姜 松管國強劉瑞霞賈 瑜陳章耀趙杰文

(江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院1,鎮(zhèn)江 212013)

(江蘇大學(xué)理學(xué)院2,鎮(zhèn)江 212013)

基于壓彎軸向位移值的掛面彎曲折斷率測定儀的研制

姜 松1管國強1劉瑞霞1賈 瑜1陳章耀2趙杰文1

(江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院1,鎮(zhèn)江 212013)

(江蘇大學(xué)理學(xué)院2,鎮(zhèn)江 212013)

為了解決掛面彎曲折斷率測定中的徒手操作和端部轉(zhuǎn)角目測精度低等問題,根據(jù)基于壓彎軸向位移值的掛面彎曲折斷率測定方法以及現(xiàn)行標準評定指標之間換算關(guān)系;運用觸摸屏技術(shù)、PLC控制技術(shù)以及直線步進電機驅(qū)動技術(shù),開發(fā)了基于壓彎軸向位移值掛面彎曲折斷率測定儀。經(jīng)考核性試驗,測定儀性能穩(wěn)定可靠,完全滿足設(shè)計要求;為質(zhì)檢部門的掛面質(zhì)量檢測和企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)及質(zhì)量評價提供了專用儀器支撐,提高了掛面行業(yè)品質(zhì)檢測的科技含量。

掛面 壓彎軸向位移值 彎曲折斷率 PLC 直線步進電機 測定儀

掛面彎曲折斷率測定方法,在國家行業(yè)標準——掛面 (LS/T3212—1992)中規(guī)定抽取掛面 20根,截成長度為180 mm,分別放在標有厘米刻度和角度的平板上,用左手固定零位端右手緩緩沿水平方向向左移動,使掛面彎曲成弧形,未到規(guī)定的彎曲角度折斷,即為彎曲折斷條。彎曲折斷率計算方法為20根試樣中彎曲折斷的掛面根數(shù)與 20根試樣之比的百分比[1]。從標準規(guī)定的試驗方法來看,掛面彎曲折斷率測定屬原始的徒手操作,測試結(jié)果受操作條件影響很大,同時用眼睛判定掛面端部彎曲角度的誤差較大。目前,測定掛面彎曲折斷率的儀器未見相關(guān)文獻報道。掛面彎曲折斷率是評價掛面質(zhì)量的主要物理檢測指標之一,運用 PLC控制技術(shù)結(jié)合直線步進電機驅(qū)動技術(shù),開發(fā)新型的掛面彎曲折斷率測定儀是當務(wù)之急。

1 掛面彎曲折斷率測定的基本原理

將掛面彎曲折斷看成兩端鉸支細長壓桿,如圖 1所示,建立掛面壓桿大撓度非線性微分方程[2]。通過求解可得出兩端鉸支之間的軸向位移值Δl、wmax和Δl與 l、wmax與 l的比值:

圖1 掛面屈曲狀態(tài)參數(shù)

表 1為Δl/l和wmax/l與端部轉(zhuǎn)角對應(yīng)關(guān)系以及對應(yīng)的橢圓積分值[3],表 2為不同長度掛面壓桿彎曲的端部轉(zhuǎn)角與Δl和中點最大撓度 wmax的對應(yīng)關(guān)系。

采用撓度最大處應(yīng)力相等的原理,由掛面長度為 180 mm規(guī)定彎曲角度計算出其他長度的規(guī)定彎曲角度,實現(xiàn)不同長度掛面彎曲折斷評定值與現(xiàn)有行業(yè)標準之間的等價換算,表 3為 150、120、100、90 mm長度掛面彎曲折斷評定標準。

表 1 Δl/l和wmax/l與端部轉(zhuǎn)角對應(yīng)關(guān)系以及對應(yīng)的橢圓積分值

表2 不同長度掛面壓桿彎曲的端部轉(zhuǎn)角與Δl和中點最大撓度wmax的對應(yīng)關(guān)系/mm

表 3 不同長度掛面端部轉(zhuǎn)角θ0、軸向壓縮位移值Δl和最大撓度wmax應(yīng)力等價換算

2 測定儀結(jié)構(gòu)設(shè)計

測定儀為箱體結(jié)構(gòu),由人機交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和掛面測試支撐系統(tǒng)等四個子系統(tǒng)組成,如圖2所示。

圖 2 掛面彎曲折斷率測定儀組示意圖

人機交互系統(tǒng):采用臺達公司DOP5.7英寸觸摸屏,通過觸摸屏可以進行各種操作功能的設(shè)置,并可將測試參數(shù)和測試結(jié)果顯示在屏幕上。操作簡單、方便。同時觸摸屏可以通過 RS485串行通訊接口及RS485/232轉(zhuǎn)換器,與計算機進行實時通訊,測試參數(shù)和測試結(jié)果也可以在計算機上進行實時顯示與數(shù)據(jù)保存以及數(shù)據(jù)處理等。

