基于CompactRIO的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)研究

應(yīng)用領(lǐng)域：液壓系統(tǒng)控制、信號(hào)采集、試驗(yàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)處理

挑戰(zhàn)：連桿是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其可靠性對(duì)整機(jī)壽命具有至關(guān)重要的作用。為了研究發(fā)動(dòng)機(jī)連桿在拉壓載荷下的疲勞特性，所研制的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿試驗(yàn)臺(tái)基于美國(guó)NI公司的LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境和CompactRIO嵌入式控制器，采用液壓伺服的加載方式對(duì)連桿進(jìn)行拉壓加載。如何根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)及連桿的參數(shù)確定加載載荷和加載頻率?如何控制液壓系統(tǒng)按照設(shè)定的加載載荷和頻率進(jìn)行加載?如何實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)狀態(tài)，判斷連桿發(fā)生疲勞破壞?如何采集、存儲(chǔ)、分析相關(guān)數(shù)據(jù)得出相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果?這是整套試驗(yàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。

應(yīng)用方案：CompactRIO 包含一個(gè)實(shí)時(shí)控制器與可重配置的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)芯片，并且包含8個(gè)熱插拔工業(yè)I/O插槽，具有非常好的可靠性和實(shí)時(shí)性; NI提供了針對(duì)各種類(lèi)型信號(hào)的輸入輸出板卡與CompactRIO 相匹配，組成完善的硬件系統(tǒng);NI LabVIEW包含強(qiáng)大的控制、采集、監(jiān)控、分析等方面的函數(shù)，為整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)提供完備的軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)。

使用的產(chǎn)品：

LabVIEW 2009

LabVIEW RT 9.0

LabVIEW FPGA 9.0

LabVIEW PID Control Toolkit 9.0.0

CompactRIO-9014可重新配置嵌入式機(jī)箱

CompactRIO-9014嵌入式控制器

CompactRIO-9237應(yīng)變信號(hào)采集模塊

CompactRIO-9205電壓信號(hào)采集模塊

CompactRIO-9263電壓信號(hào)輸出模塊

CompactRIO-9401 DIO模塊

CompactRIO-9485 SSR模塊

正文：

一. 引言

強(qiáng)度、剛度和疲勞壽命是衡量工程機(jī)械機(jī)構(gòu)和零件可靠性的主要參數(shù)，疲勞破壞是機(jī)械機(jī)構(gòu)和零件失效的主要原因之一(據(jù)統(tǒng)計(jì)，連桿60%到90%的破壞都是疲勞破壞)，而引起疲勞破壞的主要原因是動(dòng)態(tài)交變載荷。

連桿是往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的核心部件，也是內(nèi)燃機(jī)中承受較大交變載荷的主要部件之一，其可靠性直接影響內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的安全。

目前開(kāi)展連桿疲勞可靠性研究的主要手段包括仿真計(jì)算、實(shí)機(jī)試驗(yàn)和模擬疲勞試驗(yàn)。

仿真計(jì)算方便、快捷、成本低，針對(duì)連桿的仿真計(jì)算很多，但只能對(duì)疲勞可靠性進(jìn)行趨勢(shì)性的分析和驗(yàn)證，并且邊界條件不確定;實(shí)機(jī)試驗(yàn)可以反映連桿的真實(shí)工況，但試驗(yàn)周期長(zhǎng)、成本較高，并且不能進(jìn)行強(qiáng)化試驗(yàn);模擬疲勞試驗(yàn)可以用較短的周期較高的效率來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，并可以對(duì)疲勞試驗(yàn)進(jìn)行強(qiáng)化，更全面的檢驗(yàn)連桿的疲勞特性。

目前，國(guó)內(nèi)多為國(guó)外引進(jìn)設(shè)備，尚未有自主研發(fā)的連桿拉壓模擬疲勞試驗(yàn)臺(tái)。因此，研制發(fā)動(dòng)機(jī)連桿拉壓模擬疲勞試驗(yàn)臺(tái)具有較大的意義。在試驗(yàn)臺(tái)的開(kāi)發(fā)上，美國(guó)NI公司的LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境和CompactRIO嵌入式控制器及其配套板卡為我們提供強(qiáng)有力的工具。

