【正文】 輪胎業(yè)的發(fā)展起步比較晚，雖然生產(chǎn)廠家已發(fā)展到了 400 多家，輪胎生產(chǎn)量已排名世界第一位，但因我國 輪胎 的總體檔次比較低，路況比較差，因此，對于輪胎的發(fā)展沒有起到促進(jìn)作用，因此很多輪胎廠家的 生產(chǎn)技術(shù)還停留在六七十年代的水平。與各工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比 ,我國在航空機(jī)輪的試驗和檢驗方面基本上是空白 ,差距很大。七十年代后期，國內(nèi)某航空公司從英國鄧祿普公司引進(jìn)了一套航空機(jī)輪試驗設(shè)備，總投資 500 萬英鎊，是我國 當(dāng)時 唯一一臺通過國際認(rèn)證，中國民航總局批準(zhǔn)的航空試驗設(shè)備，每年承接大量的機(jī)輪試驗和檢驗任務(wù)。近幾年，隨著航空技術(shù)的發(fā)展和我國高速路的發(fā)展，促進(jìn)了我國輪胎業(yè)的發(fā)展，目前已有幾個廠家引進(jìn)了國外的先進(jìn)設(shè)備，且相應(yīng)的各類型輪胎試驗機(jī)也相繼面向市場，但普遍存在測試性能不高，自動化水平落后的現(xiàn)象。各研發(fā)單位生產(chǎn)的輪 胎試驗機(jī)也大都面向汽車輪胎測試的方向，對航空機(jī)輪的各性能測試主要依靠國外進(jìn)口設(shè)備，嚴(yán)重影響了國內(nèi)對航空機(jī)輪的研發(fā)進(jìn)度和生產(chǎn)制造水平。 近年來，我國在輪胎試驗機(jī)的設(shè)計和研究方面也有了一定的進(jìn)展，出現(xiàn)了多家自行研制和開發(fā)輪胎試驗機(jī)的單位和企業(yè)，開發(fā)出多種類型的輪胎試驗機(jī)。 如 2020 年廣州市橡膠工業(yè)制品研究所研制的雙二位輪胎耐久高速試驗機(jī)， 2020年天津賽象科技股份有限公司研制的輪胎高速 /耐久試驗機(jī)， 2020 年國家輪胎質(zhì)檢中心及廣東汕頭橡塑機(jī)械所聯(lián)合研制的輪胎強(qiáng)度脫圈靜負(fù)荷試驗機(jī)等。 2020 年國家標(biāo)準(zhǔn)管理委員 會發(fā)表了輪胎動平衡試驗的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) [6]。 2020 年臺灣華中橡膠測試公司自研發(fā)了輪胎綜合試驗機(jī)，測試功能包括輪胎破壞能試驗、胎唇抗脫座試驗、縱向剛性系數(shù)試驗、橫向剛性系數(shù)試驗、印痕試驗、與胎面接地壓力分布分析等，現(xiàn)已開發(fā)了第三代產(chǎn)品。 2020 年北京航空制造工程研究所自主開發(fā)了全自動充氣式輪胎動平衡試驗機(jī)，并采用了西門子 Simatic WinAC、數(shù)據(jù)庫等先進(jìn)技術(shù)。 2020 年山東玲瓏橡膠有限公司自主研發(fā)了 UP2092 型輪胎綜合試驗機(jī)，可以測試輪胎的縱向、橫向、扭轉(zhuǎn)、斜角和包覆剛性 、 壓穿強(qiáng)度 、 脫圈阻力和踏 面印痕等 ,通過采用輪胎綜合試驗機(jī)進(jìn)行剛性和踏面印痕試驗 ,可以定量分析輪胎的操控性能飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向 自動化試驗裝置 第一章 緒論 3 和舒適性 能 ,減少輪胎室外性能試驗次數(shù)和改進(jìn)輪胎使用性能 [7]。 如今國內(nèi)以引進(jìn)技術(shù)等形式建立了大型輪胎試驗場，可對各種不同類型的輪胎從性能方面進(jìn)行綜合測試，現(xiàn)國內(nèi)技術(shù)比較領(lǐng)先的是天津久榮公司所建立的綜合試驗場，可完成包括強(qiáng)度測試、耐久測試等 16 項不同性能方面的測試 [8]，同時也承擔(dān)了制定國家輪胎測試標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)。 同時，國內(nèi)電液控制技術(shù)方面 [9]也已經(jīng)開始由模擬儀表向數(shù)字化發(fā)展，液壓技術(shù)同電子技術(shù)、控制技術(shù)的結(jié)合日益緊密，從而使 電液元件和系統(tǒng)的性能有了質(zhì)的飛躍，加強(qiáng)了市場競爭力，為液壓工業(yè)的發(fā)展開辟了廣闊的天地。相應(yīng)地，這也給產(chǎn)品的開發(fā)和使用帶來了新的挑戰(zhàn)。 現(xiàn)代控制理論在電液控制系統(tǒng)方便也得到了較好的應(yīng)用。