算，設置的試驗參數傳送給可編程邏輯控制器25，從而驅動交流伺服電機16進 行正轉或反轉，其輸出轉速和轉矩都可控制，壓力傳感器19讀取新值，拉繩式位移傳感器 18讀取新值，此時可編程邏輯控制器25重新采集力值和位移值。岡此可實現定位移或定力 值或定轉矩的伺服控制。
權利要求
1、一種新型多功能力矩加載試驗機，包括底板(6)、垂直固定于底板(6)上的左立柱(5)和右立柱(9)，以及固定在左右立柱(5、9)頂端的上橫梁(2)，其特征在于有一根中間橫梁(8)的兩端分別支承于所述左右立柱(5、9)內的左右兩根絲桿上；由一個固定于上橫梁(2)上的電機(1)經上下移動傳動機構驅動所述中間橫梁(8)上下移動；所述中間橫梁(8)的一端，裝有手輪經渦輪蝸桿轉動傳動機構驅動中間橫梁在0～180°范圍內轉動；所述中間橫梁(8)上安裝一個氣缸加載裝置(4)和一個伺服電機加載裝置(7)。
2、 根據權利要求1所述的新型多功能力矩加載試驗機，其特征在于所述上下移動傳動機構 是所述電機(l)經一副渦輪蝸桿傳動一個主動鏈輪，主動鏈輪經安裝在所述上橫梁(2) 內的鏈條傳動所述左右立柱(5、 9)內的鏈輪機構，所述鏈輪機構通過鍵連接于所述左右立 柱(5、 9)內的絲桿上，從而通過所述左右立柱(5、 9)內的絲桿帶動所述中間橫梁(8)兩端 支承滑塊上下移動。
3、 根據權利要求2所述的新型多功能力矩加載試驗機，其特征在于所述手輪和轉動傳動機 構安裝在所述中間橫梁一端的支撐滑塊上，手輪經渦輪蝸桿傳動所述中間橫梁轉動。
4、 根據權利要求1所述的新型多功能力矩加載試驗機，其特征在于所述氣缸加載裝置是一 個氣缸移動板(12)滑配安裝在所述中間橫梁(8)上，能左右移動調整位置； 一個施力氣缸 (11)安裝在所述氣缸移動板(12)上；所述施力氣缸(12)的側壁上裝有氣動伺服閥(13)，施 力氣缸(11)的伸縮活塞桿的頭部裝有壓力傳感器(14)和氣缸加載頭(15)。
5、 根據權利要求1所述的新型多功能力矩加載試驗機，其特征在于所述伺服電機加載裝置是 一個加載移動板(21)滑配安裝在所述中間橫梁(8)上，能左右移動調整位置；在所述加載移動板(21)上安裝一個絲桿基座連板(23)，在所述絲桿基座連板(23)內安裝一根絲桿(22) ，在所述絲桿基座連板(23)通過滑塊連接一個加載座底板(24);在所述絲桿基座連板(23) 尾部安裝一個伺服電機加載座(17)，在所述伺服電機加載座(17)上安裝一個伺服電機 (16)，所述伺服電機(16)通過聯軸器連接絲桿(22);所述加載座底板(24)前端裝有拉壓力 傳感器(19)和伺服電機加載頭(20)，在絲桿基座連板(23)前端裝有拉繩式位移傳感器 (18)。
6、 一種用于權利要求1所述新型多功能力矩加載試驗機的控制系統，其特征在于所述氣缸加 載裝置(4)連接一個氣動伺服閉環控制系統，所述伺服電機加載裝置(7)連接一個伺服電機 閉環控制系統。
7、 根據權利要求6所述控制系統，其特征在于所述的氣動伺服閉環控制系統，包括一個施力 氣缸(11)和一個壓力傳感器(14)，所述施力氣缸(11)配有一個施力氣缸控制伺服閥(13)，壓力傳感器(14)連接到一個可編程邏輯控制器(25)，所述可編程邏輯控制器(25)連接所述 氣缸控制伺服閥(13)和一個電腦操作界面(26)。
8、根據權利要求6的控制系統，其特征在于所述伺服電機閉環控制系統，包括一個交流伺服 電機(16)和一個壓力傳感器(19)以及一個拉繩式位移傳感器(18)，所述交流伺服電機(16) 連接所述壓力傳感器(19)和拉繩式位移傳感器(18)，再連接到一個可編程邏輯控制器(25) ，所述可編程邏輯控制器(25)連接到所述交流伺服電機(16)和一個電腦操作界面(26) 。
全文摘要
本發明涉及一種新型多功能力矩加載試驗機及其控制系統。本試驗機包括底板、垂直固定于底板上的左立柱和右立柱，以及固定在左右立柱頂端的上橫梁，有一根中間橫梁的兩端分別支承于所述左右立柱內的左右兩根絲桿上；由一個固定于上橫梁上的電機經上下移動傳動機構驅動所述中間橫梁上下移動；所述中間橫梁的一端，裝有手輪經渦輪蝸桿轉動傳動機構驅動中間橫梁在0～180°范圍內轉動；所述中間橫梁上安裝一個氣缸加載裝置和一個伺服電機加載裝置。本試驗機的控制系統是氣缸加載裝置連接一個氣動伺服閉環控制系統，伺服電機加載裝置連接一個伺服電機閉環控制系統。本發明能夠對被檢測產品實現位置控制、速度控制和力矩控制，實現標準所要求的對被檢測產品變位量和靜強度的精確控制和檢測。可在控制面板和計算機上進行操作，操作方便，并且可實現多個項目的檢測。
文檔編號G01M99/00GK101526435SQ200910048359
公開日2009年9月9日 申請日期2009年3月26日 優先權日2009年3月26日
發明者劉李明, 施成章, 王志明, 蔡慶楠, 強 邊, 鄧明亮 申請人:上海大學;浙江省檢驗檢疫科學技術研究院