CN103969041B - 通海阀启闭可靠性试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及到一种适应用于阀门大量启闭、停止的灵活控制，并非常适合经常堵转的场合的通海阀启闭可靠性试验装置。通海阀启闭可靠性试验装置，电源模块采用台湾明纬双路输出开关电源，型号为：NED‑100B 100W 5V10A+24V3.5A；电源模块给stc89c52为核心的电路板供电5V电源，为YUKEN油研放大器YC9L‑1172‑30供电24V电源。因为采用单片机控制，程序方便调节，使用灵活可靠。因为采用液压马达方案，所以系统能长时间连续工作，并且适应频繁启停及堵转的场合。此方案比电机控制更适应频繁堵转的场合。因为马达体积小，输出扭矩大，在安装位置受限的试验台上能很好的解决问题。
Description
技术领域
本发明涉及到一种适应用于阀门大量启闭、停止的灵活控制，并非常适合经常堵转的场合的通海阀启闭可靠性试验装置。
背景技术
阀门是一种通用的机械产品，品种繁多，应用范围广。一方面，阀门在整个工作装置和系统中起着至关重要的作用；另一方面，阀门的失效会导致系统、设备无法正常工作，尤其是核能、航空、航天及深水领域，阀门的失效甚至会导致灾难性的事故的发生，这就要求阀门必须具有高的可靠性，相应的可靠性研究在阀门的研究中具有举足轻重的作用。
对于新设计的阀门，通常要进行大量的启闭试验检测其结构是否合理，而对于应用在重要系统中的阀门，我们又要对其启闭多次进行可靠性寿命试验，从而可以通过相应的理论计算预测其使用的寿命，有些阀门甚至要求做几万次启闭试验，如果用手动的方式反复开关阀门，则浪费掉大量的时间和精力，通过自动控制的执行机构来完成类似的动作则减轻了人力和时间，并且使用、调节灵活，通用性强。
通海阀的启闭可靠性试验过程大致如下：阀门在带压的情况下以一定的速度开阀，开阀到位后以一定的力关紧阀门，启闭一定次数后进行保压，检查阀体传动及连接部分有无损坏及阀门止口是否漏水。以上过程一般要进行数千至数万次。分析可知：通海阀启闭可靠性试验装置要具有一下特点：(1)因为启闭次数多，所以要有液晶计数显示功能；(2)因为要实现开关阀双向动作，所以驱动源要能双向驱动；(3)因为对阀门启闭速度有要求，所以驱动源要有调速功能；(4)因为对开、关阀力有要求，所以要求驱动源的输出力可以调节。最重要的是通海阀启闭可靠性试验装置要有很高的可靠性，否则将无法完成阀门几万次的启闭任务。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现马达的正反转及输出转速、扭矩的控制，从而完成通海阀启闭可靠性试验的通海阀启闭可靠性试验装置。
本发明的目的是这样实现的：
通海阀启闭可靠性试验装置，电源模块采用台湾明纬双路输出开关电源，型号为：NED-100B 100W 5V10A+24V3.5A；电源模块给stc89c52为核心的电路板供电5V电源，为YUKEN油研放大器YC9L-1172-30供电24V电源；
以stc89c52为核心的电路板包括stc89c52单片机最小系统，VCC电源接入及24V电源接入接出模块，马达正反转控制模块，液晶显示模块，马达转速、扭矩调节模块，马达转速、扭矩数据采集模块，阀门点动复位模块，保压灯提示模块：stc89c52单片机最小系统，包括stc89c52rc单片机，stc89c52rc单片机的15、16引脚接晶振及电容C1、C2，stc89c52rc单片机的P0口接上拉电阻R1-R8，下载模块接线端子共有四个引脚，其引脚2与stc89c52rc单片机的引脚7相连，引脚3与stc89c52rc单片机的引脚5相连；
VCC电源接入及24V电源接入接出模块,VCC引入接线端子的引脚1接地，引脚2连接VCC引入开关的左端，VCC引入开关的右端引入VCC，限流电阻R9与VCC引入显示灯串联后再与滤波电容C3并联后接入VCC电源的回路中；24V电源引入接线端子引脚1接地，引脚2连接24V电源引入开关的左端并引入24V电源，限流电阻R10与24V电源引入显示灯串联之后接入24V电源回路中，24V电源引出接线端子的引脚1连接24V电源引入开关的右端，引脚2接地；