電液控制系統(tǒng)屬于本質(zhì)非線性和不確定性系統(tǒng)，如電液伺服閥的壓力 —流量特性、液壓動力機(jī)構(gòu) (如非對稱缸 )的摩擦特性和死區(qū)特性、負(fù)載特性等都是非線性；而不確定性因素則包括外來干擾力、溫度變化、油源壓力和流量脈動等。為了提高電液控制系統(tǒng)的精確性和適用性，幾十年來，隨著現(xiàn)代控制理論的不斷發(fā)展，報道電液控制系統(tǒng)采用現(xiàn)代控制理論的文獻(xiàn)層出不窮 ，而且均取得了良好的效果。 輪胎試驗機(jī)液壓伺服控制系統(tǒng)是輪胎試驗機(jī)的關(guān)鍵部分。目前大多使用模擬控制，即由運算放大器和功率電子元件為主組成控制放大電路。由于模擬器件的分散性和組成電路的特點，其控制功能簡單，難以適應(yīng)各種需要場合，并且存在明顯的溫度漂移和零點漂移。參數(shù)設(shè)定需用電位器調(diào)節(jié)，且調(diào)節(jié)結(jié)果不易被復(fù)制或記錄。出廠時設(shè)定好的參數(shù)一旦改變就不易恢復(fù)。此外，電位器的頻繁調(diào)節(jié)對電位器產(chǎn)生磨損，出現(xiàn)故障非專業(yè)人員難以排查。計算機(jī)控制系統(tǒng)則可避免上述弊端，參數(shù)設(shè)定可通過 PC或總線完成，避免了活動元器件的機(jī)械磨損。所有 調(diào)節(jié)不僅能自動記錄或打印出來，還可以實現(xiàn)密碼保護(hù)，防止他人擅自修改造成故障。也可應(yīng)用于多點多通道協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)中，通過人機(jī)對話方式完成系統(tǒng)設(shè)置和測試工作。同模擬控制器相比，它集成系統(tǒng)控制功能于一體，使得閥控系統(tǒng)具有更高的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和靈活性和使用維護(hù)的方便性，使得它具有較廣闊的應(yīng)用前景。 主要研究的問題及論文結(jié)構(gòu)概述 該測試臺的電氣控制部分的任務(wù)是： 、圖形曲線顯示打印 主要研究的問題有： 動作的自動控制 飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向 自動化試驗裝置 第一章 緒論 4 手動控制更加方便 論文章節(jié)安排 本論文的設(shè)計就是就以上提出的任務(wù)問題進(jìn)行系統(tǒng)的論述，論文章節(jié)的具體安排如下： 第一章 是緒論部分。主要是介紹試驗臺的研究背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及研究內(nèi)容 。 第二章 是 飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向自動化試驗裝置 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理 ， 確定了系統(tǒng) 總體 的控制方案 ，并進(jìn)行 硬件系統(tǒng)的選型。 第三章 是 飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向自動化試驗裝置 的 硬件電路設(shè)計， 介紹了硬件電路如何實現(xiàn)手動控制和自動控制， 介 紹了 PLC 的輸入輸出模塊電路 ，同時在考慮基于提高系統(tǒng)安全性、可靠性 的方面 完成了硬件系統(tǒng)的電磁性 兼容性的 設(shè)計。 第四章 是軟件系統(tǒng)的設(shè)計，根據(jù)要求，設(shè)計了監(jiān)控系統(tǒng)，使監(jiān)控系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)記錄、監(jiān)控功能。 并介紹了人機(jī)界面的各模塊功能。闡述了典型的 PLC 程序設(shè)計過程。 第五章是 是現(xiàn)場調(diào)試，介紹了實驗室進(jìn)行現(xiàn)場系統(tǒng)調(diào)試時的，不斷完善系統(tǒng)設(shè)計，提高系統(tǒng)性能。 飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向壓力自動檢測系統(tǒng) 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計 5 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計 本章主要 說明 飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向壓力自動檢測系統(tǒng) 的原理結(jié)構(gòu)，控制要求 和 技術(shù)要求，系統(tǒng)方案的選擇和論證。 