红外线加热式热疲劳试验台的研究与开发

论文摘要

热疲劳现象是指温度变化或收缩受到约束,其结果是在材料内部因变形受阻而产生热应力,当温度反复变化时这种热应力也反复变化,因而使材料受到损伤。这种现象广泛存在不同行业和不同材料中。而传统的热疲劳试验台大多采用感应加热方式,对材料有较强的选择性,不宜用于非铁磁性材料试验。本课题就是为了解决热疲劳试验台的材料选择性,开发一种新型的红外线加热式热疲劳试验台。课题来源于中国兵器工业集团第七零研究所,本文研究的是该试验台的机械结构、控制系统和监控系统。通过对国内现有热疲劳试验台的研究,结合国外先进的热疲劳试验台,针对本课题的实际情况,对试验台的机械结构、控制系统和监控系统进行全新设计。首先,设计了试验台的机械结构,包括试样、夹持装置、加热系统、冷却系统、测温装置和机械传动装置。其次,对自动控制的基础知识以及本课题涉及到的先进控制技术进行了介绍。主要包含了自动控制系统的分类、自动控制设备可编程序控制器和工业控制计算机的概述及两者的比较、可编程序控制器控制步进电机的方法。然后,根据新设计的试验台的具体情况,设计了一套全新的热疲劳试验步骤,并按照这套试验步骤利用编程工具进行控制软件的编程。接着,用VB6.0结合特定的通信协议编制了试验台的监控系统。最后,介绍了试验台控制系统的硬件连接和试验数据。本试验台选用松下可编程序控制器作为控制核心,采用松下FPWIN—GRV2.7专业编程工具编制控制软件。监控系统的硬件为工控机,采用松下电工专用的MEWTOCOL通信协议编制软件。它们和试验台的机械部分组合成一个有机的整体,实现热疲劳试验的自动控制和实时监控。由于为本试验台设计的热疲劳试验步骤将热疲劳试验分为两个阶段,所以控制软件和监控系统也分别分为两套。作为普通热疲劳试验台的进一步发展,综合吸收了国内外先进技术,并结合国内的生产现状,本试验台以实现材料通用性、提高热疲劳试验的智能化水平为目的而开发的,是一套新的、完整的、智能化的热疲劳试验台。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题依据与背景
• 1.2 课题研究的目的及意义
• 1.2.1 课题研究的意义
• 1.2.2 课题研究的目的
• 1.3 国内外研究情况
• 1.4 课题主要研究内容
• 1.4.1 概述
• 1.4.2 研究内容及拟解决的关键技术
• 第2章 热疲劳试验台机械部分的设计
• 2.1 总体设计方案的确定
• 2.2 试验机各个机械部分的确定和设计
• 2.2.1 试样及夹持装置
• 2.2.2 加热系统的选择
• 2.2.3 冷却系统的选择
• 2.2.4 测温装置的选择
• 2.2.5 机械传动系统的设计与选择
• 2.2.6 裂纹检测装置
• 第3章 热疲劳试验台的控制基础
• 3.1 自动控制系统的分类
• 3.1.1 按给定值的特点划分
• 3.1.2 按系统输出的信号对操纵变量影响划分
• 3.1.3 按系统的复杂程度划分
• 3.2 自动控制设备的类型
• 3.2.1 PLC的概述
• 3.2.2 工控机的概述
• 3.2.3 PLC与工控机的区别
• 3.3 PLC对步进电机的控制
• 第4章 热疲劳试验台的试验方案及控制部分的软件实现
• 4.1 热疲劳试验总体方案的设计
• 4.2 控制部分总体方案的设计
• 4.3 控制装置的确定及编程原则
• 4.3.1 上位机的确定
• 4.3.2 下位机的确定
• 4.3.3 PLC程序编写原则
• 4.4 控制系统软件的设计与编制
• 4.4.1 编程工具FPWIN-GR V2.7简介
• 4.4.2 控制软件中的继电器、存储器和常数表
• 4.4.3 控制软件的I/O分配
• 4.4.4 试验第一阶段PLC控制软件的编制
• 4.4.5 试验第二阶段PLC控制软件的编制
• 4.4.6 PLC控制软件编制小结
• 第5章 热疲劳试验台监控系统的设计
• 5.1 Visual Basic串口通信简介
• 5.2 通信协议说明
• 5.3 监控系统的设计与开发
• 5.3.1 系统功能的分析
• 5.3.2 系统第一部分的设计与实现
• 5.3.3 系统第二部分的设计与实现
• 第6章 热疲劳试验台控制系统硬件的实现
• 6.1 控制系统的组成及总体控制思路
• 6.2 控制系统硬件连接思路
• 6.3 控制箱面板的设计
• 第7章 热疲劳试验台的调试与试验
• 7.1 热疲劳试验台的现场调试
• 7.2 热疲劳试验
• 第8章 结论
• 参考文献
• 致谢