電纜彎曲試驗測試設(shè)備設(shè)計

王　毓　　崔　娜　秦洪運　宋　偉（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機集團有限責任公司　技術(shù)中心機電設(shè)備設(shè)計研究所，遼寧　　沈陽　110043）

電纜彎曲試驗測試設(shè)備設(shè)計

王毓崔娜秦洪運宋偉
（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機集團有限責任公司技術(shù)中心機電設(shè)備設(shè)計研究所，遼寧沈陽110043）

摘要：電纜彎曲試驗測試系統(tǒng)是一套試驗控制、數(shù)據(jù)采集、記錄和分析處理的試驗系統(tǒng)，用于對多種電纜與電連接器的電氣與機械性能進行測試，驗證其瞬時通斷性能。設(shè)備操作基于半自動化的理念，操作人員負責DUTs的安裝與卸載，測試過程為自動控制過程。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；電纜彎曲試驗

本設(shè)備是為了滿足電纜封口處彎曲試驗要求，能夠?qū)Χ喾N圓外套電纜、帶狀電纜進行疲勞試驗后的連續(xù)性測試。設(shè)備采用了基于NI公司LabVIEW的虛擬儀器技術(shù)。它具有強大數(shù)據(jù)處理能力、較快的控制速度與板卡數(shù)據(jù)采集與處理等功能，友好的操作界面，在控制要求發(fā)生變化時，修改相應(yīng)的軟件程序即可以滿足需求。該系統(tǒng)控制精確，操作簡便，自動化程度高，適合現(xiàn)代化車間操作。

1系統(tǒng)設(shè)計。本系統(tǒng)實現(xiàn)的功能是一套試驗控制、數(shù)據(jù)采集、記錄和分析處理的試驗系統(tǒng)，用于對多種電纜與電連接器的電氣與機械性能進行測試，驗證其瞬時通斷性能。系統(tǒng)選擇專業(yè)夾具設(shè)計和材料，保證系統(tǒng)安全性、可靠性要求。設(shè)備操作基于半自動化的理念，操作人員負責DUTs的安裝與卸載，測試過程為自動控制過程，即成在線數(shù)據(jù)處理功能。待測電纜分為圓形電纜和帶狀電纜，且兩種電纜的測試方式不同，導(dǎo)致所需夾具等機械結(jié)構(gòu)不同，同時，電纜接器圓形與帶狀電纜彎曲試驗都需進行循環(huán)試驗控制、瞬斷檢測、數(shù)據(jù)采集等，系統(tǒng)采用母臺+子模塊的方式，母臺與子模塊之間通過連接器連接，進行不同試驗測試時只需更換不同子模塊。系統(tǒng)共有兩個子模塊，即圓外套電纜測試子模塊和帶狀電纜測試子模塊。

2　母臺及子模塊設(shè)計

2.1母臺控制單元設(shè)計。機柜采用鋁合金型材支架結(jié)構(gòu)，由工控機控制單元、儀表控制單元、子模塊工作臺、安全防護單元及人機交互單元等組成。工控機控制單元的核心是一臺研華高性能工控機，用于處理采集和處理測試數(shù)據(jù)，并檢測系統(tǒng)的運行狀態(tài)與執(zhí)行流程；儀表控制單元主要包括用于檢測電連接器等的瞬斷現(xiàn)象；子模塊工作臺面向不同的測試對象而設(shè)計，包括對被測定件的定位與夾緊及機械傳動裝置等，保證測試系統(tǒng)獲得良好的檢測；安全防護單元主要保護操作人員的人身安全。人機交互單元包括觸摸屏、啟動控制按鈕、狀態(tài)指示燈以及鼠標鍵盤等，實現(xiàn)操作人員與測試系統(tǒng)的信息交互。

2.2圓形電纜測試子模塊。由于電纜直徑不同，固定電纜的夾具、滾輪的大小和位置等都具有調(diào)整的功能，提高系統(tǒng)的兼容性與通用性。步進電機帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，模擬電纜封閉口彎曲試驗過程，完成電纜彎曲循環(huán)。對于直徑不同的電纜，通過更換滾輪、在長條孔中調(diào)節(jié)移動滾輪位置等靈活的滿足試驗要求，達到可以兼容16mm以下粗細的圓外套電纜。固定電纜的夾具設(shè)計為壓裝方式，不同直徑的電纜線采用不同的夾具，保證電纜徑向力的均勻性。