系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)說明 飛機(jī)機(jī)輪徑側(cè)向自動化 實驗裝置的原理是 [10]：將輪胎安裝在夾具上并且固定，在輪胎的徑向（垂直方向）和側(cè)向（水平方向）兩個方向分別施加一定的載荷并保持一定時間，觀察飛機(jī)輪胎輪軸和輪緣的變形量（即位移量），通過所得的實驗數(shù)據(jù)，用于分析機(jī)輪的徑側(cè)向靜態(tài)力學(xué)性能，并根據(jù)這些實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行評估和改進(jìn)機(jī)輪的徑側(cè)向靜態(tài)力學(xué)性能。 徑向載荷：飛機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，軸承主要承受靜止載荷。飛機(jī)重力產(chǎn)生的停機(jī)載荷通過軸承的滾棒傳遞給輪轂；在地面滑行時，主要也承受垂直徑向載荷，由于地面的不絕對平整，飛機(jī)的上下震動的幅度將使垂直徑向載荷大于飛機(jī)的重力。 側(cè)向載荷：如果飛機(jī)帶側(cè)滑接地 (如側(cè)風(fēng)較大的時候 )，機(jī)輪將受到側(cè)向載荷。另外，飛機(jī)地面轉(zhuǎn)彎過程中方向舵與副翼配合不好等產(chǎn)生的側(cè)滑。 實驗原理如圖 所示： 整個試驗臺液壓傳動系統(tǒng)由徑向、側(cè)向兩個系統(tǒng)構(gòu)成。徑 (側(cè) )向工作臺置于滾軸上，摩擦力忽略不計，徑 (側(cè) )向電機(jī)啟動后帶動徑 (側(cè) )向油泵工作，其油缸的伸縮圖 21 徑側(cè)向自動化試驗臺結(jié)構(gòu)圖 1徑向油泵； 2徑向電機(jī)； 3側(cè)向油泵； 4側(cè)向電機(jī)； 5徑向比例溢流閥； 6側(cè)向比例溢流閥； 7徑向油缸； 8叉子； 9被測輪； 10工作臺； 11側(cè)向油缸； 飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向壓力自動檢測系統(tǒng) 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計 6 由換向閥控制。加壓指令下達(dá)后，由計算機(jī)控制系統(tǒng)把施加在被測輪上的載荷值按標(biāo)度轉(zhuǎn)化后分別送給徑 (側(cè) )向比例溢流閥，從而控制比例溢流閥的開度，同時比例溢流閥的開度還能控制徑側(cè)向加壓機(jī)構(gòu)伸出與回程 的速率。反饋壓力值通過壓力傳感器反饋給計算機(jī)控制系統(tǒng)，從而計算實時控制的誤差，并顯示在計算機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面上 [11]，同時也顯示在與其連接的各壓力顯示儀表上。根據(jù)壓力反饋值與壓力設(shè)定值的大小實時控制比例溢 流閥的開度大小。 同時試驗臺還需完成不同型號機(jī)輪的破壞性試驗，根據(jù)不同型號機(jī)輪所對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的極限破壞條件，試驗臺在加壓控制上通過對徑向單獨的加載，實際所加載壓力必須超過極限破壞試驗的設(shè)定值，同時為了保護(hù)機(jī)輪不因過大的超調(diào)而超過一定的余量使機(jī)輪損壞，比例溢流閥根據(jù)控制指令立即釋放壓力，徑向電機(jī)帶動加壓機(jī)構(gòu)迅 速回程，以結(jié)束破壞性試驗。同時在試驗結(jié)果中給出末段最大加載壓力值，以判斷破壞性的成功與否。 位移測量在加壓過程中每級加壓保持的時候把數(shù)據(jù)傳給上位機(jī) [12]，試驗結(jié)束時給出整體十段的輪緣的變形量，位移傳感器負(fù)責(zé)位移量的測量，并在上位機(jī)中對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后得出最 終的結(jié)果。 根據(jù)試驗臺原理和系統(tǒng)要求，可將測試臺分為兩個大部分： 為實驗提供測試所需的徑向、側(cè)向載荷。 控制該液壓系統(tǒng)的按照動作程序動作；根據(jù)控制要求控制液壓系統(tǒng)載荷輸出大小。 