二. 試驗(yàn)系統(tǒng)總體介紹

2.1連桿受力情況

如圖1所示，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，連桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)比較復(fù)雜，小頭作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，大頭作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，桿身作平面運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，連桿的受力情況也十分復(fù)雜，連桿在實(shí)際工況中的受力可分為兩部分：一部分是工作中產(chǎn)生的氣體爆發(fā)壓力和活塞組件的往復(fù)慣性力;另一部分是連桿運(yùn)動(dòng)時(shí)本身產(chǎn)生的慣性力，包括往復(fù)慣性力，擺動(dòng)離心力和橫向彎矩(橫向彎矩相對(duì)較小，并且其極值不與其他力一同出現(xiàn)，因此忽略不計(jì))。

在以上各力的作用下每一個(gè)截面上都會(huì)有彎矩、剪力和法向力。但彎矩和剪力與法向力相比都不大，連桿主要承受的是交變的拉壓載荷。

2.2試驗(yàn)原理

試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)主要考慮連桿在實(shí)際運(yùn)行中的拉伸壓縮載荷，忽略彎矩與剪力，對(duì)連桿進(jìn)行拉壓加載。這種設(shè)計(jì)雖然不能完全模擬連桿得實(shí)際工況，但基本上可以比較準(zhǔn)確的反映連桿的拉壓疲勞特性，達(dá)到臺(tái)架模擬試驗(yàn)的目的。

本試驗(yàn)臺(tái)架可對(duì)連桿試件進(jìn)行靜載試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)疲勞試驗(yàn)。靜載試驗(yàn)時(shí)，只對(duì)連桿試件緩慢施加拉力或者壓力以考察連桿靜態(tài)材料特性;動(dòng)態(tài)疲勞試驗(yàn)時(shí)，對(duì)連桿試件施加交變拉壓載荷，由于在發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況下連桿承受的最大壓縮載荷要大于最大拉伸載荷，試驗(yàn)臺(tái)采用非對(duì)稱(chēng)的加載方式，即負(fù)荷比不為-1。完成試驗(yàn)后，試驗(yàn)系統(tǒng)都會(huì)保存所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括應(yīng)變信號(hào)、拉壓載荷信號(hào)、循環(huán)次數(shù)、疲勞破壞狀態(tài)等。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)連桿疲勞壽命的評(píng)估及其可靠性設(shè)計(jì)。

整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的控制通過(guò)美國(guó)NI公司的LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境和CompactRIO嵌入式控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要包括液壓加載控制，數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析，試驗(yàn)系統(tǒng)的監(jiān)控和安全控制等工作。

一. 試驗(yàn)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可分為硬件和軟件兩個(gè)部分。

3.1 硬件設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)臺(tái)的硬件主要包括機(jī)械臺(tái)體、液壓加載系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。

3.1.1機(jī)械臺(tái)體

如圖2所示機(jī)械臺(tái)體采用四立柱的結(jié)構(gòu)，主要功能是固定連桿試件，支撐其他機(jī)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)。主要包括連桿試件固定夾具、移動(dòng)導(dǎo)軌、移動(dòng)面、支撐面。

3.1.2液壓加載系統(tǒng)

液壓加載系統(tǒng)主要功能是為模擬疲勞試驗(yàn)提供預(yù)先設(shè)定的加載載荷。其結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要包括液壓伺服電磁閥、液壓放大器、液壓油缸、液壓泵站和蓄壓器，同時(shí)還包括濾油器、單向閥、溢流閥等輔助液壓器件。

液壓伺服電磁閥采用德國(guó)Rexroth公司的三位四通閥，其中P為高壓油路、T為回油油路、A與B為工作油路;液壓放大器用于對(duì)液壓壓力的放大，以提供更大的加載載荷;液壓油缸為單桿雙作用活塞液壓缸，用于執(zhí)行對(duì)連桿試件的加載;蓄壓器用于保持試驗(yàn)系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，兩個(gè)蓄壓器分別位于回油油路和高壓油路;濾油器用于過(guò)濾液壓油;單向閥用于防止壓力油回流到液壓泵站;溢流閥用于防止壓力過(guò)高，使系統(tǒng)壓力保持在規(guī)定值以下。

液壓伺服閥通過(guò)改變P、T與A、B的通斷狀態(tài)使液壓缸上下運(yùn)動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)連桿的拉伸加載和壓縮加載。

3.1.3控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是與LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境相結(jié)合的NI硬件，主要包括嵌入式控制器CompactRIO 9014，NI 9237AD模塊，NI 9205AD模塊，NI 9263DA模塊，NI 9401DI/O模塊，NI 9485SSR模塊。

