王　毓　　崔　娜　秦洪運(yùn)　宋　偉（中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限責(zé)任公司　技術(shù)中心機(jī)電設(shè)備設(shè)計(jì)研究所，遼寧　　沈陽(yáng)　110043）

電纜彎曲試驗(yàn)測(cè)試設(shè)備設(shè)計(jì)

王毓崔娜秦洪運(yùn)宋偉
（中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心機(jī)電設(shè)備設(shè)計(jì)研究所，遼寧沈陽(yáng)110043）

摘要：電纜彎曲試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)是一套試驗(yàn)控制、數(shù)據(jù)采集、記錄和分析處理的試驗(yàn)系統(tǒng)，用于對(duì)多種電纜與電連接器的電氣與機(jī)械性能進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證其瞬時(shí)通斷性能。設(shè)備操作基于半自動(dòng)化的理念，操作人員負(fù)責(zé)DUTs的安裝與卸載，測(cè)試過(guò)程為自動(dòng)控制過(guò)程。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；電纜彎曲試驗(yàn)

本設(shè)備是為了滿足電纜封口處彎曲試驗(yàn)要求，能夠?qū)Χ喾N圓外套電纜、帶狀電纜進(jìn)行疲勞試驗(yàn)后的連續(xù)性測(cè)試。設(shè)備采用了基于NI公司LabVIEW的虛擬儀器技術(shù)。它具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力、較快的控制速度與板卡數(shù)據(jù)采集與處理等功能，友好的操作界面，在控制要求發(fā)生變化時(shí)，修改相應(yīng)的軟件程序即可以滿足需求。該系統(tǒng)控制精確，操作簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度高，適合現(xiàn)代化車間操作。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能是一套試驗(yàn)控制、數(shù)據(jù)采集、記錄和分析處理的試驗(yàn)系統(tǒng)，用于對(duì)多種電纜與電連接器的電氣與機(jī)械性能進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證其瞬時(shí)通斷性能。系統(tǒng)選擇專業(yè)夾具設(shè)計(jì)和材料，保證系統(tǒng)安全性、可靠性要求。設(shè)備操作基于半自動(dòng)化的理念，操作人員負(fù)責(zé)DUTs的安裝與卸載，測(cè)試過(guò)程為自動(dòng)控制過(guò)程，即成在線數(shù)據(jù)處理功能。待測(cè)電纜分為圓形電纜和帶狀電纜，且兩種電纜的測(cè)試方式不同，導(dǎo)致所需夾具等機(jī)械結(jié)構(gòu)不同，同時(shí)，電纜接器圓形與帶狀電纜彎曲試驗(yàn)都需進(jìn)行循環(huán)試驗(yàn)控制、瞬斷檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集等，系統(tǒng)采用母臺(tái)+子模塊的方式，母臺(tái)與子模塊之間通過(guò)連接器連接，進(jìn)行不同試驗(yàn)測(cè)試時(shí)只需更換不同子模塊。系統(tǒng)共有兩個(gè)子模塊，即圓外套電纜測(cè)試子模塊和帶狀電纜測(cè)試子模塊。

2　母臺(tái)及子模塊設(shè)計(jì)

2.1母臺(tái)控制單元設(shè)計(jì)。機(jī)柜采用鋁合金型材支架結(jié)構(gòu)，由工控機(jī)控制單元、儀表控制單元、子模塊工作臺(tái)、安全防護(hù)單元及人機(jī)交互單元等組成。工控機(jī)控制單元的核心是一臺(tái)研華高性能工控機(jī)，用于處理采集和處理測(cè)試數(shù)據(jù)，并檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與執(zhí)行流程；儀表控制單元主要包括用于檢測(cè)電連接器等的瞬斷現(xiàn)象；子模塊工作臺(tái)面向不同的測(cè)試對(duì)象而設(shè)計(jì)，包括對(duì)被測(cè)定件的定位與夾緊及機(jī)械傳動(dòng)裝置等，保證測(cè)試系統(tǒng)獲得良好的檢測(cè)；安全防護(hù)單元主要保護(hù)操作人員的人身安全。人機(jī)交互單元包括觸摸屏、啟動(dòng)控制按鈕、狀態(tài)指示燈以及鼠標(biāo)鍵盤(pán)等，實(shí)現(xiàn)操作人員與測(cè)試系統(tǒng)的信息交互。

2.2圓形電纜測(cè)試子模塊。由于電纜直徑不同，固定電纜的夾具、滾輪的大小和位置等都具有調(diào)整的功能，提高系統(tǒng)的兼容性與通用性。步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬電纜封閉口彎曲試驗(yàn)過(guò)程，完成電纜彎曲循環(huán)。對(duì)于直徑不同的電纜，通過(guò)更換滾輪、在長(zhǎng)條孔中調(diào)節(jié)移動(dòng)滾輪位置等靈活的滿足試驗(yàn)要求，達(dá)到可以兼容16mm以下粗細(xì)的圓外套電纜。固定電纜的夾具設(shè)計(jì)為壓裝方式，不同直徑的電纜線采用不同的夾具，保證電纜徑向力的均勻性。