控制系統(tǒng):控制器采用臺達公司DVP-EH2型PLC,具有精度高、速度快、可靠穩(wěn)定的特性。主要作用是接受輸入信息,并根據(jù)信息進行判定和數(shù)據(jù)處理,進而輸出控制信號到測試儀的驅(qū)動系統(tǒng)。

驅(qū)動系統(tǒng):包括驅(qū)動模塊和直線步進電機,采用海頓公司 21000系列 Size8混合式直線步進電機和DCM4010驅(qū)動器,驅(qū)動器可以接受 PLC輸出的脈沖信號,控制直線步進電機位移,實現(xiàn)測試過程中的支撐系統(tǒng)驅(qū)動任務(wù)。

支撐系統(tǒng):是測定儀的機械部分,主要由底座、靜支撐擋板、橫式數(shù)顯標尺、動支撐擋板等部分組成。

此外,為了保留手動測試和撓度測量,支撐系統(tǒng)中靜支撐擋板和動支撐擋板安裝在橫式數(shù)顯標尺上,并在其下方安裝了帶角度刻度的鏡面用于端部轉(zhuǎn)角測量,以及左側(cè)安裝了豎式數(shù)顯標尺及撓度測量指針用于測量最大撓度。掛面彎曲折斷率測定儀結(jié)構(gòu)示意圖,如圖 3所示。

圖3 掛面彎曲折斷率測定儀結(jié)構(gòu)示意圖

3 測定儀工作原理

隨機抽取一定根數(shù)的掛面,截成規(guī)定的長度,分別放在測定儀的靜支撐擋板和動支撐擋板之間,并使靜支撐擋板和動支撐擋板上測量槽之間距離等于掛面的長度如圖 3所示。通過直線步進電機螺桿推動動支撐擋板使掛面產(chǎn)生軸向壓縮失穩(wěn)彎曲,螺桿推動的動支撐擋板的軸向壓彎位移分辨率為 0.01 mm。當動支撐擋板的軸向壓彎位移值未達到規(guī)定的軸向壓彎位移值時,掛面試樣折斷,即為彎曲折斷條。不同厚度和長度掛面的軸向壓縮位移值規(guī)定值是不同的。彎曲折斷率計算方法為試驗樣本中彎曲折斷的掛面根數(shù)與試驗樣本數(shù)之比的百分比。

如測定試樣長度為 180 mm掛面的彎曲折斷率,隨機抽取掛面 20根,截成長度為 180 mm,分別放在測定儀的靜支撐擋板和動支撐擋板之間,并使靜支撐擋板和動支撐擋板上測量槽之間距離等于掛面的長度180 mm,通過傳動系統(tǒng)推動動支撐擋板使掛面產(chǎn)生軸向壓縮失穩(wěn)彎曲,當動支撐擋板的軸向壓彎位移值未達到規(guī)定值時掛面試樣折斷,即為彎曲折斷條。當掛面厚度大于 0.9 mm時,規(guī)定軸向壓縮位移值大于等于8.50 mm(等價于現(xiàn)行標準的彎曲角度大于等于25°);當掛面厚度小于等于 0.9 mm,規(guī)定軸向壓縮位移值大于等于12.14 mm(等價于現(xiàn)行標準的彎曲角度大于等于30°)。彎曲折斷率計算方法為 20根試樣中彎曲折斷的掛面根數(shù)與 20根試樣之比的百分比。其他長度掛面評定參數(shù)如表 3所示?；趬簭澼S向位移值掛面彎曲折斷率測定儀的測定程序如圖 4所示。

4 功能特性

(1)測試精度高,響應(yīng)速度快。DVP-EH2型PLC為 12位機,具有精度高、速度快的特點使測試儀具有優(yōu)良的測試精度和響應(yīng)時間。海頓DCM驅(qū)動器是高性能細分斬波驅(qū)動器,使步進電機具有較好的輸出性能[4]。

(2)操作簡單,使用方便。通過觸摸屏或計算機即可進行各種操作功能和原始參數(shù)的設(shè)置,并可將測試參數(shù)和測試結(jié)果顯示在屏幕上。

(3)可靠性高、穩(wěn)定性強。由于 PLC具有可靠性高,穩(wěn)定性強的特點,高性能細分斬波步進電機DCM驅(qū)動器具有先進的過載保護功能,使測試儀運行更可靠、更安全。

