座椅穩(wěn)定性試驗(yàn)機(jī)
1. 設(shè)備概述
1.1. 基本信息
設(shè)備名稱(chēng)：座椅穩(wěn)定性試驗(yàn)機(jī)
設(shè)備型號(hào)：JQD-3
座椅穩(wěn)定性試驗(yàn)機(jī)按照YFJC要求定制，可完成座椅骨架和座椅成品的間隙剛度試驗(yàn)、座椅操作力測(cè)量、低載荷間隙剛度試驗(yàn)（位移小于1mm，力值小于10N）、泡沫特征曲線試驗(yàn)的測(cè)試等試驗(yàn)。可根據(jù)客戶要求定制！
1.2. 技術(shù)指標(biāo)
1.2.1. 外形尺寸，可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整
1) 主機(jī)外形尺寸（橫向×縱向×高）：3000×2000×2200mm3；
2) 試驗(yàn)底平臺(tái)：尺寸3000×2000×250mm3 ，T型槽開(kāi)口在2000mm方向，間距150mm，T型槽寬14mm；
1.2.2. 主機(jī)框架
1) 電動(dòng)缸垂直時(shí)，中橫梁下臺(tái)面距離地面1900mm；
2) 中橫梁可上下移動(dòng)，移動(dòng)方式為電動(dòng)，通過(guò)手控盒操作，可任意位置鎖緊；
3) 中橫梁上下移動(dòng)有位移顯示功能，可在軟件中顯示；
4) 試驗(yàn)框架前后可整體移動(dòng)，移動(dòng)方式為電動(dòng)，通過(guò)手控盒操作，總移動(dòng)距離為1000mm（一邊預(yù)留400mm），可任意位置鎖緊。
1.2.3. 電動(dòng)缸
1) 推拉力：3000N；
2) 行程：400mm；
3) 速度調(diào)節(jié)范圍：5mm/min至800mm/min；
4) 速度精度：1%；
5) 可左右移動(dòng)，移動(dòng)方式為電動(dòng)，通過(guò)手控盒操作，可任意位置鎖緊，有效移動(dòng)距離為1600mm；
6) 可繞Z軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方式為手動(dòng)，旋轉(zhuǎn)角度范圍為±45°，可任意角度下固定，旋轉(zhuǎn)松開(kāi)時(shí)有防脫落螺栓保護(hù)；
7) 可繞橫梁旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方式為手動(dòng)，旋轉(zhuǎn)角度范圍為0°至300°，可任意角度下固定；
8) 電動(dòng)缸的伸出（分快慢速）、回退（分快慢速）和停止操作可通過(guò)手控盒完成，行走速度可通過(guò)軟件設(shè)定。
1.2.4. 負(fù)荷傳感器
1) 擁有1個(gè)獨(dú)立的負(fù)荷采樣通道，可匹配傳感器；
2) 傳感器由YFJC提供，量程范圍為100N至3000N，數(shù)量不限；
3) 對(duì)于自身帶信號(hào)放大的傳感器可提供供電電源（供電電源類(lèi)型請(qǐng)事先告知，且傳感器信號(hào)輸出要求在-10V至10V之間）；
4) 對(duì)于自身不帶信號(hào)放大器的傳感器可提供對(duì)應(yīng)供電及信號(hào)放大模塊（在采購(gòu)前請(qǐng)先將傳感器參數(shù)提供給我方，我方只提供一套信號(hào)放大模塊，但會(huì)盡可能兼容更多的傳感器，若傳感器型號(hào)參數(shù)差異太大可配給不同的信號(hào)放大模塊，無(wú)兼容性問(wèn)題）。
1.2.5. 模擬量式位移傳感器（LVDT）
1) 擁有4個(gè)獨(dú)立的模擬量式位移采樣通道，可匹配傳感器；
2) 傳感器由YFJC提供，量程范圍不限，數(shù)量不限，為達(dá)到試驗(yàn)匹配應(yīng)盡可能選擇量程與所測(cè)位移量接近的傳感器；
3) 對(duì)于LVDT位移傳感器可提供供電電源（供電電源類(lèi)型請(qǐng)事先告知，且傳感器信號(hào)輸出要求在-10V至10V之間）。
1.2.6. 編碼器式位移傳感器
1) 擁有2個(gè)獨(dú)立的編碼器式位移采樣通道，可匹配傳感器；
2) 傳感器由YFJC提供，量程范圍不限，數(shù)量不限，為達(dá)到試驗(yàn)匹配應(yīng)盡可能選擇分辨率足夠支撐所測(cè)位移量的傳感器；
