鋼絲繩壽命測試方法及設(shè)備研發(fā)

鋼絲繩壽命測試方法及設(shè)備研發(fā)

雙鎖系統(tǒng)是實現(xiàn)空間和飛機連接的重要機構(gòu)。鋼絲繩（如圖1所示）是連接鎖系統(tǒng)的重要運動部件。作為連接運動的傳輸連接，其性能直接影響連接鎖系統(tǒng)的運動同步性，關(guān)系到飛機任務(wù)的可靠性和考官的安全。飛船在軌飛行過程中,對接機構(gòu)不僅要滿足在軌貯存壽命要求,也要保證在軌使用次數(shù)壽命要求,而鋼絲繩的壽命是影響對接機構(gòu)使用次數(shù)的關(guān)鍵因素之一。在對接機構(gòu)的研制過程中,出現(xiàn)過鋼絲繩磨損嚴重、斷絲,甚至鋼絲繩斷裂等質(zhì)量問題,嚴重影響了對接機構(gòu)的連接和分離性能。雖然采取了通常的測試手段進行了大量的鋼絲繩性能及壽命實驗,但由于鋼絲繩的受力情況和實際使用情況存在一定的差距,得到的測試效果不是十分理想。影響鋼絲繩使用壽命的主要因素:與鋼絲繩接觸的滑輪外形和材料、鋼絲繩空間布局、載荷大小等,其中任一因素的變化都會影響試驗的真實性和可靠性。本文介紹了一種鋼絲繩壽命測試方法,并研發(fā)了測試設(shè)備,用于檢測鋼絲繩壽命。1勞動原則和組成1.1封閉的繩系機構(gòu)驅(qū)動裝置驅(qū)動對接鎖繩輪運動,被測鋼絲繩一頭與繩輪相連,另一頭通過定滑輪后與另一個繩輪相連,再用另一段鋼絲繩將兩繩輪連接形成一個封閉的繩系機構(gòu),實現(xiàn)鋼絲繩運動情況的真實模擬。往復運動一次為一個循環(huán),每個循環(huán)通過角度傳感器和扭矩傳感器檢測鋼絲繩載荷變化情況,檢測鋼絲繩直徑的變化和觀察是否斷絲,來考核其壽命。1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成本設(shè)備機構(gòu)主要由驅(qū)動器、扭矩傳感器、角度傳感器、支架、繩輪及定滑輪組等組成。圖2為測試設(shè)備示意圖。本設(shè)備測控采取集中式控制結(jié)構(gòu),主要由控制單元、驅(qū)動單元、測量單元和光電限位、邏輯狀態(tài)采集單元等組成,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較緊湊(見圖3)?？刂葡到y(tǒng)工作原理:首先由模擬量輸出卡接收操作者的控制指令,經(jīng)過運算生成驅(qū)動單元的模擬量力矩控制信號,該模擬量控制信號發(fā)送給磁滯制動器驅(qū)動單元,再經(jīng)過磁滯制動器負載輸出實現(xiàn)模擬力矩加載要求,同時設(shè)備運行實測的扭矩傳感器信息和轉(zhuǎn)角位移傳感器信息由數(shù)據(jù)采集卡實時反饋給控制單元,由控制單元根據(jù)實際加載力矩與期望加載力矩的誤差計算出修正控制量,輸出給伺服控制單元的修正力矩控制信號,控制磁滯制動器驅(qū)動伺服單元,使磁滯制動器產(chǎn)生期望的加載力矩輸出,如圖4所示。2關(guān)鍵和解決方案2.1對接鎖力學模型分析及試驗?zāi)M件如何模擬鋼絲繩的實際運動過程,真實反映鋼絲繩的使用壽命,首先,需要建立鋼絲繩以及對接鎖的力學模型,分析對接鎖鎖緊和解鎖過程中鋼絲繩的受力情況;其次按照對接鎖鋼索組件(包含鋼絲繩、繩輪和定滑輪等零件)結(jié)構(gòu)尺寸生產(chǎn)試驗?zāi)M件;最后通過驅(qū)動帶動鋼絲繩運動實現(xiàn)運動狀態(tài)模擬,同時配置其它附件實現(xiàn)鋼絲繩受力狀態(tài)模擬,如圖5所示。2.2d伺服控制策略為了保證鋼絲繩載荷變化精度,除了選用的元器件滿足使用要求外,采用轉(zhuǎn)矩閉環(huán)PID伺服控制策略。依據(jù)給定的控制參數(shù)和策略,通過對轉(zhuǎn)矩測量系統(tǒng)反饋的實際轉(zhuǎn)矩負載、鋼絲繩輪轉(zhuǎn)動角位移傳感器信息進行運算處理,產(chǎn)生伺服系統(tǒng)新的轉(zhuǎn)矩加載模擬量控制信號,從而準確模擬鋼絲繩在對接鎖系執(zhí)行對接機構(gòu)連接與分離過程中的實際工作狀態(tài)過程。3拉伸伸長測量設(shè)備的主要技術(shù)指標:(1)加載力矩:0～6N·m;(2)直流電源電壓:27V±3V;(3)鋼絲繩張力范圍:3.2～6kN(張力儀測量范圍:1～10kN);(4)鋼絲繩張力控制精度:±10%;(5)扭矩測量精度:±1%;(6)連續(xù)工作時間:>80次;(7)數(shù)據(jù)采集及處理單元采樣頻率:1、10、50、100、200、500次/s,可調(diào)。測試設(shè)備實物如圖6、7、8所示。4軸類試驗結(jié)果選用2根不同狀態(tài)的鋼絲繩進行試驗,試驗工況如表1所示。選取其中一次加載工況曲線,如圖9所示(橫軸為繩輪轉(zhuǎn)角,單位(°);縱軸為鋼絲繩受力,單位kN),實物如圖10所示。在進行了78次循環(huán)試驗后,鋼絲繩1#開始出現(xiàn)斷絲,壽命不符合指標要求;同樣再選取鋼絲繩2#的一次加載工況曲線,如圖11所示,鋼絲繩2#在進行了160次循環(huán)試驗后,出現(xiàn)斷絲,實物如圖12所示,符合指標要求。5研究研制條件及方案通過對鋼絲繩實際復雜的使用狀態(tài)和受力分析,提出了有針對性的測試方法,