马达正反转控制模块，其中正转控制和反转控制电路完全相同，限流电阻R11的左端接stc89c52rc单片机的19引脚，限流电阻R11的右端接光耦6N137的引脚3，光耦6N137的引脚2引入VCC，并经过电容C4滤波，光耦6N137的引脚7、8接VCC，引脚6经过上拉电阻R12作用后接入三极管Q1的集极，从而控制电磁继电器K1的通断；光耦6N137的引脚5接地，并且通过电容C5与VCC相连接；继电器K1引入24V电源，常开触点接控制马达正转的接线端子P5的引脚1，并且通过电阻R13及马达正转显示灯接地；
液晶显示模块采用液晶1602，其引脚1、3、16接地，引脚2、15接VCC，引脚7～14接stc89c52rc单片机的P1口，引脚4～6接stc89c52rc单片机的P00、P01、P02口；
马达转速、扭矩调节模块，限流电阻R17的左端接stc89c52rc单片机的P23口，限流电阻R17的右端接光耦6N137的引脚3，光耦6N137的引脚2引入VCC，并经过电容C8滤波，光耦6N137的引脚7、8接VCC，光耦6N137的引脚5接地，并且通过电容C9与VCC相连接，引脚6经过上拉电阻R18作用后接入三极管Q3的集极，从而控制电磁继电器K3的通断；继电器K3引入VCC电源，其常开触点接马达正转扭矩控制电位计，其常闭触点接马达反转扭矩控制电位计，两个电位计的信号输出端接在一起并且连接在马达扭矩控制接线端子的引脚2上；马达转速控制电位计接入VCC回路，其输出端接马达转速控制接线端子的引脚2上；
马达转速、扭矩数据采集模块，马达转速数据采集A/D TLC1549及马达扭矩数据采集A/DTLC1549都采用TLC1549芯片，两芯片的引脚2分别引入马达转速及扭矩信号，并且把转换后的数字信号传递给stc89c52rc单片机；
阀门启动模块，限流电阻R19的左端接VCC，右端与stc89c52rc单片机的P25口及开始按键的左端相接，开始按键的右端接地；
保压灯提示模块，限流电阻R20的左端接stc89c52rc单片机的P24口，右端接入保压灯；
交流电机带动YUKEN变量柱塞泵04E电液比例压力流量控制型A16-FR工作，并通过马达扭矩控制接线端子的引脚2接入YUKEN油研放大器YC9L-1172-30进行马达开关阀扭矩的调节；通过马达转速控制接线端子的引脚2接入YUKEN油研放大器YC9L-1172-30进行马达转速的调节；
控制马达正转的接线端子P5的引脚1向外接在电磁继电器K1的控制端，stc89c52rc单片机的P21、P22口控制电磁继电器K1的通断，实现三位四通电磁换向阀换向，从而控制马达的正反转及停止；
被试验的一种阀门包括马达、小齿轮、大齿轮、阀杆及阀头，马达的转动带动小齿轮转动，小齿轮带动大齿轮转动；大齿轮与阀杆及阀头通过螺纹连接，大齿轮的转动通过螺纹连接带动阀杆及阀头上下运动。
本发明的有益效果在于：
因为采用单片机控制，程序方便调节，使用灵活可靠。因为采用液压马达方案，所以系统能长时间连续工作，并且适应频繁启停及堵转的场合。此方案比电机控制更适应频繁堵转的场合。因为马达体积小，输出扭矩大，在安装位置受限的试验台上能很好的解决问题。在实际应用中，发现此发明装置出现能关紧阀门但而不能打开的现象，所以改进为开阀和关阀门扭矩设定采用了两套旋钮，开关阀的扭矩可以单独设置，扭矩调节范围大，开关阀速度调节方便。因为阀门多次启闭试验在有水环境下完成。此方案中阀门远离电源，而在防爆的场合，又避免了使用电机而产生电火花。控制方案简单可靠，经过了长时间的实践考验。本发明可以实现其他诸多的功能应用，并且在其他领域的后续可开发性高、应用前景广阔。
附图说明
图1为阀门启闭可靠性试验系统总示意图。
图2为被试验的一种阀门。
图3为stc89c52单片机最小系统。
图4为VCC电源接入及24V电源接入接出模块。
图5为马达正反转控制模块。
图6为液晶显示模块。
图7为马达转速、扭矩调节模块。
图8为马达转速、扭矩数据采集模块。
图9为阀门启动模块。
图10为保压灯提示模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