如圖4所示NI CompactRIO嵌入式測(cè)控系統(tǒng)與PC機(jī)組成整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的上下位機(jī)結(jié)構(gòu)。其中CompactRIO 9014具有較好的可靠性和實(shí)時(shí)性,可容易實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)變、拉壓負(fù)荷等信號(hào)的測(cè)量和伺服電磁閥的控制輸出，各模塊工作情況如下：

1）NI 9237AD模塊用于采集應(yīng)變信號(hào)和連桿拉壓載荷信號(hào)，其中應(yīng)變片貼在連桿試件采集位置，應(yīng)變信號(hào)經(jīng)過(guò)應(yīng)變儀直接連接到NI 9237AD模塊;拉壓載荷由Interface拉壓傳感器接入NI 9237模塊。

2）NI 9205AD模塊用于采集活塞缸上下兩缸壓力信號(hào)，上下兩缸壓力信號(hào)由KISTLER壓力傳感器采集。

3）NI 9263DA模塊輸出設(shè)定壓力信號(hào)控制液壓伺服閥，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的非對(duì)稱(chēng)加載。

4）NI 9401DI/O模塊監(jiān)控試驗(yàn)系統(tǒng)狀態(tài)信息，包括液壓系統(tǒng)電源開(kāi)關(guān)信號(hào)，控制柜電源開(kāi)關(guān)信號(hào)，液壓泵站油壓、溫度、泄漏、液位信號(hào)，相應(yīng)信號(hào)發(fā)生故障后指示燈報(bào)警。

5）NI 9485SSR模塊用于發(fā)現(xiàn)故障后切斷相應(yīng)部分的開(kāi)關(guān)確保試驗(yàn)安全。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)系統(tǒng)的軟件程序是基于LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)環(huán)境，結(jié)合CompactRIO嵌入式控制器開(kāi)發(fā)完成。主要實(shí)現(xiàn)了液壓加載的控制，試驗(yàn)狀態(tài)的監(jiān)控，數(shù)據(jù)的處理。試驗(yàn)系統(tǒng)軟件功能結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

3.2.1液壓加載的控制

試驗(yàn)系統(tǒng)的加載控制主要實(shí)現(xiàn)三個(gè)內(nèi)容：自動(dòng)計(jì)算連桿載荷、實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱(chēng)正弦波加載、加載載荷的PID控制。

3.2.1.1加載載荷的計(jì)算

載荷的計(jì)算主要是確定連桿所受的最大壓力和最大拉力，以確定非對(duì)稱(chēng)正弦波的正負(fù)幅值。基于2.1中對(duì)連桿受力情況的分析和連桿拉壓載荷的推導(dǎo)計(jì)算(此處從略)，可將連桿劃分為小頭、桿身、大頭三部分計(jì)算其最大拉壓載荷，代替對(duì)所有的截面的計(jì)算。簡(jiǎn)化后的計(jì)算方法如下：

（1）最大拉伸載荷下：

小頭端：

大頭端：

桿 身：

（2）最大壓縮載荷下：

小頭端：

大頭端：

桿 身：

式中 ——爆發(fā)壓力，Pa

——曲柄轉(zhuǎn)角

——連桿比 =

——曲柄回轉(zhuǎn)半徑，m

——連桿大小頭中心距，m

——活塞組質(zhì)量（活塞、活塞環(huán)組、活塞銷(xiāo)、活塞銷(xiāo)卡環(huán)總質(zhì)量），kg

——活塞頂投影面積，

——曲柄運(yùn)動(dòng)角速度，rad/s

——計(jì)算截面截取至小頭端質(zhì)量，kg

——計(jì)算截面所截小頭端質(zhì)心到小頭孔中心距，m

——連桿質(zhì)量，kg

D——缸徑，m（此處為近似，當(dāng)知道活塞頂直徑時(shí)，用活塞頂直徑更加準(zhǔn)確）

在選擇發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算工況時(shí)，以發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速工況作為連桿受力計(jì)算工況，同時(shí)以發(fā)動(dòng)機(jī)最高扭矩的最大爆發(fā)壓力代替最高轉(zhuǎn)速下的最大爆發(fā)壓力，會(huì)得到比較保守的試驗(yàn)結(jié)果。

計(jì)算完以上數(shù)據(jù)后就可以計(jì)算平均載荷、載荷幅值和負(fù)荷比。

平均載荷：

載荷幅值：

負(fù)荷比：

通過(guò)以上各數(shù)值的比較，尤其是平均載荷的比較，選擇大頭端、小頭端和桿身載荷較大的作為加載載荷。對(duì)于確定的加載載荷，可以設(shè)定載荷強(qiáng)化系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的載荷強(qiáng)化。強(qiáng)化后的載荷作為強(qiáng)化試驗(yàn)的加載載荷。