2.3帶狀電纜測(cè)試子模塊。帶狀電纜測(cè)試子模塊主要由步進(jìn)電機(jī)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、拉力傳感器、直線導(dǎo)軌以及帶狀電纜夾具等構(gòu)成。用步進(jìn)電機(jī)加轉(zhuǎn)盤(pán)來(lái)控制電纜的彎折，帶狀電纜夾緊裝置可以沿著左右方向進(jìn)行調(diào)整，把電纜的彎曲點(diǎn)調(diào)整到轉(zhuǎn)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)中心。步進(jìn)電機(jī)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)，直線導(dǎo)軌和力傳感器共同完成對(duì)帶狀電纜張力的調(diào)節(jié)，齒輪齒條機(jī)構(gòu)將步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，拖動(dòng)電纜張力夾運(yùn)動(dòng)，直至傳感器的反饋符合要求的張力。

2.4安全防護(hù)設(shè)計(jì)。為了保護(hù)操作工人的安全，系統(tǒng)在工作區(qū)域設(shè)計(jì)了安全防護(hù)罩。在試驗(yàn)過(guò)程中，需將安全防護(hù)罩合上。同時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了急停按鈕，可以按下急停按鈕停止設(shè)備工作保護(hù)人身安全。

3　電氣設(shè)計(jì)

為了滿足設(shè)備應(yīng)用功能，方便現(xiàn)場(chǎng)操作，設(shè)備借助先進(jìn)的虛擬儀器和軟件測(cè)量技術(shù)，基于PCI總線實(shí)現(xiàn)設(shè)備的測(cè)量和控制功能，工控機(jī)用來(lái)實(shí)現(xiàn)完成測(cè)量、過(guò)程控制和顯示測(cè)量結(jié)果，同時(shí)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)使用日本NACNM-11B瞬斷檢測(cè)儀檢測(cè)電纜性能；泛華測(cè)控PSPCI-3361多功能數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行設(shè)備控制和數(shù)據(jù)采集；日本東方馬達(dá)5相微步電機(jī)以及美國(guó)Interface公司的小型力傳感器等設(shè)備。

3.1瞬斷檢測(cè)儀檢。為了檢測(cè)電連接器在彎曲動(dòng)載荷環(huán)境試驗(yàn)時(shí)的電氣性能，采用日本NM-11B瞬斷檢測(cè)儀檢測(cè)導(dǎo)體到接觸件連接器處的電連續(xù)性，驗(yàn)證瞬斷時(shí)間是否符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。瞬斷檢測(cè)儀可按被檢測(cè)互連器件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定監(jiān)測(cè)的瞬斷時(shí)間。瞬斷儀可根據(jù)被測(cè)產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定振動(dòng)、沖擊、碰撞試驗(yàn)時(shí)所監(jiān)測(cè)的瞬斷時(shí)間（瞬斷時(shí)間判定值），瞬斷儀是10個(gè)平行回路，有10個(gè)獨(dú)立的顯示超過(guò)設(shè)定值的實(shí)際瞬斷時(shí)間的窗口，能及時(shí)判定瞬斷故障位置。

3.2多功能數(shù)據(jù)采集卡。PSPCI-3361是一款基于PCI總線的多功能數(shù)據(jù)采集卡。板卡提供16路模擬輸入，內(nèi)置16位ADC，單通道最高可達(dá)250kSPS采樣速率；2路同步模擬輸出，16位分辨率，輸出更新速率單通道最高2MSPS；8路數(shù)字輸入輸出端口及16路多功能數(shù)字輸入輸出端口；2路計(jì)數(shù)器。該產(chǎn)品適用于自動(dòng)化測(cè)試測(cè)量應(yīng)用及低成本測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建。本設(shè)計(jì)方案用于控制步進(jìn)電機(jī)的控制和力傳感器的數(shù)據(jù)采集。

3.3步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。本系統(tǒng)采用東發(fā)馬達(dá)公司脈沖輸入型的DC24V輸入型步進(jìn)電機(jī)，該步進(jìn)電機(jī)為五相微步驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，布距角小，具有低振動(dòng)、低噪音等特點(diǎn)。

4軟件設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)軟件具有實(shí)驗(yàn)控制、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示及記錄、權(quán)限管理、系統(tǒng)自檢、硬件配置、文件存儲(chǔ)、文件存儲(chǔ)配置、數(shù)據(jù)采集和記錄等功能，主界面分為用戶管理、參數(shù)配置、數(shù)據(jù)管理和自動(dòng)檢測(cè)四大功能模塊，用戶管理用來(lái)進(jìn)行用戶的權(quán)限的分配及用戶登錄等功能，大大提高了系統(tǒng)的安全性及可控性；參數(shù)配置用于配置系統(tǒng)的測(cè)試參數(shù)；數(shù)據(jù)管理用于在設(shè)備測(cè)試結(jié)束之后對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽，查閱歷史數(shù)據(jù)；自動(dòng)檢測(cè)用于自動(dòng)檢測(cè)電纜彎曲的瞬斷性。

結(jié)語(yǔ)

電纜彎曲試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)能夠滿足電纜封口處彎曲試驗(yàn)要求，能夠?qū)Χ喾N圓外套電纜、帶狀電纜進(jìn)行疲勞試驗(yàn)后的連續(xù)性測(cè)試。本系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，安全可靠，操作方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，能夠滿足不同場(chǎng)合的需要。

參考文獻(xiàn)

[1]馮提文，王林.電纜線彎曲壽命試驗(yàn)機(jī)及其應(yīng)用[J].電工電氣，2002（02）：39-40.

中圖分類號(hào)：TM246

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A