图中：1.以马达为驱动源的被试验的一种阀门；2.YUKEN变量柱塞泵04E电液比例压力流量控制型A16-FR；3.交流电机；4.YUKEN油研放大器YC9L-1172-30；5.电源模块；6.以stc89c52单片机为核心的电路板7.电磁换向阀；8.大齿轮；9.阀杆及阀头；10.马达；11.小齿轮；12.stc89c52rc单片机；13.晶振；14.电容C1、C2；15.上拉电阻R1～R8；16.下载模块接线端子；17.VCC引入接线端子；18.VCC引入开关；19.限流电阻R9；20.VCC引入显示灯；21.滤波电容C3；22.24V电源引入接线端子；23.24V电源引入开关；24.限流电阻R10；25.24V电源引出接线端子；26.24V电源引入显示灯；27.限流电阻R11；28.电容C4；29.光耦6N137；30.电阻R12；31.电磁继电器K1；32.控制马达正转的接线端子P5；33.电阻R13；34.马达正转显示灯；35.功率放大三极管Q1；36.电容C5；37.液晶1602；38.电阻R17；39.电容C8；40.光耦6N137；41.电容C9；42.电阻R18；43.电磁继电器K3；44.功率放大三极管Q3；45.马达正转扭矩控制电位计；46.马达反转扭矩控制电位计；47.马达扭矩控制接线端子；48.马达转速控制接线端子；49.马达转速控制电位计；50.马达转速数据采集A/D；51.马达扭矩数据采集A/D；52.限流电阻R19；53.开始按键；54.限流电阻R20；55.保压灯；
交流电机通电，带动YUKEN变量柱塞泵04E电液比例压力流量控制型A16-FR转动，此时24V电源引入开关没有按下，所以给YUKEN油研放大器YC9L-1172-30供电的24V电源引出接线端子没有电源输出，所以YUKEN变量柱塞泵04E电液比例压力流量控制型A16-FR不输出压力和流量，液压系统部供油。
按下VCC引入开关S1,给以stc89c52为核心的电路板通电，此时VCC引入显示灯亮，显示通电成功。调节马达正转扭矩控制电位计、马达反转扭矩控制电位计和马达转速控制电位计，使马达扭矩控制接线端子的引脚2及马达转速控制接线端子的引脚2输出0～VCC模拟信号，此信号一方面经过流量、压力数据采集模块送入单片机，并从LCD1602液晶实时显示出来，另一方面送入YUKEN油研放大器YC9L-1172-30，从而作用于YUKEN变量柱塞泵04E电液比例压力流量控制型A16-FR控制马达的转速和开关阀扭矩。
按下24V电源引入开关，此时24V电源引入显示灯亮，显示通电成功，24V电源引出接线端子给YUKEN油研放大器YC9L-1172-30供24V的电，因此YUKEN变量柱塞泵04E电液比例压力流量控制型A16-FR工作，系统按调定好的压力和流量供油。但由于电磁继电器K1没有动作，控制马达正转的接线端子P5没有给三位四通电磁换向阀(M型)供电，三位四通电磁换向阀(M型)处于中位溢流状态，所以马达不转动。
按一下开始按键，马达正反转控制模块(图5)中两套电磁继电器在设定好的程序的控制下有规律的一次导通的断开，因此两套控制马达正转的接线端子以相同的规律通断，三位四通电磁换向阀以此规律换向，马达按照设定的扭矩和转速以此规律正反转运转，并通过小齿轮带动大齿轮完成阀杆及阀头的上下运动，进而实现开阀和关阀的动作，液晶显示部分显示开关阀的次数，当开关阀门次数达到设定的值时，阀门停止开关阀动作，保压灯亮，提示对阀门进行保压，系统停止运行。为防止事故发生，应用STC89C52RC自带的看门狗功能，当程序运行不正常时，系统停止运行。
Claims (2)
1.通海阀启闭可靠性试验装置，其特征在于：电源模块(5)采用台湾明纬双路输出开关电源，型号为：NED-100B 100W 5V10A+24V3.5A；电源模块(5)给stc89c52为核心的电路板(6)供电5V电源，为YUKEN油研放大器YC9L-1172-30(4)供电24V电源；
以stc89c52为核心的电路板(6)包括stc89c52单片机最小系统，VCC电源接入及24V电源接入接出模块，马达正反转控制模块，液晶显示模块，马达转速、扭矩调节模块，马达转速、扭矩数据采集模块，阀门点动复位模块，保压灯提示模块：stc89c52单片机最小系统，包括stc89c52rc单片机(12)，stc89c52rc单片机(12)的15、16引脚接晶振(13)及电容C1、C2(14)，stc89c52rc单片机(12)的P0口接上拉电阻R1-R8(15)，下载模块接线端子(16)共有四个引脚，其引脚2与stc89c52rc单片机(12)的引脚7相连，引脚3与stc89c52rc单片机(12)的引脚5相连；
