引言

2015年,某主機廠對汽車雨刮器試驗標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行換版,增加新試驗項目,要求對汽車雨刮器后刮臂進(jìn)行力矩加載檢查,試驗要求如下:

(1)驅(qū)動汽車雨刮器后刮臂按5r/min的速度旋轉(zhuǎn);

(2)檢測扭矩隨時間變化的曲線,直到汽車雨刮器后刮臂斷裂。

為了滿足以上試驗要求,提高試驗?zāi)芰?我們開發(fā)了一款后刮臂加載裝置(圖1),該裝置滿足試驗要求,并獲得了德國大眾專家的認(rèn)證。

1系統(tǒng)構(gòu)架

系統(tǒng)構(gòu)架如圖2所示。

2機械部分設(shè)計

(1)后刮臂加載裝置機械結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖3所示。

(2)機械裝置原理:通過伺服電機正向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動后刮臂按5r/min的速度旋轉(zhuǎn),同時,阻擋旋轉(zhuǎn)裝置阻擋后刮臂旋轉(zhuǎn),檢測施加到后刮臂上的力矩,當(dāng)后刮臂斷裂時,伺服電機再反向旋轉(zhuǎn),取下零件。

3控制部分設(shè)計

3.1元器件選擇

(1)選擇伺服電機型號ECMA-A-G21309Rs(其中,ECM為電子換向式電機;A為交流伺服;G為220V/1000r/min;2為增量型17bit;13為130mm,09為900w;R為帶鍵槽;s為標(biāo)準(zhǔn)軸徑規(guī)格)。

(2)選擇伺服驅(qū)動器型號AsDA-A2與伺服電機配對,220V。

(3)選擇減速機型號PLs120,速比100:1。

(4)選擇扭矩傳感器型號PTs881,力矩0~500N·m,輸出0~10V,供電24V。

(5)選擇西門子PLC224xP,帶一路模擬量輸出0~10V,該模擬量輸出可控制伺服電機的轉(zhuǎn)速。

3.2元器件參數(shù)設(shè)置

(1)設(shè)置伺服驅(qū)動器的驅(qū)動模式為P1-06速度控制,根據(jù)臺達(dá)伺服控制器(AsDA-A2)說明書,采用C12外部電源的接線方式+24V接9號端子,0V接11號端子,作為控制電源。

(2)根據(jù)速度模式標(biāo)準(zhǔn)接線,42接正、13接0V時電機正轉(zhuǎn)(PLC輸出0~10V,根據(jù)PLC輸出電壓控制轉(zhuǎn)速),42接0V、13接正時電機反轉(zhuǎn)。利用PLC與兩個中間繼電器的組合(圖4),控制伺服電機的正反轉(zhuǎn)。

3.3PLC程序設(shè)計

根據(jù)PLC輸出0~10V及伺服電機需要正反轉(zhuǎn)要求,利用中間繼電器實現(xiàn)電壓的正反向(即轉(zhuǎn)換為-10~＋10V),控制電機轉(zhuǎn)速(-3000+~3000＋/rmi)。本設(shè)計需要伺服電機輸出轉(zhuǎn)速為500＋/rmi,經(jīng)減速機減速后為5＋/rmi,根據(jù)比例計算需要PLC輸出1.5.25V電壓,對應(yīng)PLC的數(shù)字量為5333(表1),編制PLC程序(圖5)。

3.4LabView程序設(shè)計

(1)首先安裝V6Is441＋Aiumrt軟件找通信端口:

(2)開關(guān)量(加載/卸載)的設(shè)計:利用布爾數(shù)組進(jìn)行設(shè)計,加載、卸載轉(zhuǎn)換為輸出數(shù)值的對應(yīng)關(guān)系如表2所示。

(3)編制LebVmtw程序,采集PLC模擬量:

1)設(shè)置V6Is的通信協(xié)議(PP6通信協(xié)議):設(shè)置V6Is端口波特率為9.00,數(shù)據(jù)位為8,校驗位為2,停止位為10。

2)LebVmtw向PLC發(fā)送讀數(shù)據(jù)命令串".81B1B.80200.C320100000000000E00000401120s100400010001840003208D1.",其中"0320"指的是Vw100,該條指令的功能是讀取Vw100中的數(shù)據(jù)。

3)設(shè)置等待時間0.3s。

4)PLC返回信息"E5"后,LebVmtw發(fā)送指令1002005C5E1.。

5)設(shè)置等待時間0.3s。

6)讀取Vw100中的數(shù)據(jù),并進(jìn)行編輯。

7)顯示采集到的力矩隨時間變化曲線,并對采集到的力矩值建立數(shù)組,選擇數(shù)組的最大值,即為最大力矩。

(4)編制LebVmtw程序,控制PLC輸出開關(guān):

1)向PLC發(fā)指令".82020.802007C320100000000000E00050501120s100200010000820000000004000800871.",功能是將PLC的○0.0~○0.7端口置0,伺服電機處于停止?fàn)顟B(tài)。

2)向PLC發(fā)指令".82020.802007C320100000000000E00050501120s1002000100008200000000040008038s1.",功能是將PLC的○0.0及○0.1端口置1,實現(xiàn)伺服電機正轉(zhuǎn)。

3)向PLC發(fā)指令".82020.802007C320100000000000E00050501120s1002000100008200000000040008058C1.",功能是將PLC的○0.0及○0.2端口置1,實現(xiàn)伺服電機反轉(zhuǎn)。

4結(jié)語

該裝置投入使用后,滿足了試驗標(biāo)準(zhǔn)要求,提高了試驗?zāi)芰?并獲得了德國專家的認(rèn)證。其他類似的扭矩裝置可參考該裝置進(jìn)行設(shè)計。