机械式拉力试验机的电气控制系统改进

吴雷

在传统电气控制系统中，一般采用分立元件控制直流机。但是在实际应用当中，由于长时间的运用导致系统零件老化，出现系统故障。另外由于生产年限的问题，一些元件在原厂中已经停止生产或者只有固定厂家拥有，难以采购。因此为了机械的正常运行，对于电气控制系统的改造刻不容缓。目前的改造方式主要是将传统直流机换位交流电机，采用拉力试验机的升降速度调节功能。根据实际使用结果分析，新型电气控制系统的测量精确度高、运行稳定、维修方便，可有效提高工作效率。

【关键词】机械式 拉力试验机 电气控制系统 改进分析

机械式拉力试验机属于一种拉伸性能测试设备。其主要测试对象为非金属及金属材料。在产品的质量检测当中发挥着重要作用。在建筑行业、汽车行业、冶金行业均有着广泛的应用。本文结合传统拉力试验机应用案例，分析电气控制系统的改进方法。

1 机械式拉力试验机的构造原理

机械式拉力试验机的构造主要有操作台、上夹具、下夹具、减速机、电控系统、直流电机、机架、丝杆、工作台等部分组成，其工作原理为将所测试钢丝放入上夹具与下夹具之间夹紧，启动后电机旋转并带动涡轮减速机进行运动。采用滑动工作台限制运动范围，使得滑动工作台随着丝杆的带动进行运动。当滑动工作台做向下运动时，钢丝由于牵引力触动拉力传感器的电子信号，然后通过测力系统采集数据，从而得出钢丝的抗拉强度。具体构造如图1所示。

2 传统拉力试验机存在的问题

本文以LJ-A系列机械钢丝拉力试验机为例，其电控系统采用分立元件直流电机，测力系统为机械式指针表，针对其应用中存在的问题进行分析：

（1）原拉力试验机主机传动系统运行时噪音较大，并且传动工作结果的误差较为显著。

（2）电机堵转中的可控硅易烧毁，从而导致电路出现短路、断路等现象，通知工作。

（3）电路损坏后修复所需成本较高，并且修复完成后，其控制精度随着修复次数的增加越来越低。

由于LJ-A系列机械钢丝拉力试验机随着设备的老化，维修次数不断增加，机械故障越来越严重，已经无法满足测试要求，而重新采购及其费用较为昂贵，因此对原机器进行改造利用。

3 机械式拉力试验机电气控制系统的改造

3.1 技术参数改造

将直流电机改造为交流电机，原电机调速范围在25r/min-1500r/min，而改造后交流电机的频率为0.82Hz-50Hz。由于交流电机在运行时如果输出转矩低于5Hz，则会使得电机功率增加，因此采用4极2.2Kw交流电机提高输出转矩。采用变频器进行驱动，使得拉力试验机可进行慢速上升、快速上升、慢速下降、快速下降4个动作。测力系统换为拉力传感器，显示系统采用数字测力仪。变频器的参数设定主要由控制方式（无速度传感器矢量控制）、命令源选择（端子命令通道）、主频率源选择（ALL）、下限频率、加速时间、减速时间、额定功率、额定电压、额定电流、额定频率、额定转速、端子功能选择（正转、反转运行，正转、反转点动，故障复位）、端子命令方式（两线式）、AO1输出选择（运行频率）、停机方式（自由停车）、点动运行频率、点动加速时间、点动减速时间、反转控制（允许）。

3.2 测力系统改造

将原表盘测力系统转换为电子测力系统，在机械式拉力试验机的上夹具与机架中间安装拉力传感器，用以测量拉力，显示系统采用数字测力仪。

3.3 测速系统改造

在原机械式拉力试验机的机体与移动工作台中间防止位移传感器（拉绳式），将机械式拉力试验机的机械运动采用电信号的形式呈现出计量数据。并且將位移传感器（拉绳式）固定在机体上，将拉绳绑在移动的物体上，将该移动物体的运用轨迹与拉绳直线运动进行校对，当物体进行运动时，拉绳随之发生收缩与拉伸，同时旋转感应器随着带螺纹的轮毂的移动而运动，应用位移传感器将拉绳移动距离与输出成比例的电信号进行呈现，得出该运动物体的位移速率与方向。改造完成后的机械式拉力试验机最大拉绳空间为700mm，采用测量长度为1000mm、测量精度为正负0.2mm的编码器，采用增量编码器测量显示仪，组成测速系统。

4 改造完成后的实际应用测试

在机械式拉力试验机改造完成后，投入使用前需要进行测试。测试结果如下：

（1）改造后机械式拉力试验机调速范围控制在25r/min-1500r/min时可以无误平稳运行，并且采用交流电机简化了直流电气控制系统，加上变频器的应用，时期控制方法更为简单；

（2）变频器具有过流保护、过压保护、过热保护等多种保护系统，这种保护系统可以避免可控硅烧毁的问题，使得电路运行更加安全；

（3）根据实际应用数据分析，变频器稳速精度增加了5%，相对于原机械式拉力试验机而言，提高了速度稳定性；

（4）将指针测力改为电子数字测力后，读数更为方便与精确。

5 结语

机械式拉力试验机改造完成后，相对于原拉力试验机而言，在25r/min-1500r/min时可以无误平稳运行，系统运行更为稳定；维修更为简易；具有过流保护、过压保护、过热保护等多种保护系统，使用更为安全；变频器稳速精度增加了5%，测力更为精确；将指针测力改为电子数字测力后，读数更为方便与精确。简易在同类设备上大范围推广。

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作者单位

甘肃省天水红山试验机有限公司 甘肃省天水市 741000