3) 傳感器要求是供電電源為5V的正交編碼器式位移傳感器。
1.2.7. 模擬量式角度傳感器
1) 擁有1個(gè)獨(dú)立的模擬量式角度采樣通道，可匹配傳感器；
2) 傳感器由YFJC提供，量程范圍不限，數(shù)量不限，為達(dá)到試驗(yàn)匹配應(yīng)盡可能選擇量程與所測(cè)位移量接近的傳感器；
3) 對(duì)于自身帶信號(hào)放大的傳感器可提供供電電源（供電電源類(lèi)型請(qǐng)事先告知，且傳感器信號(hào)輸出要求在-10V至10V之間）；
4) 對(duì)于自身不帶信號(hào)放大器的傳感器可提供對(duì)應(yīng)供電及信號(hào)放大模塊（在采購(gòu)前請(qǐng)先將傳感器參數(shù)提供給我方，我方只提供一套信號(hào)放大模塊，但會(huì)盡可能兼容更多的傳感器，若傳感器型號(hào)參數(shù)差異太大可配給不同的信號(hào)放大模塊，無(wú)兼容性問(wèn)題）。
1.2.8. 編碼器式角度傳感器
1) 擁有1個(gè)獨(dú)立的編碼器式角度采樣通道，可匹配傳感器；
2) 傳感器由YFJC提供，量程范圍不限，數(shù)量不限；
3) 傳感器要求是供電電源為5V的正交編碼器式位移傳感器。
1.2.9. 采樣頻率
200Hz。
1.2.10. AD轉(zhuǎn)換精度
16位。
1.2.11. 測(cè)量精度
優(yōu)于±0.5%F·S。
1.2.12. 控制精度
優(yōu)于±0.5%F·S。
1.2.13. 負(fù)荷控制負(fù)荷目標(biāo)方式
控制負(fù)荷超調(diào)量小于加載值的10%，且不低于加載值。
1.2.14. 位移控制位移目標(biāo)方式
控制位移超調(diào)量小于5mm。
1.2.15. 位移控制負(fù)荷目標(biāo)方式
控制負(fù)荷超調(diào)量小于加載值的10%，且不低于加載值；
1.2.16. 控制柜
尺寸由YFJC提供，并增加AC220V、DC12和DC24V電源插口，其位置由YFJC給出。
2. 設(shè)備結(jié)構(gòu)
2.1. 機(jī)械系統(tǒng)
2.1.1. 底平臺(tái)
灰鐵（HT250）鑄造，經(jīng)過(guò)加工和去磁處理，精度2級(jí)，
2.1.2. 試驗(yàn)框架
立柱采用無(wú)縫鋼管精加工而成，橫梁、立柱安裝底座等采用鋼板加工而成，如圖2-3。
2.1.3. 框架前后移動(dòng)機(jī)構(gòu)
采用鋼板焊接加工而成，移動(dòng)機(jī)構(gòu)采用電機(jī)自動(dòng)驅(qū)動(dòng)，。
2.1.4. 電動(dòng)缸升降機(jī)構(gòu)
采用精密滾珠絲桿、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、軸承、移動(dòng)鎖緊套等組成，。
2.1.5. 電動(dòng)缸左右移動(dòng)機(jī)構(gòu)
采用絲桿、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、鎖緊機(jī)構(gòu)等組成，
2.1.6. 電動(dòng)缸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
也叫角度調(diào)整機(jī)構(gòu)，采用手輪和減速機(jī)手動(dòng)調(diào)節(jié)，配角度刻度尺，
2.2. 電氣控制及采集系統(tǒng)
整個(gè)電氣控制及采集系統(tǒng)可分為：電氣拖動(dòng)系統(tǒng)、伺服電動(dòng)缸系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和信號(hào)采集系統(tǒng)四部分。
2.2.1. 電氣拖動(dòng)系統(tǒng)
電氣拖動(dòng)系統(tǒng)依托于標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜，是整臺(tái)設(shè)備電力配給和電氣邏輯控制的核心。所有信號(hào)的線材連接都在此部分完成，其在關(guān)鍵部位使用光電隔離式固態(tài)繼電器和高品質(zhì)屏蔽電纜有效減輕伺服電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)作時(shí)對(duì)控制信號(hào)和采樣信號(hào)的干擾。
