自行車零部件動態疲勞試驗設備的研制

鄭鈞 韋靜

摘要： 鑒于自行車零部件質量的優劣不僅關系到車輛本身的好壞，嚴重的更會增加人身安全風險，此文按照國際標準ISO 4210：2014《自行車安全要求》[1]，國家標準GB 14746—2006《兒童自行車安全要求》[2]的規定，基于可編程控制器系統，簡要地介紹了自行車零部件動態疲勞試驗設備的設計。

關鍵詞：PLC可編程控制器；伺服電動缸；伺服驅動器；位移傳感器

1 自行車零部件動態疲勞設備研發背景

我國是自行車出口大國，自行車產量、出口均占世界總量60%以上，但是中國自行車生產企業卻長期處在歐盟對華“雙反”政策壓力之下，同時歐洲標準化委員會（CEN）官方又于2014年10月31日發布新版自行車標準EN ISO 4210：2014，在車系和零部件測試部分更改了許多內容，這對想要出口歐洲的整車生產企業提出了更高的要求。為了保持我國自行車產業近年來良好的發展勢頭，更好地實現“走出去”，把我國自行車產業由大做強，我們必須要引導企業下大力量開發新產品，采用新技術，采用國際先進標準提升產品檔次，提升產品質量。這些都離不開檢測技術的服務。檢測技術與設備的不斷升級，跟隨和滿足國際社會最新標準和技術的要求，是促進我國自行車產業由世界大國向世界強國邁進的重要環節。為了打破發達國家對我國實行的技術貿易壁壘，同時本著對廣大騎行者安全的考慮，我們必須下力量研發新的檢測技術和手段，所以自行車零部件動態疲勞試驗設備的技術研發非常重要。鑒于以上原因，筆者決定研發自行車零部件動態疲勞設備，以解決出口產品達不到歐美國家要求的問題，同時努力推動“一帶一路、綠色創新、共享發展”，使“中國制造”走出去，與沿線國家進行互惠交流。

2 系統整體設計

筆者按照國際標準ISO 4210：2014《自行車安全要求》 [1]，國家標準GB 14746—2006《兒童自行車安全要求》 [2]的規定，設計了基于PLC可編程控制器和伺服電動缸相結合的測試系統。

該系統結構簡單實用，機械結構采用鋁合金和合金鋼材質，質量可靠，安裝調試使用滑動式結構和快拆結構，上下左右均可調節，便于自行車零部件的安裝調試。電氣部分使用工控主機箱和上位機顯示。系統電氣硬件工作框圖（圖1）顯示，該系統采用PLC可編程控制器作為主控模塊，PID模塊作為參數控制模塊，A/D數據采集模塊與壓力傳感器、位移傳感器結合作為數據采集接收部件，伺服電動缸作為執行部件，上位機作為顯示部件，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準力；通過控制伺服電機的轉速和正反轉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疲勞試驗，軟件部分使用梯形圖和VC作為PLC控制器和上位機編程語言，軟件設計結構嚴謹，實現整個系統中力、位移等多種變量控制算法的融合；通過PID參數精確預置解決系統中力值的穩定性問題，通過后期軟硬件聯機調試解決伺服電動缸的精確控制問題，使力值逐步增加，確保測量數據的準確性和可靠性。設備整體性能滿足多種自行車零部件的疲勞檢測要求，符合多項標準的規定。

設備的技術參數及性能指標：

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 結束語

此自行車零部件動態疲勞試驗設備產品的重點在技術創新上，試驗力可根據不同標準進行設定，集控制、測量、打印于一體，改變了傳統的質量檢測理念，實現自動檢測。希望此設備能成為行業質量檢測的度量衡，能對行業產品升級換代起到積極的促進作用，同時可以為我國自行車企業節省到國外檢測機構檢測的費用，促進企業主動開拓國際市場，實現與國際接軌。項目的完成將為我國產品出口到發達國家開辟節儉快捷的綠色通道，提升我國參與國際技術及商貿活動的話語權，由此建成支撐產業快速發展的技術和質量保障平臺，并帶動相關標準和檢測技術的提升，規范行業的檢測方法和檢測技術，提升我國整體制造業的水平，進而促進整個產業結構調整和產品升級換代，提高企業的安全意識，推動行業整體的科技進步。

參考文獻

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

[2]國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.兒童自行車安全要求：GB 14746—2006[S].北京：中國標準出版社，2007：1—1.