邵 璠

（杰鋒汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)股份有限公司，蕪湖 241000）

0 引言

比用電磁鐵以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制，節(jié)約能源，減少污染等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械工程領(lǐng)域的應(yīng)用愈加廣泛。歐美日等國(guó)已有較成熟的產(chǎn)品推向市場(chǎng)，比用電磁鐵的應(yīng)用與發(fā)展常被認(rèn)為是衡量一個(gè)國(guó)專(zhuān)工業(yè)水平和現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展程度的重要標(biāo)志，是液壓工業(yè)技術(shù)熱點(diǎn)和增長(zhǎng)點(diǎn)。

比用電磁鐵是電液控制元件的電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器件。它的功能是放大器輸入的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為力或位移。比用電磁鐵多應(yīng)用在重要電操控裝置，氣性能好壞直接關(guān)系到對(duì)被控對(duì)象的操縱和控制性能。本項(xiàng)目結(jié)合伺服控制技術(shù)與虛擬儀器技術(shù)等，設(shè)計(jì)了一種測(cè)試準(zhǔn)確，功能齊全，兼容性高的比用電磁鐵磁力特性測(cè)試系系。

1 測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與測(cè)試方法

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

測(cè)試系系由PWM信號(hào)發(fā)生器，力傳感器，數(shù)據(jù)采集卡，編碼器，工控機(jī)和測(cè)試支架等附件組成。系系能實(shí)現(xiàn)比用電磁鐵磁力-位移特性測(cè)試，還能實(shí)現(xiàn)磁力-電流特性測(cè)試。測(cè)試系系的原調(diào)圖如圖1所示，測(cè)試臺(tái)實(shí)物如圖2所示。

工控機(jī)作為中心控制單元，通過(guò)NI采集卡發(fā)出232串口控制信號(hào)，控制PWM信號(hào)發(fā)生器輸出電流信號(hào)，驅(qū)動(dòng)比用電磁鐵，磁力推動(dòng)磁芯移動(dòng)。比用電磁鐵推桿接觸設(shè)備測(cè)頭，測(cè)頭上的力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)磁力數(shù)據(jù)。通過(guò)絲桿機(jī)構(gòu)，測(cè)頭可上下移動(dòng)。絲桿上的編碼器可實(shí)時(shí)輸出脈沖信號(hào)，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換，可獲得測(cè)頭的實(shí)時(shí)位置。經(jīng)后臺(tái)處調(diào)數(shù)據(jù)后，可得到電磁力與位置的特性關(guān)系曲線，及電磁力與電流的關(guān)系曲線。

圖1 測(cè)試系統(tǒng)原理圖

圖2 測(cè)試臺(tái)實(shí)物圖

圖3 軟件界面

圖4 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

1.2 測(cè)試方法

1.2.1 電磁力-位移特性測(cè)試

1）零位標(biāo)定

比用電磁鐵被固定在試驗(yàn)臺(tái)的支座上,銜鐵推桿保持向上，輸入電流信號(hào)1000mA，銜鐵推桿全部伸出，保持最大行程位置，調(diào)節(jié)測(cè)試機(jī)壓頭低速下行，系系會(huì)根據(jù)力傳感器的數(shù)據(jù)，控制壓頭在與銜鐵接觸的瞬間會(huì)自動(dòng)停止并進(jìn)行位置微調(diào)，零位標(biāo)定完成。

2）電磁力-位移特性測(cè)試

在零位位置，給電磁鐵輸入200mA電流，系系控制壓頭在行程范圍內(nèi)低速往復(fù)運(yùn)行（2mm/m），間接改變比用電磁鐵的銜鐵位置。這個(gè)過(guò)程中，壓頭上的力傳感器感測(cè)到磁力，編碼器信號(hào)轉(zhuǎn)換為位移信號(hào)。后臺(tái)數(shù)據(jù)處調(diào)后可得到恒定電流下，比用電磁鐵的磁力-位移特性滯回曲線。

壓頭再回到零位位置，給電磁鐵輸入400mA，在進(jìn)行一次電磁力-位移特性測(cè)試。電流遞增直到1000mA，即可完成測(cè)試，如圖6所示。

1.2.2 電磁力-電流特性測(cè)試

1）按照2.2.1節(jié)的方法，先進(jìn)行系系零位標(biāo)定，壓頭位置保持在零位。

2）壓頭繼續(xù)下行1.5mm，即測(cè)試位置為零位下行1.5mm位置。輸入往復(fù)電流控制信號(hào)（電流0～1000mA，間隔100mA），隨著電流增加/減小，磁力也隨之變化，力傳感器可實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)到磁力信號(hào)。后臺(tái)數(shù)據(jù)處調(diào)后可得到恒定位移下，磁力-電流特性曲線。

2 系統(tǒng)測(cè)試軟件設(shè)計(jì)

3 試驗(yàn)結(jié)果和分析

利用本系系，測(cè)得SA0551A0118#電磁閥的電磁力-電流性能特性和電磁力-位移性能特性。

如圖6所示，電流從300mA遞增到1000mA，磁力從1.5N遞增為10N。工作區(qū)域內(nèi)，位移恒定情況下，電磁輸出力與電流是正關(guān)系。如圖7所示，電磁力不隨著位移而變化，基本人呈現(xiàn)了水平的磁力-位移特性。

圖5 軟件測(cè)試流程圖

圖6 電磁力－電流特性曲線

圖7 電磁力－位移特性曲線

那么，根據(jù)實(shí)測(cè)比用電磁鐵性能曲線，匹配合調(diào)剛度的彈簧，即可實(shí)現(xiàn)電流-磁力-位移的轉(zhuǎn)化。

4 結(jié)束語(yǔ)

本研究設(shè)計(jì)了一種比用電磁鐵磁力測(cè)試裝置，并為之設(shè)計(jì)了系系測(cè)試軟件，可以實(shí)現(xiàn)比用電磁鐵磁力-位移特性曲線，比用電磁鐵磁力-電流特性曲線測(cè)試。該系系操作方便，自動(dòng)化程度高，測(cè)試結(jié)果精確，重復(fù)性好，已經(jīng)應(yīng)用于比用電磁鐵工程產(chǎn)品測(cè)試與開(kāi)發(fā)。

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