2.2.2. 伺服電動(dòng)缸系統(tǒng)
伺服電動(dòng)缸系統(tǒng)用于接收控制電信號(hào)并根據(jù)控制信息控制電動(dòng)缸行走，是整臺(tái)設(shè)備動(dòng)作執(zhí)行部分的核心。
作為執(zhí)行部件的電動(dòng)缸具有噪音低、節(jié)能、干凈、高剛性、抗沖擊力、超長(zhǎng)壽命、操作維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，可以在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期工作，防護(hù)等級(jí)可以達(dá)到IP66。且電動(dòng)缸在復(fù)雜的環(huán)境下工作只需要定期的注脂潤(rùn)滑，并無(wú)易損件需要維護(hù)更換，比液壓系統(tǒng)和氣壓系統(tǒng)減少了大量的售后服務(wù)成本。同時(shí)還可以在缸體上安裝前后感應(yīng)式限位開(kāi)關(guān)，配合伺服電機(jī)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)工作，提高系統(tǒng)安全性。
而作為控制部件的松下伺服電機(jī)系統(tǒng)可方便調(diào)整參數(shù)、監(jiān)視狀態(tài)和分析故障。其強(qiáng)大的智能化自動(dòng)調(diào)整功能可替代通常的專(zhuān)業(yè)復(fù)雜地調(diào)試過(guò)程，輕松完成高速高響應(yīng)，速度響應(yīng)頻率可達(dá)1kHz。控制方面，該伺服驅(qū)動(dòng)器可接收高達(dá)2Mpps的脈沖指令，并內(nèi)置瞬時(shí)速度觀測(cè)器，可快速、高分辨率地檢測(cè)出電機(jī)轉(zhuǎn)速。實(shí)際使用中，伺服電機(jī)前端還安裝有減速機(jī)，通過(guò)減速機(jī)連接到電動(dòng)缸。
2.2.3. 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)
運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的核心部件是NI PCI-7352運(yùn)動(dòng)控制卡。其主要特點(diǎn)有：
? 控制周期為250μm
? 從軟件發(fā)送命令至命令得到響應(yīng)最多只需5ms
? 內(nèi)置數(shù)據(jù)采集，可提供200Hz采樣頻率的8路16位模擬輸入
? 64條數(shù)字I/O線
? 以光電隔離接口形式兼容伺服使能、限位信號(hào)
? 可通過(guò)驅(qū)動(dòng)函數(shù)設(shè)置前后限位
? 除本身的編碼器主反饋外，其它8路16位模擬輸入都可以用來(lái)做控制反饋
? 可通過(guò)驅(qū)動(dòng)函數(shù)設(shè)置PID控制參數(shù)
基于上述優(yōu)點(diǎn)，使用NI PCI-7352運(yùn)動(dòng)控制卡作為伺服電動(dòng)缸的控制，其控制效果好，長(zhǎng)期穩(wěn)定性佳，且根據(jù)驅(qū)動(dòng)函數(shù)自帶的狀態(tài)監(jiān)測(cè)可以方便地判斷伺服電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，簡(jiǎn)化故障排查流程，增加試驗(yàn)設(shè)備工作效率。
為了使用PCI接口形式板卡，我們采用研華工控機(jī)IPC-610L（300W電源）作為其載體。其特點(diǎn)有：
? 工業(yè)級(jí)母板
? 主板AIMB-763VG(5個(gè)PCI槽2個(gè)PCIE槽2串一并一個(gè)網(wǎng)口)
? 含CPUE5300/2G/500G/DVD/KB/MS/
? 前端配備2個(gè) USB，機(jī)箱前面板上的系統(tǒng)狀態(tài) LED 指示燈可顯示電源、硬盤(pán)和系統(tǒng)電壓的運(yùn)行情況
