摘 要：为了满足气压传动科研过程中“气电一体化”控制实验的需求，本项目研制了多功能组合式实验台架。通过计算机实现实验操作数据的设计、系统执行元件的控制、实验数据的处理和实验曲线的输出。与传统的气压传动实验台相比，能够实现气动系统控制过程的自动化、可视化、数字化，有效提高实验效率，显著提高学生学习兴趣。
关键词：气压传动；实验台架；组合式
中图分类号：TH138 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）03-0092-02
Abstract： In order to meet the demand of "gas and electricity integration" control experiment in the process of pneumatic transmission research， a multifunctional combined test bench was developed in this project. The design of experimental operation data， the control of system execution element， the processing of experimental data and the output of experimental curve are realized by computer. Compared with the traditional pneumatic transmission test bench， it can realize the automation， visualization and digitization of the pneumatic system control process， effectively improve the experimental efficiency and significantly improve the students" interest in learning.
Keywords： pneumatic transmission； experimental bench； combined type
气动技术因为具有高效、节能、环保、成本低、结构简单等优点，在各种生产线上都有广泛应用。随着经济和工业的发展，食品、医药等行业发展水平飞速提高，对高效率和自动化生产线的要求越来越高[1]。气压传动实验台是应用在气压与液压传动技术实践课程当中的实验装置。气压与液压传动技术实践课程是许多高校机械专业学生的实践必修课，所以气压传动实验台在高等院校专业教学当中的应用非常广泛。本文所介绍的是气压传动系统多功能组合式实验台架的设计过程。与传统气压实验台相比，本项目所设计的组合式多功能气压传动实验台架是开放式的。在这个平台上，学生们能够自行设计和组装气动控制电路。通过这种方式，学生们会更有动力去学习，培养他们的实践能力，通过实践经验了解理论知识，实现理论与实践的和谐统一。不仅如此，本设计既可用于教学实验，更适合工业用阀组和控制元器件的组装，实现控制过程的数字化、自动化和可视化，达到教学科研二者兼顾[2]。可以显著提高学生学习兴趣，激发学生创造力，培养创新精神。
1 气压传动系统多功能组合式实验台架的工作原理
气压传动系统多功能组合式实验台架的工作原理是：计算机作为上位机控制该实验台架所在的气动系统，根据人为设置的数据，通过输出模拟信号控制气动系统的执行机构，可以根据设定的值自动调节流量和压力，并进行闭环控制。实验台安装教学或研究相关传感器，如压力、流量、速度传感器，通过数据采集卡，实验数据被传送到到计算机软件进行处理，虚拟仪器直接输出相关曲线，直观显示实验结果。实验台架所在的气动系统控制原理如图1所示。
2 实验台架的总体结构设计
查阅国内外有关文献，收集气动系统实验台架、控制阀组、传感器和继电器等相关元器件的技术资料和设计参数，结合实验台架工作特点进行分析和研究，确定整个机身的设计；应用CAD/CAE机械设计和虚拟仿真软件，进行台架的整体结构设计和各部分零件的详细设计；建立整机和零件的虚拟装配，建立整个机器的三维模型，制作虚拟样机显示和工作流程仿真视频。
气压传动系统多功能组合式实验台架主要由实验台框架、电气控制系统支架、升降机构和底座等四部分组成，整机机械结构外部框架如图2所示。升降台与实验台框架、电器控制系统支架和底座形成了内外结构。设计成这种结构的好处，一方面实现空间高效利用；另一方面把升降机构放置在实验平台的内部，能够降低外界因素的干扰，有效提高实验数据准确度。底座上的6根钢条与电气控制系统支架的顶部连接，实现了升降机运动对外部平台影响的减弱，显著提高整个台架的稳定性。
3 实验台架结构详细设计方案
气压传动系统多功能组合式实验台架底座是整个台架的全部承重部位，要用密度较大的材料以保证整个台架的平衡，底座几乎承载了整个机身的重量，所以它应该具有较强的刚度。实验台框架要放置实验辅助用具以及计算机，故它要有良好的承重性；同时它是整个台架唯一可以与外界联通的地方，为了方便日后的保养和维修，应当做到可以打开并且材料密度不能太大。电气控制系统支架支撑着整个气压传动系统，为了防止升降台上下运动对支架造成拉伸和挤压导致支架变形，该部分要有较强的刚度，且不易变形。升降机构因为长期经受摩擦，故材料要有较强的耐磨性能；粗糙度低的材料能够有效降低实验误差；升降机顶部因为要运动，所以材料的密度需要根据工作缸的工作特点测算之后选择；另外因为工作缸内压强大，工作缸的材料要有较强的刚度，不易变形。连接底座和电气控制系统支架的六根钢条起连接和支撑作用，故要有很好的刚度特性和韧性，不易变形。因为实验台架要连接传感器、计算机和信息采集卡，所以实验台架的外部不能完全封閉，要预留出接口线可以通过的圆孔。为了保护内部结构，外部材料要有韧性，抗碰撞。为整个台架的重量考虑，外壁应选择密度较小的材料，以便于运输。
4 结束语
由于气压传动系统多功能组合式实验台架需要与计算机、传感器和信息采集卡等仪器组合使用，所以在加工之前需要设计合理的尺寸，以便它们能够最大限度的利用空间且有效的相互配合。考虑到普及问题，整个台架要实现体积最小化，重量最轻化，以便于运输，节约空间。气压传动系统多功能组合式实验台架满足了气压传动科研过程中“气电一体化”控制实验的需求，实现了气动系统控制过程的自动化、可视化、数字化，有效提高学生学习兴趣， 激发创新意识，培养创新能力，有广阔的前景。
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