多参数信号发生装置的硬件及结构设计(3)
本文的主要内容简述如下：
第一章绪论部分，介绍了多参数信号发生装置的基本原理、相关概念以及有关技术的国内外发展和趋势，阐述了课题的研究方法和意义。
第二章机械系统设计部分，分模块介绍了整个结构的组成和功能，明确了个部分的技术要求，对驱动电机的选型进行了分析计算。
第三章测控系统设计部分，详细介绍了整个测控系统的组成，测试部分传感器的分布以及控制部分，控制核心的选择及硬件配置、电机速度控制的分析、选择比较和实现方法。
第四章PLC软件编程部分，详细介绍了控制系统软件的编写流程，包括两种驱动方式下的不同独立的编写控制程序，分模块的介绍了各个子系统的作用，介绍了程序调试的过程。
2. 机械系统设计
2.1 多参数信号发生装置总体结构
一、总体结构
装置的总体如图2.1。多参数信号发生装置的总体机械结构可分为三大部分：提锤子系统、撞击子系统和驱动子系统。[1][3]三部分在PLC的核心控制下，协调地进行多参数信号的可靠产生。
图2.1 多参数信号发生装置整体示意图
1：底脚 2：液压缸 3：落锤（2.5kg） 4：电磁铁 5：丝杆 6：导杆 7：电机驱动器
二、工作过程
多参数信号发生装置的工作过程：系统启动后，电机7驱动滚珠丝杠副5传动，挂锤架带动电磁铁4，沿导杆6向下运动接近落锤3，电磁铁得电吸引落锤；继而挂锤架和落锤反向运动至设定高度后，电磁铁失电释放落锤，落锤沿导轨自由下落，撞击液压缸2，进行多参数信号的采集、处理和分析，并等待下一次试验的开始。
整个系统可以分为提锤子系统、撞击子系统以及驱动子系统三个部分，分别介绍如下。
2.2 提锤子系统
提锤子系统主要由电磁铁、导轨和滚珠丝杠副三部分组成，还包括辅助部件,如挂锤架、滑块等，实现提升和释放落锤的功能。[1][4]
2.2 电磁铁2.3 导轨
提锤子系统主要组成部分的作用简述：
步进电机经减速器和联轴器，与滚珠丝杠相连，为提锤子系统提供动力。滚珠丝杠则将转动变为滑块直线运动，实现挂锤架在导轨上的上下运动。同时，挂锤架上的电磁铁，可控的得电失电，完成吸锤、落锤的动作
2.3 撞击子系统
撞击子系统主要由落锤和液压缸组成，实现落锤自由下落撞击后，加速度、撞击力和压力的产生。
2.4 落锤2.5 液压缸
撞击子系统主要组成部分的作用简述：
落锤可以被电磁铁吸住，随挂锤架沿导轨上下运动，到达不同的释放高度，进行释放。撞击液压缸产生的加速度、冲击力和压力是本课题所需的信号。活塞保护罩的设置，是为了避免落锤与液压缸直接接触而带来的冲击。加速度传感器安装于落锤上；力传感器置于撞击面处；压力传感器置于液压缸内。
2.4 驱动子系统
驱动子系统主要由步进电机、减速器和联轴器三部分组成，通过减速器后，经联轴器与滚珠丝杠连接，为提锤子系统提供动力。
步进电机，作为一种可将控制脉冲信号转换成角位移的机电执行元件，每当输入一个脉冲，电机转过一个固定的角度（称为步距角），实现对数字信号直接控制。步进电机所转过的角度由输入控制脉冲数决定，转速和输入脉冲频率成正比。在矩频特性允许范围内，可通过改变脉冲频率对步进电机进行调速，实现快速启动、反转和制动的功能。步进电机的控制简单，工作稳定可靠，又能实现较高的精度，因此选作本装置的驱动核心。
一、技术要求[7]
1). 有足够大的输出转矩，确保挂锤架能上下灵活运动；