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*動(dòng)態(tài)力基準(zhǔn)裝置中砝碼的分檔與控制方法：

本文介紹新研制的1200kN*動(dòng)態(tài)力基準(zhǔn)裝置中砝碼的分檔思想及自動(dòng)加載控制的實(shí)現(xiàn)方法。

*、引言

1200kN標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)力源是基于帕斯卡定律的液壓放大式原理建成的[1]。在小徑測(cè)力油缸上加載標(biāo)準(zhǔn)砝碼,與測(cè)力油缸相通的大工作油缸上復(fù)現(xiàn)放大的標(biāo)準(zhǔn)力值,然后用沖擊卸荷的方法獲得*個(gè)近似于理想的負(fù)階躍力[2]。該裝置受國防科工委委托研制,作我國*大噸位動(dòng)態(tài)力基準(zhǔn),主要用于大力值、寬頻響的力傳感器的校準(zhǔn)

• 砝碼分檔思想

根據(jù)國防科工委對(duì)“標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)力源系統(tǒng)”任務(wù)書要求,該裝置力值范圍:50kN～1200kN,力值分檔:50kN～100kN內(nèi)每隔10kN取*點(diǎn),100kN～500kN內(nèi)每隔50kN取*點(diǎn),500kN～1200kN內(nèi)每隔100kN取*點(diǎn)顯然,從滿足力值要求及裝置的*小化出發(fā),對(duì)標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量的分檔的優(yōu)化目標(biāo)是:①各砝碼的組合必須能滿足任務(wù)書中*提各點(diǎn)的力值;②砝碼個(gè)數(shù)盡量少,以減少傳動(dòng)機(jī)構(gòu);③*大砝碼質(zhì)量盡量小,以減小測(cè)力機(jī)空間。根據(jù)以上要求,本文*次提出了利用二進(jìn)制數(shù)的思想對(duì)標(biāo)準(zhǔn)砝碼進(jìn)行分檔設(shè)計(jì),不*滿足了以上*述各點(diǎn)力值要求,而且將其在50kN～1200kN內(nèi)每隔10kN取*個(gè)點(diǎn),即*小分辨力為10kN。具體方法如下:將砝碼質(zhì)量比設(shè)計(jì)為:1∶2∶4∶8∶16∶32…,這樣只要7塊砝碼就可組合出1～127之間的任*個(gè)整數(shù)?？紤]測(cè)力機(jī)空間安裝及加工方便,將64m質(zhì)量的砝碼拆分為32和32m(m為*小塊砝碼質(zhì)量),這樣設(shè)計(jì)的8個(gè)砝碼質(zhì)量分為m、2m、4m、8m、16m、32m、32m、32m。如液壓傳遞放大比為200,則產(chǎn)生10kN的標(biāo)準(zhǔn)砝碼質(zhì)量約為511kg。需要說明的是,作者未對(duì)上述解作過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明,但通過枚舉法得到的幾組解與上述二進(jìn)制數(shù)法設(shè)計(jì)得到的解相比,上述解是好的。通過調(diào)研*許多計(jì)量部門已建的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力機(jī)的砝碼分檔設(shè)計(jì),如能改為本二進(jìn)制數(shù)法設(shè)計(jì),將會(huì)得到更趨合理的解。

三、自動(dòng)加載原理

圖1為作者課題組設(shè)計(jì)完成的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)力測(cè)力機(jī)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖中,1為提升缸塞系統(tǒng),2為提升架,3為測(cè)力缸塞系統(tǒng),4為掛桿,5為標(biāo)準(zhǔn)砝碼,6為砝碼檔塊。根據(jù)上述砝碼分檔思想,該測(cè)力機(jī)共有8塊砝碼組成,可獲得50kN～1200kN的各檔力值(*小分辨力值10kN)。其加載過程如下:

①提升油缸上升,將*有砝碼都掛在提升桿上,并使砝碼脫離砝碼檔塊;

②根據(jù)載荷要求,將選中的砝碼檔塊轉(zhuǎn)90°移開,其中每塊砝碼由均稱分布的三塊檔塊支承;③回落提升缸,選中砝碼就擱在測(cè)力缸下面的掛桿上,而未選砝碼仍被擱在原砝碼檔塊上。

四、控制方法

利用單片機(jī)擴(kuò)展的1根I/O口線控制用于駁動(dòng)*塊支承砝碼檔塊轉(zhuǎn)動(dòng)的三只伺服微電機(jī)的正反轉(zhuǎn),砝碼檔塊的到位停運(yùn)由微動(dòng)限位開關(guān)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。具體電路可參考文獻(xiàn)[1]。這樣共需8根I/O口線,剛好占用*個(gè)控制命令字節(jié),如圖2*示。在軟件編程時(shí),使控制字節(jié)的第1位對(duì)應(yīng)1m砝碼,第2位對(duì)應(yīng)2m,依次類推。這樣使得輸入力值數(shù)即為實(shí)際的控制命令字節(jié),無需查表,大大方便了編程。需要指出的,在本裝置中由于砝碼掛桿也有重量,在設(shè)計(jì)時(shí)取其質(zhì)量為5m,這樣在選擇砝碼控制時(shí),只要將力值數(shù)減去5即為命令數(shù)。如果力值數(shù)超過(64+5)×10kN時(shí),由于將64m分為兩個(gè)32m,此時(shí)需將命令字節(jié)的第8位置位即可,大大地方便了編程。

五、結(jié)束語

由于巧妙地利用了二進(jìn)制數(shù)思想設(shè)計(jì)砝碼分檔,不*滿足了任務(wù)書對(duì)力值檔指標(biāo)要求,而且使得100kN以上的力值分檔分辨力也降到10kN,同時(shí)使編程控制大為簡(jiǎn)化。這可為其它標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力機(jī)的砝碼分檔和自動(dòng)加載控制的設(shè)計(jì)和改造提供有益的幫助。