? 有過(guò)濾內(nèi)吹冷卻風(fēng)扇，可在整個(gè)機(jī)箱內(nèi)維持正的空氣循環(huán)
? 一年上門(mén)兩年質(zhì)保
由于這些特點(diǎn)，使得 IPC-610擁有很強(qiáng)的防干擾、防塵、防震、防擾流的能力，為NI PCI-7352穩(wěn)定運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的平臺(tái)。
2.2.4. 信號(hào)采集系統(tǒng)
信號(hào)采集系統(tǒng)分為信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集硬件兩部分。
信號(hào)采集系統(tǒng)對(duì)于模擬量式傳感器由信號(hào)放大模塊和抗混疊濾波器組成，而對(duì)于編碼器式傳感器則無(wú)需增加信號(hào)輔助部件。
數(shù)據(jù)采集硬件可分為模擬量信號(hào)采集硬件（卡）和編碼器信號(hào)采集硬件（卡）兩部分。其中NI PCI-7352內(nèi)置8路模擬量信號(hào)采樣通道供系統(tǒng)模擬量采樣使用，而編碼器式信號(hào)采樣使用北京阿爾泰公司的PCI2394編碼器采集卡。
2.3. 軟件系統(tǒng)
軟件系統(tǒng)運(yùn)行于研華工控機(jī)上，通過(guò)驅(qū)動(dòng)函數(shù)與NI PCI-7352或者其它采集卡進(jìn)行交互。其主要特點(diǎn)為：
? 運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)，人機(jī)界面友好，操作簡(jiǎn)便，支持中英文界面顯示
? 隱藏了大部分硬件配置參數(shù)，只留有用戶需要使用的少量硬件配置參數(shù)，簡(jiǎn)化用戶操作
? 可在硬件通道支持的范圍內(nèi)配置傳感器系數(shù)，調(diào)用方便，互不干涉
? 軟件啟動(dòng)后實(shí)時(shí)顯示傳感器采樣瞬時(shí)值，試驗(yàn)時(shí)還可顯示傳感器采樣大值和最小值
? 可手動(dòng)設(shè)置傳感器保護(hù)值（默認(rèn)為對(duì)應(yīng)傳感器量程），保護(hù)響應(yīng)時(shí)間為5ms
? 可預(yù)置多種試驗(yàn)曲線數(shù)據(jù)處理方式，由用戶提出并確認(rèn)
? 試驗(yàn)曲線數(shù)據(jù)處理方式可配合試驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)形成一個(gè)整體的試驗(yàn)?zāi)K，各種組合設(shè)置靈活，調(diào)用方便，可實(shí)現(xiàn)全部參數(shù)的存盤(pán)和讀取
? 可提供僅進(jìn)行試驗(yàn)采樣控制的手動(dòng)試驗(yàn)?zāi)Ｊ?/span>
? 試驗(yàn)數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)在文檔中，讀寫(xiě)速度遠(yuǎn)高于數(shù)據(jù)庫(kù)形式，且大大提高連續(xù)記錄數(shù)據(jù)量，減少長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行軟件存儲(chǔ)故障率
? 所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均支持導(dǎo)出至EXCEL表
? 可靈活設(shè)定多種條件檢索試驗(yàn)記錄
? 可實(shí)現(xiàn)多套試驗(yàn)報(bào)告模板并存，根據(jù)實(shí)際需要調(diào)用不同模板
? 可用任意2個(gè)傳感器采樣信號(hào)組成曲線
? 可同時(shí)顯示所有傳感器通道的曲線（顏色區(qū)分）
? 在試驗(yàn)曲線上可進(jìn)行各種條件下的特征點(diǎn)查找
? 在試驗(yàn)曲線上可進(jìn)行光標(biāo)任意點(diǎn)查找（可與EXCEL導(dǎo)出數(shù)據(jù)匹配）
? 可根據(jù)需要獲得曲線上任意點(diǎn)的切線數(shù)據(jù)
? 可對(duì)曲線中進(jìn)行任意傳感器信號(hào)進(jìn)行處理顯示