根據(jù)以上計(jì)算原理，軟件采用LabVIEW中的公式節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)以上計(jì)算。提取該部分程序以某型號(hào)的連桿為模型進(jìn)行計(jì)算調(diào)試，結(jié)果如圖6所示。

圖6：某型號(hào)連桿試件拉壓載荷計(jì)算

3.2.1.2非對(duì)稱(chēng)正弦波加載的實(shí)現(xiàn)

非對(duì)稱(chēng)加載主要通過(guò)CompactRIO 9014 FPGA模塊的FPGA Memory及CompactRIO 9263模塊實(shí)現(xiàn)。FPGA Memory可以記錄設(shè)定點(diǎn)數(shù)的數(shù)值，并按照順序記錄每個(gè)數(shù)值的地址，索引FPGA Memory的地址便得到相應(yīng)的數(shù)值;CompactRIO 9263則輸出相應(yīng)電壓控制波形對(duì)伺服閥進(jìn)行控制，電壓正負(fù)控制產(chǎn)生拉伸或者壓縮載荷，電壓大小控制伺服閥開(kāi)度進(jìn)而改變拉伸或者壓縮載荷的大小。

具體方法為：

1)制作一個(gè)周期幅值為1的標(biāo)準(zhǔn)正弦模擬波形，由1024點(diǎn)組成

2)將模擬波形轉(zhuǎn)換為常量導(dǎo)入FPGA Memory

3)將賦值好的FPGA Memory正負(fù)值分別設(shè)置正負(fù)放大系數(shù)

4)把數(shù)值輸入CompactRIO 9263模塊，產(chǎn)生非對(duì)稱(chēng)正弦控制波形

以上一節(jié)計(jì)算的連桿為例，生成非對(duì)稱(chēng)波形為：

圖7：輸出控制波形

當(dāng)為靜載試驗(yàn)時(shí)，只控制液壓缸向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，拉伸加載時(shí)負(fù)半軸都為0;壓縮加載時(shí)正半軸都為0。

3.2.1.3加載載荷PID控制

PID主要針對(duì)動(dòng)態(tài)疲勞試驗(yàn)而言，本試驗(yàn)系統(tǒng)采用常規(guī)的PID控制方法。加載載荷為循環(huán)非對(duì)稱(chēng)拉壓載荷，要保證加載載荷達(dá)到所設(shè)定最大拉伸和壓縮載荷值，則最大拉伸載荷和最大壓縮載荷即為PID控制的目標(biāo)值;同時(shí)系統(tǒng)采集連桿試件承受拉壓載荷信號(hào)，并將最大值最為PID控制的反饋量?？刂圃砣鐖D8所示。

圖8：加載載荷PID控制原理圖

圖9為L(zhǎng)abVIEW中的FPGA PID控制模塊部分程序圖，該模塊大大簡(jiǎn)化了控制過(guò)程。只需要設(shè)定好各個(gè)接口參數(shù)，然后將反饋信號(hào)連入process variable端口，就能得到相應(yīng)的輸出。

圖9：FPGA PID模塊部分程序圖

加載載荷PID控制仿真如圖10和11所示。圖10列出對(duì)該P(yáng)ID控制模塊各參數(shù)的設(shè)定(PID參數(shù)調(diào)試過(guò)程此處從略)。設(shè)定完畢后，將PID模塊的Setpoint由0變?yōu)?4.3，得到響應(yīng)特性如圖11所示。時(shí)間單位為每刻度50ms，在，Setpoint(紅色)較大變化的情況下，Process Variable(藍(lán)色)在3s內(nèi)達(dá)到Setpoint并保持穩(wěn)定。

仿真結(jié)果說(shuō)明加載載荷PID控制滿足試驗(yàn)系統(tǒng)的要求。同時(shí)，響應(yīng)特性可以通過(guò)改變PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖10：FPGA PID模塊參數(shù)設(shè)置