2.3帶狀電纜測試子模塊。帶狀電纜測試子模塊主要由步進電機、齒輪齒條機構(gòu)、拉力傳感器、直線導(dǎo)軌以及帶狀電纜夾具等構(gòu)成。用步進電機加轉(zhuǎn)盤來控制電纜的彎折，帶狀電纜夾緊裝置可以沿著左右方向進行調(diào)整，把電纜的彎曲點調(diào)整到轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)中心。步進電機、齒輪齒條機構(gòu)，直線導(dǎo)軌和力傳感器共同完成對帶狀電纜張力的調(diào)節(jié)，齒輪齒條機構(gòu)將步進電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，拖動電纜張力夾運動，直至傳感器的反饋符合要求的張力。

2.4安全防護設(shè)計。為了保護操作工人的安全，系統(tǒng)在工作區(qū)域設(shè)計了安全防護罩。在試驗過程中，需將安全防護罩合上。同時，系統(tǒng)設(shè)計了急停按鈕，可以按下急停按鈕停止設(shè)備工作保護人身安全。

3　電氣設(shè)計

為了滿足設(shè)備應(yīng)用功能，方便現(xiàn)場操作，設(shè)備借助先進的虛擬儀器和軟件測量技術(shù)，基于PCI總線實現(xiàn)設(shè)備的測量和控制功能，工控機用來實現(xiàn)完成測量、過程控制和顯示測量結(jié)果，同時監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)。系統(tǒng)使用日本NACNM-11B瞬斷檢測儀檢測電纜性能；泛華測控PSPCI-3361多功能數(shù)據(jù)采集卡進行設(shè)備控制和數(shù)據(jù)采集；日本東方馬達5相微步電機以及美國Interface公司的小型力傳感器等設(shè)備。

3.1瞬斷檢測儀檢。為了檢測電連接器在彎曲動載荷環(huán)境試驗時的電氣性能，采用日本NM-11B瞬斷檢測儀檢測導(dǎo)體到接觸件連接器處的電連續(xù)性，驗證瞬斷時間是否符合產(chǎn)品標準規(guī)定要求。瞬斷檢測儀可按被檢測互連器件技術(shù)標準設(shè)定監(jiān)測的瞬斷時間。瞬斷儀可根據(jù)被測產(chǎn)品技術(shù)標準設(shè)定振動、沖擊、碰撞試驗時所監(jiān)測的瞬斷時間（瞬斷時間判定值），瞬斷儀是10個平行回路，有10個獨立的顯示超過設(shè)定值的實際瞬斷時間的窗口，能及時判定瞬斷故障位置。

3.2多功能數(shù)據(jù)采集卡。PSPCI-3361是一款基于PCI總線的多功能數(shù)據(jù)采集卡。板卡提供16路模擬輸入，內(nèi)置16位ADC，單通道最高可達250kSPS采樣速率；2路同步模擬輸出，16位分辨率，輸出更新速率單通道最高2MSPS；8路數(shù)字輸入輸出端口及16路多功能數(shù)字輸入輸出端口；2路計數(shù)器。該產(chǎn)品適用于自動化測試測量應(yīng)用及低成本測試系統(tǒng)構(gòu)建。本設(shè)計方案用于控制步進電機的控制和力傳感器的數(shù)據(jù)采集。

3.3步進電機。步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。本系統(tǒng)采用東發(fā)馬達公司脈沖輸入型的DC24V輸入型步進電機，該步進電機為五相微步驅(qū)動步進電機，布距角小，具有低振動、低噪音等特點。

4軟件設(shè)計。本系統(tǒng)軟件具有實驗控制、實驗數(shù)據(jù)顯示及記錄、權(quán)限管理、系統(tǒng)自檢、硬件配置、文件存儲、文件存儲配置、數(shù)據(jù)采集和記錄等功能，主界面分為用戶管理、參數(shù)配置、數(shù)據(jù)管理和自動檢測四大功能模塊，用戶管理用來進行用戶的權(quán)限的分配及用戶登錄等功能，大大提高了系統(tǒng)的安全性及可控性；參數(shù)配置用于配置系統(tǒng)的測試參數(shù)；數(shù)據(jù)管理用于在設(shè)備測試結(jié)束之后對測量數(shù)據(jù)進行瀏覽，查閱歷史數(shù)據(jù)；自動檢測用于自動檢測電纜彎曲的瞬斷性。

結(jié)語

電纜彎曲試驗測試系統(tǒng)能夠滿足電纜封口處彎曲試驗要求，能夠?qū)Χ喾N圓外套電纜、帶狀電纜進行疲勞試驗后的連續(xù)性測試。本系統(tǒng)自動化程度高，安全可靠，操作方便，維護簡單，能夠滿足不同場合的需要。

參考文獻

[1]馮提文，王林.電纜線彎曲壽命試驗機及其應(yīng)用[J].電工電氣，2002（02）：39-40.

中圖分類號：TM246

文獻標識碼：A