波特兰州立大学(PSU)的一组机械工程学生最近为一台100年历史的梁测试机的控制系统设计了一个电子系统升级项目。使用一系列的AutomationDirect部件,该项目的目的是使操作员的经验可以与现代机器相媲美。

该项目是由PSU机械和材料工程(MME)的员工威廉伍德,罗伯特·突教授,助理教授,副教授的副教授。由Thomas Langston领导的项目团队,包括研究员Giovanni Castillo-Martinez,Moonsu Park,Hassan Alherz,Ian Winter,Thanh Truong,Jaime Meza-Martinez,&Ben Vorobets。

2015年夏天,波特兰材料现场测试实验室向PSU捐赠了一台Riehle Beam试验机,以支持PSU的MME研究和教育。PSU的研究生研究办公室随后将该系统转移到位于俄勒冈州科学和工业博物馆(OMSI) PEPCO大楼的材料研究高湾实验室。

1916年由宾夕法尼亚州费城的Riehle Brothers Company制造,梁测试仪是一种三梁平衡负荷秤,电动机驱动的铅螺丝型力涂抹器,能够压缩,张力和三点弯曲试验带有负载容量为150,000磅。

光束测试

由于规模机制是在教室,实验室和制造设施中使用的经典三梁平衡实验室规模的大型版本,因此机器要求操作员在平衡光束上移动配重,以保持均衡的载荷增加。使用皮带驱动的配重示出了自动化此过程的Riehle Brothers设计。它使用由来自模拟位置传感器的信号驱动的电动机,可能是位于光束末端的电位器类型。

这个时代的大多数梁式试验机已经被使用电子控制、测压元件和复杂伺服液压加载机构的现代系统所取代。与过去的丝杠设计相比,这些系统为操作人员提供了更大的速度、模块化和人体工程学。

现代化项目使用AutomationDirect完成了相同的功能生产力®2000 PLC控制,在配重曲柄轮处的直接驱动伺服电动机,以及光束末端的非接触式激光位移传感器。Productive2000 PLC用于处理位置信号并输出​​所需的运动参数,以保持光束平衡和平衡机的力。

选择新的电机和VFD控制器以更换现有电机。这变频允许十字头的连续可变进料速率。原始机器通过传输具有有限的离散馈电率,并且测试以单速运行。VFD电动机组合允许对给定测试所需的扭矩较低和更高的速度操作。另外,低RPM电动机以提供甚至提供较低的进料速率,这对于某些测试是可取的。安装安装安装直驱动电机。

自动平衡机制

一种SureServo伺服系统从AutomationDirect被用来保持梁的平衡。该系统从a温格勒光电激光距离传感器在平衡梁的末端创建一个设定点,将PID控制器集成到放大器和控制器系统中。伺服电机直接连接到平衡驱动曲柄的轴上。这允许伺服移动平衡重,以保持平衡。(图片2)

光束测试

Riehle机器可能很旧,但是它所采用的测试方法并没有什么缺陷,使用上面列出的现代设备,机器提供的结果可以与现代机器产生的连续应力/应变数据相媲美。

除了作为学生教育项目和PSU MME部门的测试平台,改装后的Riehle测试系统还在2016年OMSI Maker Faire上展出。这个一年一度的活动吸引了许多设计、工程、制造和材料领域的专家和兴趣团体。这一事件是及时的,因为它发生在机器的100周年纪念日,并提供了一个机会,以公开强调冶金研究的历史和它的发展现状。

光束测试机械描述

Riehle的三梁平衡机构的功能与实验室天平相似,只是它在一个天平上使用了两个额外的杠杆机构。机器将被描述为三个部分:加载组件,传动系和平衡梁系统。

加载装置

可以进行拉力、压缩和弯曲测试,通过两个垂直丝杠驱动的十字头对加载组件施加力(图3)。加载框架的枢轴位于连接到中间和比例平衡梁的较大平衡梁上。多个连接头允许多种类型的样品被加载和测试。装载组件由以下部分组成:光束测试

  • 张力测试框架
  • 丝杠驱动十字头
  • 加载平台
  • 侧臂支持长梁

驾驶火车

驱动系统(图4)驱动丝杠,包括:

  • 环形和小齿轮齿轮组件
  • 4速度传输
  • V型皮带轮驱动
  • 前向倒档变速箱
  • 5马力交流电机w/VFD

平衡机制

平衡系统,包括平衡梁上的平衡平衡(图5)、平衡重曲柄驱动和显示10lb增量的百分表(图6),提供了最终的机械优势,使系统保持平衡。

光束测试

除了电子控制系统的升级,团队还必须设计和制造一个钢支撑底盘来支撑和锚定Riehle机器。他们还确定了控制系统改造的下列五个目标:

  • 1.15万磅弯曲和轴向载荷框架的载荷校准
  • 2.将交流电机升级为具有变频驱动(VFD)的交流电机,以改善速度控制
  • 3.使用AutomationDirect提供的Sureservo伺服系统设计和实现自动负载均衡操作
  • 4.重新安装和运行Riehle的原始操作条件,其齿轮驱动的应用负载机制突出显示和可见,可用于鄂木斯博物馆访客,以展示100年前获得的结构材料。
  • 5.设计和实现一个控制和数据采集系统,使用AutomationDirect PLC控制机器,并从系统安装的传感器获取,显示,存储和后处理负载,十字头位移和应变输出。

结论

主要设计组件的安装在2016年Maker Faire活动中及时完成。在活动期间,一个4“x 6”x 12’的梁被加载到5000磅,向观众展示了这个负载和梁跨度的挠度。

制造商和参观者都被这台机器所吸引,并被其巨大的机械优势所吸引,它只使用了一台5马力的变频电机。

光束测试工程师和先进制造商在原始的自动化设计和当前系统之间识别平行,以及现代PLC设备提供的优点。在本申请中特别有用,生产率2000为多个数字I / O通万博官网手机登陆信提供了一种控制集线器,用于单独的系统组件。从该PLC,管理平衡机制的控制,还可以对VFD电机和数据采集系统的集成控制,使P2000成为2016年升级的Riehle系统的主要测试控制模块。

鉴于项目完成的短暂时间,工程团队完成了一套雄心勃勃的目标。该项目超越了所有课程要求,并获得了优秀的评论评级,所有学生都收到了传递等级。该项目的成功是通过自动化指示的协作支持,从其生产率200000技术支持团队的恒星协助,以及自动化道提供的产品的先进技术能力。万博电子游戏地址

由托马斯兰斯顿,
PSU机械工程学士学位,攻读材料科学硕士学位

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最初发布时间:2017年3月1日