系統(tǒng)控制要求 由于不同于普通輪胎的靜態(tài)力學(xué)性能壓力測試，其壓力試驗臺的控制要求也比一般壓力試驗臺有更嚴(yán)格控制要求及更復(fù)雜的控制過程，其具體表現(xiàn)在如下幾個方面： 1000kN、 500kN，每級按設(shè)定值 10％增量施加； 、側(cè)兩個方向分時加載，每級加載時 間為 10 秒，且增加一級需停 5 秒（可任意調(diào)節(jié)）以便測量輪胎變形程度； ，計算機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面中顯示加載過程，并根據(jù)加壓情況給出報警和預(yù)報信息； ，實現(xiàn)自動卸載功能，同時給出整體加壓曲線，給出試驗結(jié)果；加載給定曲線如圖 22 所示： 飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向壓力自動檢測系統(tǒng) 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計 7 圖 22 航空機(jī)輪徑側(cè)向載荷給定曲線圖 ，試驗過程數(shù)據(jù) 全部存儲，用于生成試驗報表和報警記錄； ，判斷加壓過程值是否超出破壞性試驗設(shè)定值，如不滿足達(dá)到設(shè)定值，則試驗判斷為失?。? ，按側(cè)向每級加載滿足時間落后于徑向 5 秒開始，最終試驗完成階段，徑側(cè)向同時回程； 徑側(cè)向 自動化 臺 的 總體設(shè)計 方案 工業(yè)控制系統(tǒng)是以計算機(jī)為核心來控制生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)。當(dāng)今的工業(yè)控制系統(tǒng)按照使用設(shè)備的不同可以分為以下幾大類。 這種控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于單件機(jī)構(gòu)的控制中，如家用電器、電機(jī)伺服、變頻調(diào)速等機(jī)電產(chǎn)品中 ， 在工業(yè) 控制領(lǐng)域一般適用于小規(guī)模的工業(yè)控制系統(tǒng)，或者擔(dān)當(dāng)大系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng)。 IPC(Industrial Personal Computer，以下簡稱工控機(jī) ) PC 總線工業(yè)控制機(jī)主要用于工業(yè)過程測量、控制和數(shù)據(jù)采集等工作。與通用的計算機(jī)相比主要有以下特點有 : 1) 兼容性好、升級容易； 2) 性能價格比高； 3) 豐富的軟件支持； 4) 通信功能強(qiáng)； t/s K：可調(diào)斜率 徑向壓力 側(cè)向壓力 10s 5s 等待時間 5s 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 0 P/T 10 20 30 40 徑向回程 側(cè)向回程 飛機(jī)機(jī)輪徑 側(cè)向壓力自動檢測系統(tǒng) 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計 8 5) 可靠性高，具有空氣過濾系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、減震裝置、防電磁干擾和抑制電涌裝置，使工控機(jī)的可靠性比一般計算機(jī)的可靠性提高 3~4 倍。目前使用較多的有研 華 (ADVANTECH)、康泰克 (CONTEC)、康拓等公司的產(chǎn)品。 分布式控制系統(tǒng) (Distributed Control System，簡稱 DCS)又稱集散系統(tǒng)，在國內(nèi)又稱之為集散控制系統(tǒng)。 DCS 是隨著計算機(jī)的出現(xiàn)及其在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中的應(yīng)用和發(fā)展而形成的，集計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)和圖形顯示技術(shù) (4C)于一體的計算機(jī)控制系統(tǒng) [13]。 DCS 的主要特點可以歸結(jié)為 :分散控制，集中管理。一般情況下，一個 DCS 中只需配備一臺工程師站，而現(xiàn)場 I/O 控制站和操作員站的數(shù)量則需要根據(jù)實際 要求配置。所有站點通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)