(4)測定儀結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。測定儀為臺式箱體結(jié)構(gòu),觸摸屏布置在右上方,控制器、驅(qū)動器、直線步進電機布置在面板下方,測試支撐系統(tǒng)布置在左側(cè),測定儀的各部件充分考慮了加工工藝的合理性、調(diào)試和維修的方便性。

圖4 彎曲折斷率測定程序圖

(5)技術(shù)指標。靜支撐擋板和動支撐擋板間距為80～200 mm,螺桿運動范圍為 0～100 mm,測量精度為0.01 mm;測量速度為 0.01～0.1 mm/s;掛面試樣長度

分別為 90、120、150、180 mm,寬度、厚度不限。

(6)抗干擾性強。本測定儀選用的臺灣臺達PLC,具有穩(wěn)定性好、抗干擾能力強等特點,對數(shù)字輸入、輸出信號有光電隔離作用,可很好的將誤動作信號干擾過濾掉。而 DCM4010驅(qū)動器使用了先進的雙極性直流斬波技術(shù),它相比 L/R同類驅(qū)動器輸出功率更高,速度更快。它的電流控制技術(shù)使得線圈電流得以精確控制,比市場上同類產(chǎn)品電流紋波小,電機熱少,同時也有效的減弱或消除步進電機的低頻振動造成的干擾。

5 測定儀性能的考核評價

圖 5為研制的測定儀,根據(jù)設(shè)計的技術(shù)要求,對測定儀進行了考核性試驗。經(jīng)檢測,靜支撐擋板和動支撐擋板間距的定位誤差小于0.1%,軸向壓彎位移值的誤差小于 0.05%;經(jīng) 24小時連續(xù)運行,性能穩(wěn)定可靠;因此,所研制的測定儀技術(shù)指標符合設(shè)計要求,達到了掛面彎曲折斷率測定對儀器的要求。

圖5 測定儀

6 結(jié)論

6.1 研制的基于壓彎軸向壓縮位移值的掛面彎曲折斷率測定儀,經(jīng)考核性試驗,性能穩(wěn)定可靠,完全滿足設(shè)計要求,實現(xiàn)了掛面彎曲折斷率測定的儀器化,克服現(xiàn)行標準中檢測方法徒手操作的缺點。

6.2 研制的測定儀,使掛面彎曲折斷率的測定更科學(xué)、更簡便,測量范圍更寬,而且與現(xiàn)行標準能銜接。

6.3 采用觸摸屏技術(shù)和 PLC控制技術(shù)以及直線步進電機驅(qū)動技術(shù),研制的測定儀具有測試精度高、操作簡單,降低了檢測工作的勞動強度,提高了檢測工作的自動化水平。為質(zhì)檢部門的掛面檢測和企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)及質(zhì)量評價提供了專用儀器支撐,提高了掛面行業(yè)品質(zhì)檢測的科技含量。

[1]王肇慈.糧油食品品質(zhì)分析[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2000:301-303

[2]吳明德編.彈性桿件穩(wěn)定理論[M].北京:高等教育出版社,1989:31-39

[3]數(shù)學(xué)手冊編寫組.數(shù)學(xué)手冊[M].北京:高等教育出版社, 2008:1321-1323

[4]徐世許,朱妙其,王毓順主編.可編程序控制器:原理·應(yīng)用·網(wǎng)絡(luò)[M].合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,2008.

InstrumentDevelopment forDetection ofBending Fracture Rate ofDryNoodlesBased on Compression Bending AxialDisplacementValues

Jiang Song1Guan Guoqiang1Liu Ruixia1Jia Yu1Chen Zhangyao2Zhao Jiewen1

(School of Food and Biological Engineering,Jiangsu University,Zhenjiang1212013)
(School of Science,Jiangsu University,Zhenjiang2212013)

To resolve the low precision in handiwork determination,detection instrument for bending fracture rate of dry noodles based on compression bending axial displacement values was developed using touch screen tech2 nology,PLC control technology and linear step motor driving technology.Results:The assessment experiment shows the perfor mance of the developed detection instrument is stable and reliable,and it completely satisfies design require2 ments.This technology improves the scientific and technical content of quality detection in dry noodles industry.

dry noodles,compression bending axial displacement values,bending fracture rate,PLC,linear step motor,detection instrument

TS211.7 文獻標識碼:A 文章編號:1003-0174(2010)09-0115-04

江蘇省自然基金重點項目(BK2006707-1)

2009-08-23

姜松,男,1963年出生,教授,農(nóng)產(chǎn)(食)品流變力學(xué)特性及其質(zhì)地評價