呂中亮 李五朋 安培文 蔣小曼 孟杰

(重慶科技學(xué)院機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，重慶 401331)

在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)過程是非常重要的階段，最能體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新思想［1-2］。為了加強(qiáng)機(jī)械實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新性，我校機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心引進(jìn)了ZBS—C機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)平臺(tái)。ZBS—C機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)平臺(tái)有不同種類的基本機(jī)械構(gòu)件，學(xué)生可以根據(jù)自己選擇或自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)類型、方案和內(nèi)容，親自動(dòng)手進(jìn)行機(jī)構(gòu)搭接，建成多種機(jī)構(gòu)搭接形式，從而增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，學(xué)生可以自我思考，變換搭接的形式，分析各種搭接機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，或綜合實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，增強(qiáng)自我創(chuàng)新能力。除此之外，通過ZBS—C機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)平臺(tái)，學(xué)生可以完成平面機(jī)構(gòu)組成原理、平面機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的拼裝，也可以在課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)中進(jìn)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的拼裝。實(shí)驗(yàn)拼裝涉及多個(gè)方面、多個(gè)階段，增強(qiáng)了機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的整體性。通過機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)平臺(tái)，學(xué)生可以根據(jù)機(jī)構(gòu)的組成原理，充分自己的創(chuàng)造力，選擇或設(shè)計(jì)出合適的機(jī)械類型及運(yùn)動(dòng)尺寸，得到理想的運(yùn)動(dòng)性能，從而設(shè)計(jì)出新穎實(shí)用的機(jī)械產(chǎn)品［3-4］。

本次設(shè)計(jì)在ZBS—C機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，引入測(cè)控系統(tǒng)、人機(jī)互動(dòng)界面，新建并完善相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)(試驗(yàn))臺(tái)及創(chuàng)新設(shè)計(jì)平臺(tái)，搭建綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過測(cè)控系統(tǒng)對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的可行性、構(gòu)件布局的合理性進(jìn)行驗(yàn)證和修改來完善設(shè)計(jì)。

1 搭建綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)平臺(tái)

根據(jù)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)引入測(cè)控、人和互動(dòng)界面的要求，綜合實(shí)驗(yàn)的構(gòu)建可以通過以下步驟完成:

(1)在石油裝備、冶金裝備行業(yè)調(diào)研的基礎(chǔ)上，根據(jù)若干石油裝備、冶金裝備、典型的機(jī)構(gòu)的共性，繪制其工作原理圖或機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。

(2)按照?qǐng)D1所示的原理方案，搭建實(shí)驗(yàn)(試驗(yàn))臺(tái)及機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)平臺(tái)。

圖1 機(jī)械設(shè)計(jì)平臺(tái)流程圖

(3)以上述典型機(jī)構(gòu)以及機(jī)構(gòu)學(xué)熱點(diǎn)前沿“并聯(lián)機(jī)構(gòu)”為實(shí)驗(yàn)(試驗(yàn))對(duì)象，開發(fā)“機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力參數(shù)測(cè)試與分析”的測(cè)試模塊，并用計(jì)算機(jī)圖形的方式顯示。

(4)利用圖形化顯示方法，編寫測(cè)試軟件程序，對(duì)“機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力參數(shù)”測(cè)試結(jié)果進(jìn)行圖形化顯示與運(yùn)動(dòng)分析。

2 測(cè)控程序

Labview是一種圖形化的編程語言環(huán)境。利用Labview語言進(jìn)行程序的編寫，基本上不需要編寫程序代碼，取而代之的是工程人員熟知的程序圖和框圖。它是一個(gè)面向終端的工具，通過該工具可以改寫軟件以實(shí)現(xiàn)多種儀器儀表的功能，主要用于測(cè)試測(cè)量技術(shù)。如圖2所示，根據(jù)測(cè)量機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的要求修改調(diào)整原程序，首先是在第3個(gè)順序結(jié)構(gòu)中添加位移圖表、速度圖表和加速度圖表將它們連接起來，用來在前面版中顯示位移、速度和加速度，將3個(gè)圖表的橫坐標(biāo)設(shè)置為10 s。將采集的原始位移信號(hào)通過運(yùn)算使位移圖表顯示的區(qū)間與傳感器測(cè)量的范圍相等，再對(duì)信號(hào)進(jìn)行求導(dǎo)處理后得到速度信號(hào)，利用速度圖表將速度信號(hào)顯示出來，對(duì)速度再次進(jìn)行求導(dǎo)得到加速度，最后將加速度信號(hào)通過加速度圖表顯示出來。在位移、速度和加速度信號(hào)處分別設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序，分別存儲(chǔ)位移、速度和加速度數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的測(cè)量與記錄。圖2為基于Labview的程序框圖。

圖2 Labview程序框圖

3 硬件部分

圖3 ZBS-C機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)

硬件主要由傳感器和采集卡兩部分組成。傳感器采用電位器式位移傳感器，傳感器的可動(dòng)電刷與被測(cè)機(jī)構(gòu)相連，輸出部分位移引起電位器移動(dòng)端電阻變化，把電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓輸出。采集卡采集到變化的電壓信號(hào)，經(jīng)過傳感器的信號(hào)采集、分析處理后，將信號(hào)傳輸入到計(jì)算機(jī)中，通過Labview8.5軟件編好的程序?qū)⑿盘?hào)提取出來，以運(yùn)動(dòng)參數(shù)圖表的形式在前面板上顯示。如圖3、圖4所示，搭接實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過計(jì)算機(jī)可以讀出相應(yīng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

圖4 計(jì)算機(jī)界面運(yùn)動(dòng)參數(shù)圖

4 結(jié)語

本次設(shè)計(jì)主要基于Labview軟件開發(fā)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)，搭建基于Labview的ZBS-C機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。通過該系統(tǒng)可以讓學(xué)生在搭接的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試、調(diào)控，對(duì)所搭接的機(jī)構(gòu)進(jìn)行評(píng)定;同時(shí)學(xué)生可以對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的可行性、構(gòu)件布局的合理性等設(shè)計(jì)構(gòu)思進(jìn)行直觀驗(yàn)證，通過修改、調(diào)整來完善設(shè)計(jì)，確定最終設(shè)計(jì)方案，最終完成一套“搭接—測(cè)控—驗(yàn)證—調(diào)節(jié)”功能完整的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)流程。

［1］馬臣，孟延紅，曹智賢，等.機(jī)械實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)體系構(gòu)建的探索［J］.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2010，13(1):45-46.

［2］張宇鋼.機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的探索與實(shí)踐［J］.合肥學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，21(3):82-85.

［3］李仁興，施江瀾.機(jī)械實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新及其改革實(shí)踐［J］.職業(yè)技術(shù)教育(教科版)，2004，25(25):55-56.

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