减振器属于汽车悬架系统中的最关键元件, 在车身相对车轮振动之时, 减振器的活塞杆就会因为受到轴的向往复力, 以及侧向往复力的作用。活塞杆就会产生挠度、强度以及疲劳失效, 从而引起了油封的失效。通过活塞杆弯曲的试验就能显现活塞杆在弯曲载荷下的力学规律, 所以说, 由试验而来的力学性能指标就是优选工艺、活塞杆设计和质量检验的依据, 因此, 需要使用性能完善、精度稳定、方便的测试系统。
1 测试系统的设计
活塞杆弯曲试验测试系统是在液压万能试验机的基础上开发而来。活塞杆弯曲试验测试系统的工作过程是弯曲力变化量的力传感器, 挠度的变化利用位移传感器逐步转化为电压信号;然后, 弯曲力电压信号再经过信号的调理模块放大、调理后, 最后和挠度电压一起输入信号数据采集卡。采集卡再将模拟量转变为数字量, 通过软件系统数据的分析、计算和处理。最后对结果进行打印、储存和显示。
2 测试系统的设计
2.1 软件结构框架
采用图形化语言的LabVIEW进行软件程序的设计。程序采用了while loop的循环结构, 在标定、自检、数据采集、传感器清零、读取、保存和打印的功能时选用了case的选择结构。在主程序中调用中也为子任务创建SubVI。系统的自检功能得到了自检模块上的实现。自检模块利用挠度-时间曲线和弯曲力-时间判断挠度信号和弯曲力的对错;利用4个标定参数显示判断传感器的在标定文件中的状态。
数据处理SubVI、数据采集子模块、子模块测试模块及数据计算显示是构成数据采集子模块的主要部位。通过利用位移传感器的电压信号和循环采集力传感器, 然后再还原为清零之后的挠度信和弯曲力号, 再利用滤波之后及时的弯曲力-挠度曲线进行显示。通常情况下, 我们都是利用SubVI实现对信号的滤波, 用它作为判断和辨别活塞杆的断裂依据, 进而去除了弯断之后所采集到的所有数据。显示子模块及数据计算要依照数据处理之后的计算结果, 通过显示其规定非比例弯曲极限、规定非比例弯曲力Fpb0.03、抗弯强度、最大弯曲力Fbb、输出弯曲力-挠度曲线、最大挠度fbb和确定Fpb0.03的斜线。值得一提的是显示子模块及数据计算还能让主程序直接去调用。如果测试的结果错误是淫威测试前的输入参数的误差所导致时, 就通过修改测试前的输入参数, 然后点击参数的修改按钮, 主程序就能直接地调用显示子模块及数据计算, 从而修正了测试结果。指定挠度处弯曲力模块实现了计算所指定挠度处的弯曲力的功能。
指定弯曲力处的永久变形模块能够实现计算指定弯曲力及FA处的永久变形fA的所有功能。永久变形fA就是通常所说的塑性变形, 操作时我们应该先计算出弯曲FA力处的挠度, 之后再根据确定Fpb0.03的斜线的计算弹性变形, 最后利用FA弯曲力处的挠度推出弹性变形的剩余变形就成了永久变形fA。
2.2 数据处理的关键问题
数据处理的最主要的问题就是弯曲力-挠度曲线弹性段截距和直线斜率的确定, 截距和直线斜率是计算指定弯曲力FA处的永久变形fA和非比例的弯曲力Fpb0.03的唯一的依据。通常情况下, 此曲线弹性段属于斜线段, 如果试件的直径越大, 那么斜线段就会越长, 然而一般情况下因为试验机的加载系统间隙以及加载抖动, 会使实际弹性段难以保持斜线段。所以说如果直接采用直线拟合线弹性段时, 就很难准确地判断弹性段的终点, 同事还要注意到拟合误差也是比较大。确定曲线的弹性段截距和直线斜率一般都是选用数据处理中最小均方差法。以1kN做起点, 在逐渐增加后续点数中, 起点与每一个后续点之间全部点拟合为直线, 这里面直线均方差最小者就是该曲线弹性段的拟合直线。
3 测试系统的硬件
3.1 数据采集系统
数据采集系统主要包括信号调理模块、力传感器、位移传感器、计算机组成和数据采集卡。活塞杆试样的直径通常是≤φ26的, 最大的弯曲力≤92kN, 所以力传感器的选用量程一般是10t左右的电阻应变片式力传感器;信号调理模块大多是采用ADAM-3016-AE型信号调理模块;活塞杆弯曲最大挠度不能≤45mm, 所以位移传感器选用量程就要保持在±25mm差动变压器式位移传感器。试验的过程中, 数据采集卡需要挠度两路信号和采集弯曲力, 采样的频率是50Hz~2000Hz;力传感器和位移传感器满量程输出电压一般情况下为5v。模拟输入的通道不能少于四条, 频率也不能不小于10KS/s, 还要保证输入电压信号的范围应该在5V以内。所以, 系统数据采集卡选用NI公司生产的PCI-6220数据采集卡。该卡一共有68个端子, 频率是250KS/s, 采用16位精度, 以及l6信道单端模拟输入, 2个24位定时/计数器, 24个数字I/O, 能够满足该系统的所有要求。
3.2 工装的设计
万能试验机再给活塞杆2加载的时候, 试验机移动臂6就会同时向下移动, 这就推动压头3、压头座4和力传感器5向下移动, 支辊1与压头3紧压在活塞杆3上, 从而形成了三点弯曲方式。力传感器5是用来检测活塞杆2所受的弯曲力。至于位移传感器8就安装在开槽的位移传感器线性区。定位套7的功用就是为了确保位移传感器在线性区正常的工作。位移传感器壳体大都是利用螺钉固定在定位套7上, 而位移传感器芯轴则是利用螺母固定在压头座4上, 通过压头座4的伸长臂在定位套7的槽内的上下移动, 就可以随时检测到活塞杆2挠度的变化。
4 结语
实验表明, 我们所开发出的测试系统, 他能实时显示出活塞杆从弯曲开始一直到弯断过程中的弯曲力-挠度曲线, 还能准确地显示出力学特征参数。虚拟仪器的活塞杆弯曲试验测试系统操作简单便捷、性能完善、界面友好、测试精度稳定, 能够完全满足活塞杆弯曲试验的需要。
摘要：本文通过利用弯曲试验的试样作为活塞杆, 同时还参照标准《GB/T14452-93金属弯曲力学性能试验方法》相关标准, 利用了三点弯曲式的试验方式, 测定活塞杆中最重要的7个参数, 为虚拟仪器的活塞杆弯曲试验测试系统的研究提供了依据。
关键词：弯曲试验,活塞杆,虚拟仪器
参考文献
[1] 王吉会, 郑俊萍, 等.材料力学性能[M].天津:天津大学出版社, 2010.
[2] 王天利, 孙晓帮, 等.基于虚拟仪器的气弹簧测试系统[J].机床与液压, 2008, 35 (7) :170～172.