自行車零部件動態(tài)疲勞試驗(yàn)設(shè)備的研制

鄭鈞 韋靜

摘要： 鑒于自行車零部件質(zhì)量的優(yōu)劣不僅關(guān)系到車輛本身的好壞，嚴(yán)重的更會增加人身安全風(fēng)險(xiǎn)，此文按照國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 4210：2014《自行車安全要求》[1]，國家標(biāo)準(zhǔn)GB 14746—2006《兒童自行車安全要求》[2]的規(guī)定，基于可編程控制器系統(tǒng)，簡要地介紹了自行車零部件動態(tài)疲勞試驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：PLC可編程控制器；伺服電動缸；伺服驅(qū)動器；位移傳感器

1 自行車零部件動態(tài)疲勞設(shè)備研發(fā)背景

我國是自行車出口大國，自行車產(chǎn)量、出口均占世界總量60%以上，但是中國自行車生產(chǎn)企業(yè)卻長期處在歐盟對華“雙反”政策壓力之下，同時(shí)歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會（CEN）官方又于2014年10月31日發(fā)布新版自行車標(biāo)準(zhǔn)EN ISO 4210：2014，在車系和零部件測試部分更改了許多內(nèi)容，這對想要出口歐洲的整車生產(chǎn)企業(yè)提出了更高的要求。為了保持我國自行車產(chǎn)業(yè)近年來良好的發(fā)展勢頭，更好地實(shí)現(xiàn)“走出去”，把我國自行車產(chǎn)業(yè)由大做強(qiáng)，我們必須要引導(dǎo)企業(yè)下大力量開發(fā)新產(chǎn)品，采用新技術(shù)，采用國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)提升產(chǎn)品檔次，提升產(chǎn)品質(zhì)量。這些都離不開檢測技術(shù)的服務(wù)。檢測技術(shù)與設(shè)備的不斷升級，跟隨和滿足國際社會最新標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的要求，是促進(jìn)我國自行車產(chǎn)業(yè)由世界大國向世界強(qiáng)國邁進(jìn)的重要環(huán)節(jié)。為了打破發(fā)達(dá)國家對我國實(shí)行的技術(shù)貿(mào)易壁壘，同時(shí)本著對廣大騎行者安全的考慮，我們必須下力量研發(fā)新的檢測技術(shù)和手段，所以自行車零部件動態(tài)疲勞試驗(yàn)設(shè)備的技術(shù)研發(fā)非常重要。鑒于以上原因，筆者決定研發(fā)自行車零部件動態(tài)疲勞設(shè)備，以解決出口產(chǎn)品達(dá)不到歐美國家要求的問題，同時(shí)努力推動“一帶一路、綠色創(chuàng)新、共享發(fā)展”，使“中國制造”走出去，與沿線國家進(jìn)行互惠交流。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

筆者按照國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 4210：2014《自行車安全要求》 [1]，國家標(biāo)準(zhǔn)GB 14746—2006《兒童自行車安全要求》 [2]的規(guī)定，設(shè)計(jì)了基于PLC可編程控制器和伺服電動缸相結(jié)合的測試系統(tǒng)。

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用，機(jī)械結(jié)構(gòu)采用鋁合金和合金鋼材質(zhì)，質(zhì)量可靠，安裝調(diào)試使用滑動式結(jié)構(gòu)和快拆結(jié)構(gòu)，上下左右均可調(diào)節(jié)，便于自行車零部件的安裝調(diào)試。電氣部分使用工控主機(jī)箱和上位機(jī)顯示。系統(tǒng)電氣硬件工作框圖（圖1）顯示，該系統(tǒng)采用PLC可編程控制器作為主控模塊，PID模塊作為參數(shù)控制模塊，A/D數(shù)據(jù)采集模塊與壓力傳感器、位移傳感器結(jié)合作為數(shù)據(jù)采集接收部件，伺服電動缸作為執(zhí)行部件，上位機(jī)作為顯示部件，通過PLC I/O口輸出模擬電壓量控制伺服電動缸，使電動缸逐步增加力值到標(biāo)準(zhǔn)力；通過控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速和正反轉(zhuǎn)來控制電動缸做來回精確力值的推拉動作，使被測零部件做往復(fù)疲勞試驗(yàn)，軟件部分使用梯形圖和VC作為PLC控制器和上位機(jī)編程語言，軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)中力、位移等多種變量控制算法的融合；通過PID參數(shù)精確預(yù)置解決系統(tǒng)中力值的穩(wěn)定性問題，通過后期軟硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試解決伺服電動缸的精確控制問題，使力值逐步增加，確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。設(shè)備整體性能滿足多種自行車零部件的疲勞檢測要求，符合多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

設(shè)備的技術(shù)參數(shù)及性能指標(biāo)：

1.適用范圍：305～710 mm的各種自行車、電動自行車零部件等；

2.負(fù)荷：0～2 kN（精度為0～±5%）；

3.位移工作量程：0～150 mm；

4.伺服電動缸速度：200～500 mm/s；

5.伺服電動缸推力：0～3 kN。

3 結(jié)束語

此自行車零部件動態(tài)疲勞試驗(yàn)設(shè)備產(chǎn)品的重點(diǎn)在技術(shù)創(chuàng)新上，試驗(yàn)力可根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)定，集控制、測量、打印于一體，改變了傳統(tǒng)的質(zhì)量檢測理念，實(shí)現(xiàn)自動檢測。希望此設(shè)備能成為行業(yè)質(zhì)量檢測的度量衡，能對行業(yè)產(chǎn)品升級換代起到積極的促進(jìn)作用，同時(shí)可以為我國自行車企業(yè)節(jié)省到國外檢測機(jī)構(gòu)檢測的費(fèi)用，促進(jìn)企業(yè)主動開拓國際市場，實(shí)現(xiàn)與國際接軌。項(xiàng)目的完成將為我國產(chǎn)品出口到發(fā)達(dá)國家開辟節(jié)儉快捷的綠色通道，提升我國參與國際技術(shù)及商貿(mào)活動的話語權(quán)，由此建成支撐產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的技術(shù)和質(zhì)量保障平臺，并帶動相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和檢測技術(shù)的提升，規(guī)范行業(yè)的檢測方法和檢測技術(shù)，提升我國整體制造業(yè)的水平，進(jìn)而促進(jìn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)品升級換代，提高企業(yè)的安全意識，推動行業(yè)整體的科技進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1] Cycles-Safety requirements for bicycles：ISO 4210：2014[S/OL].[2014-07-01].https：//www.iso.org/search. html？q=ISO4210.

[2]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.兒童自行車安全要求：GB 14746—2006[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007：1—1.