圖11：液壓加載系統(tǒng)PID控制響應(yīng)圖

3.2.2試驗(yàn)狀態(tài)的監(jiān)控

試驗(yàn)狀態(tài)的監(jiān)控主要包括疲勞破壞、加載載荷和安全故障三個(gè)部分。

3.2.2.1疲勞破壞的監(jiān)控

疲勞破壞的監(jiān)控，主要根據(jù)CompactRIO 9237模塊采集連桿試件相應(yīng)位置的應(yīng)變，在監(jiān)控面板上實(shí)時(shí)顯示應(yīng)變波形和峰谷值。當(dāng)超出設(shè)定范圍并超出設(shè)定范圍次數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，判定連桿發(fā)生破壞，試驗(yàn)自動(dòng)暫停，試驗(yàn)人員進(jìn)行檢查。

3.2.2.2加載載荷的監(jiān)控

加載載荷監(jiān)控包括三個(gè)方面：連桿拉壓載荷監(jiān)控、液壓缸上油腔壓力監(jiān)控、液壓缸下油腔壓力監(jiān)控，三個(gè)載荷都通過(guò)CompactRIO 9201模塊采集，在監(jiān)控界面上實(shí)時(shí)顯示波形圖。其中拉連桿壓載荷的測(cè)量通過(guò)Interface拉壓力傳感器，兩個(gè)液壓缸油腔的壓力測(cè)量通過(guò)KISTLER壓力傳感器。

3.2.2.3安全故障的監(jiān)控

保證試驗(yàn)安全是重中之重，本試驗(yàn)系統(tǒng)針對(duì)存在安全隱患的部分進(jìn)行監(jiān)控，在發(fā)現(xiàn)故障后進(jìn)行相應(yīng)的處理。這部分是軟件通過(guò)CompactRIO 9401DI/O模塊和CompactRIO 9485SSR模塊實(shí)現(xiàn)的：CompactRIO 9401DI/O模塊實(shí)時(shí)監(jiān)視液壓系統(tǒng)電源開(kāi)關(guān)信號(hào)，控制柜電源開(kāi)關(guān)信號(hào)，液壓泵站油壓、溫度、泄漏、液位信號(hào)狀態(tài)，當(dāng)狀態(tài)不正常時(shí)，由CompactRIO 9485SSR模塊切斷相應(yīng)部分的開(kāi)關(guān)，確保試驗(yàn)安全。

3.2.3數(shù)據(jù)的處理

如圖4所示，試驗(yàn)系統(tǒng)針對(duì)每種信號(hào)都有相應(yīng)的NI硬件進(jìn)行采集。CompactRIO 9014的RT和FPGA模塊保障了數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)性和可靠性，LabVIEW的公式節(jié)點(diǎn)和XY波形圖可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行較好的分析。針對(duì)疲勞試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)、數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)的處理采用LabVIEW中的TDMS數(shù)據(jù)流。

四. 試驗(yàn)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)成果

4.1硬件現(xiàn)場(chǎng)效果

4.1.1系統(tǒng)功能

(1)用于發(fā)動(dòng)機(jī)連桿拉壓疲勞試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果作出相應(yīng)評(píng)估;

(2)可作為發(fā)動(dòng)機(jī)零部件靜載試驗(yàn)的加載系統(tǒng);

(3)使用靜態(tài)應(yīng)變儀可以測(cè)試被試件的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)。

4.1.2性能指標(biāo)

(1)加載形式：拉力壓力可連續(xù)單獨(dú)調(diào)節(jié)，可達(dá)到任意負(fù)荷比;

(2)壓力范圍：0～28Mpa，手動(dòng)調(diào)壓;

(3)脈沖頻率：≤22HZ，連續(xù)可調(diào);

(4)加載波形：非對(duì)稱(chēng)正弦波;

(5)控制精度：拉壓載荷≤4%，加載頻率≤2%。

4.1.3組成結(jié)構(gòu)

圖12：機(jī)械臺(tái)體實(shí)物圖

圖13：液壓加載系統(tǒng)實(shí)物圖

圖14：試驗(yàn)系統(tǒng)整體效果圖

4.2軟件效果

打開(kāi)程序后，進(jìn)入了程序主界面，主界面將程序分為三個(gè)主要模塊：試驗(yàn)設(shè)置、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析。同時(shí)還有關(guān)于部分介紹試驗(yàn)系統(tǒng)相關(guān)信息以及退出系統(tǒng)按鈕。

點(diǎn)擊“關(guān)于”按鈕后，出現(xiàn)介紹整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)基本信息界面。