VCC电源接入及24V电源接入接出模块,VCC引入接线端子(17)的引脚1接地，引脚2连接VCC引入开关(18)的左端，VCC引入开关(18)的右端引入VCC，限流电阻R9(19)与VCC引入显示灯(20)串联后再与滤波电容C3(21)并联后接入VCC电源的回路中；24V电源引入接线端子(22)引脚1接地，引脚2连接24V电源引入开关(23)的左端并引入24V电源，限流电阻R10(24)与24V电源引入显示灯(26)串联之后接入24V电源回路中，24V电源引出接线端子(25)的引脚1连接24V电源引入开关(23)的右端，引脚2接地；
马达正反转控制模块，其中正转控制和反转控制电路完全相同，限流电阻R11(27)的左端接stc89c52rc单片机(12)的19引脚，限流电阻R11(27)的右端接光耦6N137U2(29)的引脚3，光耦6N137U2(29)的引脚2引入VCC，并经过电容C4(28)滤波，光耦6N137U2(29)的引脚7、8接VCC，引脚6经过上拉电阻R12(30)作用后接入功率放大三极管Q1(35)的集极，从而控制电磁继电器K1(31)的通断；光耦6N137U2(29)的引脚5接地，并且通过电容C5(36)与VCC相连接；电磁继电器K1(31)引入24V电源，常开触点接控制马达正转的接线端子P5(32)的引脚1，并且通过电阻R13(33)及马达正转显示灯(34)接地；
液晶显示模块采用液晶1602(37)，其引脚1、3、16接地，引脚2、15接VCC，引脚7～14接stc89c52rc单片机(12)的P1口，引脚4～6接stc89c52rc单片机(12)的P00、P01、P02口；
马达转速、扭矩调节模块，限流电阻R17(38)的左端接stc89c52rc单片机(12)的P23口，限流电阻R17(38)的右端接光耦6N137U5(40)的引脚3，光耦6N137(40)的引脚2引入VCC，并经过电容C8(39)滤波，光耦6N137U5(40)的引脚7、8接VCC，光耦6N137U5(40)的引脚5接地，并且通过电容C9(41)与VCC相连接，引脚6经过上拉电阻R18(42)作用后接入功率放大三极管Q3(44)的集极，从而控制电磁继电器K3(43)的通断；电磁继电器K3(43)引入VCC电源，其常开触点接马达正转扭矩控制电位计(45)，其常闭触点接马达反转扭矩控制电位计(46)，两个电位计(45、46)的信号输出端接在一起并且连接在马达扭矩控制接线端子(47)的引脚2上；马达转速控制电位计(49)接入VCC回路，其输出端接马达转速控制接线端子(48)的引脚2上；
马达转速、扭矩数据采集模块，马达转速数据采集A/D TLC1549(50)及马达扭矩数据采集A/D TLC1549(51)都采用TLC1549芯片，两芯片的引脚2分别引入马达转速及扭矩信号，并且把转换后的数字信号传递给stc89c52rc单片机(12)；
阀门启动模块，限流电阻R19(52)的左端接VCC，右端与stc89c52rc单片机(12)的P25口及开始按键(53)的左端相接，开始按键(53)的右端接地；
保压灯提示模块，限流电阻R20(54)的左端接stc89c52rc单片机(12)的P24口，右端接入保压灯(55)；
交流电机(3)带动YUKEN变量柱塞泵04E电液比例压力流量控制型A16-FR(2)工作，并通过马达扭矩控制接线端子(47)的引脚2接入YUKEN油研放大器YC9L-1172-30(4)进行马达开关阀扭矩的调节；通过马达转速控制接线端子(48)的引脚2接入YUKEN油研放大器YC9L-1172-30(4)进行马达转速的调节；
控制马达正转的接线端子P5(32)的引脚1向外接在电磁继电器K1(31)的控制端，stc89c52rc单片机的P21、P22口控制电磁继电器K1(31)的通断，实现三位四通电磁换向阀换向，从而控制马达(10)的正反转及停止。
2.根据权利要求1所述的通海阀启闭可靠性试验装置，其特征在于：以马达为驱动源的被试验的一种阀门(1)包括马达(10)、小齿轮(11)、大齿轮(8)、阀杆及阀头(9)；马达(10)的转动带动小齿轮(11)转动，小齿轮(11)带动大齿轮(8)转动；大齿轮(8)与阀杆及阀头(9)通过螺纹连接，大齿轮(8)的转动通过螺纹连接带动阀杆及阀头(9)上下运动。
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| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170215 |