點(diǎn)擊“試驗(yàn)設(shè)置”按鈕后，進(jìn)入試驗(yàn)設(shè)置界面。

試驗(yàn)設(shè)置主要分為三個(gè)部分：試驗(yàn)基本信息、試驗(yàn)系統(tǒng)參數(shù)和連桿試件參數(shù)。設(shè)置參數(shù)可以手動(dòng)輸入，也可以載入歷史記錄。選擇不同的試驗(yàn)類(lèi)型(拉伸靜載試驗(yàn)、壓縮靜載試驗(yàn)、小頭動(dòng)態(tài)疲勞試驗(yàn)和大頭動(dòng)態(tài)疲勞試驗(yàn))時(shí)，與之相應(yīng)的參數(shù)會(huì)顯示出來(lái)進(jìn)行設(shè)置。

點(diǎn)擊“實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)”按鈕時(shí)，會(huì)出現(xiàn)監(jiān)測(cè)界面。試驗(yàn)監(jiān)測(cè)時(shí)，有以下信息：

(1)四個(gè)波形圖顯示控制波形、加載載荷、拉伸壓縮載荷(可選擇顯示)、應(yīng)變波形(可選擇顯示);

(2)六個(gè)指示燈顯示液壓系統(tǒng)電源開(kāi)關(guān)信號(hào)，控制柜電源開(kāi)關(guān)信號(hào)，液壓泵站油壓、溫度、泄漏、液位信號(hào)狀態(tài);

(3)時(shí)間顯示以及循環(huán)次數(shù)顯示都是實(shí)時(shí)顯示疲勞試驗(yàn)進(jìn)行程度;

(4)位移判定范圍、應(yīng)變判定個(gè)數(shù)及范圍都是實(shí)時(shí)設(shè)定監(jiān)測(cè)連桿試件疲勞狀態(tài)方式;

(5)初始置零消除各傳感器無(wú)信號(hào)時(shí)干擾，循環(huán)置零使循環(huán)數(shù)清零;

(6)頻率和伺服閥控制信號(hào)(正負(fù)放大系數(shù))實(shí)時(shí)可調(diào)以調(diào)整試驗(yàn)狀態(tài);

(7)三路應(yīng)變的峰值谷值實(shí)時(shí)顯示;

(8)系統(tǒng)拉伸壓縮載荷極值顯示目前可達(dá)到的載荷極值;

(9)連桿所受最大拉伸和壓縮載荷實(shí)時(shí)顯示;

(10)NI 9263、NI 9205、NI 9237超時(shí)指示燈顯示三個(gè)板卡超時(shí)狀態(tài)。

點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)分析”時(shí)，進(jìn)入數(shù)據(jù)分析界面，主要有查看數(shù)據(jù)、開(kāi)始記錄、停止記錄和輸入數(shù)據(jù)保存路徑。試驗(yàn)時(shí)，可以查看數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)情況控制開(kāi)始或者停止記錄，記錄數(shù)據(jù)時(shí)指示燈亮。

在數(shù)據(jù)分析方面，LabVIEW公式節(jié)點(diǎn)和XY波形圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的疲勞可靠性分析，可得出相應(yīng)數(shù)據(jù)的P-S-N雙對(duì)數(shù)直線，如圖10所示。

圖15：P-S-N雙對(duì)數(shù)擬合直線

基于以上的設(shè)計(jì)，整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)流程如圖16所示。

圖16：試驗(yàn)程序框圖

五. 結(jié)論

1. 所研制的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿拉壓模擬疲勞試驗(yàn)臺(tái)是國(guó)內(nèi)首個(gè)自主研發(fā)，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專(zhuān)用試驗(yàn)臺(tái)。

2. 本試驗(yàn)臺(tái)基于連桿主要承受拉壓載荷的試驗(yàn)原理，采用NI CompactRIO嵌入式控制器和液壓加載系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)使試驗(yàn)系統(tǒng)具有較高的可靠性、準(zhǔn)確性和實(shí)用性;結(jié)合LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行軟件編程，使試驗(yàn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期短，擴(kuò)展性強(qiáng)。

3.本試驗(yàn)臺(tái)采用非對(duì)稱(chēng)加載方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)連桿實(shí)際工況的模擬;液壓加載的PID控制實(shí)現(xiàn)了載荷的精確控制;同時(shí)與實(shí)機(jī)試驗(yàn)相比，可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化試驗(yàn)，既縮短了試驗(yàn)周期、提高了試驗(yàn)效率，又可以更全面的檢驗(yàn)連桿的疲勞性能，對(duì)連桿新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和已有產(chǎn)品的優(yōu)化有較大的意義。