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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 智能振動(dòng)時(shí)效控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 振動(dòng)時(shí)效是在激振器的周期性外力作用下，使工件獲得足夠大的振動(dòng)能量，產(chǎn)生交變的動(dòng)應(yīng)力，動(dòng)應(yīng)力與工件殘余應(yīng)力相互疊加，驅(qū)使工件產(chǎn)生振動(dòng)，使大量位錯(cuò)組織一部分釘扎在雜質(zhì)上，另一部分聚集到晶粒間界上，還有一部分位錯(cuò)獲得足夠大的能量，穿過晶界而進(jìn)入到另一個(gè)晶粒內(nèi)，以此來消除工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力。振動(dòng)時(shí)效具有時(shí)效周期短、能耗低、效率高等優(yōu)點(diǎn)，被稱為二十一世紀(jì)高效節(jié)能環(huán)保的新技術(shù)。本作品通過對振動(dòng)時(shí)效控制系統(tǒng)的研究，設(shè)計(jì)了以高速單片機(jī)80C320為核心部件, 包括加速度采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、PWM脈沖輸出模塊，USB數(shù)據(jù)存儲模塊、鍵盤輸入模塊和LCD顯示模塊等關(guān)鍵模塊；采用智能算法，在線處理振動(dòng)過程中采集到的數(shù)據(jù)，自動(dòng)判斷工件的共振頻率并實(shí)時(shí)顯示振動(dòng)曲線。最后依據(jù)國標(biāo)JB/T 5926-91的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，根據(jù)振動(dòng)處理過程中振幅時(shí)間（A-t）曲線或振前、振后的振幅頻率（a-f）曲線的變化來對振動(dòng)時(shí)效效果進(jìn)行判定的計(jì)算機(jī)智能控制系統(tǒng)。
- 詳細(xì)介紹：
- 本系統(tǒng)以高速單片機(jī)（80C320）為主控制器進(jìn)行系統(tǒng)存儲器的擴(kuò)展和外圍電路擴(kuò)展，與目前現(xiàn)有振動(dòng)時(shí)效系統(tǒng)相比的優(yōu)點(diǎn)有： 1.增強(qiáng)加了系統(tǒng)工作頻率范圍（頻率范圍增之1～400Hz）,實(shí)現(xiàn)了曲線的LCD實(shí)時(shí)顯示； 2.設(shè)計(jì)了具有手動(dòng)控制、自動(dòng)控制的兩種操作方式及在線離線兩種工作模式的軟件系統(tǒng)； 3.在自動(dòng)控制操作方式下采用智能算法對振動(dòng)效果進(jìn)行自動(dòng)判斷，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的智能控制； 4.對振動(dòng)時(shí)效的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了基于USB技術(shù)的U盤存儲，便于數(shù)據(jù)的后繼分析，也為后繼的科研保存了原始數(shù)據(jù)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)發(fā)明目的：利用單片機(jī)控制系統(tǒng)，根據(jù)振動(dòng)時(shí)效國家標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需要開發(fā)出一款目前國內(nèi)先進(jìn)的振動(dòng)時(shí)效控制系統(tǒng)。 基本思路：以克服目前國內(nèi)振動(dòng)時(shí)效控制系統(tǒng)掃頻范圍窄、操作繁瑣、智能化程度低等缺點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)一款掃頻范圍寬（1Hz～400Hz）、操作簡單（具有薄膜鍵盤輸入、高分辨率真彩色LCD顯示）、具有自動(dòng)判斷時(shí)效效果的智能型振動(dòng)時(shí)效控制系統(tǒng)。 創(chuàng)新點(diǎn)：1.采用高分辨率真彩色LCD顯示技術(shù)，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)時(shí)效曲線（a-t曲線）、掃頻曲線（a-f曲線）的實(shí)時(shí)顯示； 2.開發(fā)出具有手動(dòng)控制、自動(dòng)控制的兩種操作模式的振動(dòng)時(shí)效工作方式，方便用戶操作； 3.利用智能算法實(shí)現(xiàn)振動(dòng)時(shí)效效果的自動(dòng)判斷和結(jié)果分析； 4. 實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)時(shí)效數(shù)據(jù)的USB存儲。 技術(shù)關(guān)鍵： 1.振動(dòng)加速度峰值的正確檢測； 2.掃頻和振動(dòng)時(shí)效頻率脈沖的穩(wěn)定連續(xù)準(zhǔn)確輸出；3.掃頻曲線和振動(dòng)時(shí)效曲線的實(shí)時(shí)連續(xù)顯示； 4.數(shù)據(jù)存儲器及外設(shè)接口的擴(kuò)展； 5.諧振頻率和振動(dòng)時(shí)效效果的自動(dòng)分析與判斷。 主要技術(shù)指標(biāo)： 1.掃頻頻率范圍1～400Hz，頻率步進(jìn)0.1Hz; 2.電流輸出控制范圍1～15A； 3.加速度采集范圍0～200米/平方秒； 4.掃頻時(shí)間（10～400Hz)不大于6分鐘； 5.振動(dòng)時(shí)效時(shí)間范圍1～60分鐘。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 該系統(tǒng)以振動(dòng)時(shí)效機(jī)理為依據(jù)設(shè)計(jì)振動(dòng)時(shí)效控制系統(tǒng)：根據(jù)實(shí)際應(yīng)用背景及使用要求，設(shè)計(jì)合理的加速度信號檢測電路，實(shí)現(xiàn)加速度值的正確檢測；對檢測到的加速度值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，在LCD液晶屏上繪制顯示加速度與頻率之間掃頻曲線(a-f曲線)及加速度與時(shí)間之間的振動(dòng)時(shí)效曲線（a-t曲線）；同時(shí)根據(jù)a-f曲線和a-t曲線對振動(dòng)時(shí)效效果進(jìn)行智能判斷并可對時(shí)效數(shù)據(jù)進(jìn)行U盤存儲；同時(shí)輸出掃頻脈沖（PWM信號）和采用D/A轉(zhuǎn)換輸出控制電流對激振器進(jìn)行振動(dòng)控制。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2009年5月，蘭州，共青團(tuán)甘肅省委，甘肅省第七屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽，一等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 協(xié)商確定
作品可展示的形式
- 圖片，視頻，實(shí)物
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 使用說明：智能振動(dòng)時(shí)效控制系統(tǒng)分在線/離線兩種工作模式，在線模式是上位機(jī)（PC機(jī)）對下位機(jī)（單片機(jī)）進(jìn)行控制工作，下位機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)不進(jìn)行參數(shù)輸入操作;離線模式是單片機(jī)系統(tǒng)通過鍵盤輸入對振動(dòng)時(shí)效進(jìn)行操作控制。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢：采用計(jì)算機(jī)控制，掃頻范圍寬，掃頻速度快，頻率精度高，成本低，自動(dòng)化程度高，界面友好，可靠性高。 適應(yīng)范圍：可應(yīng)用于機(jī)械加工、車床制造、機(jī)車、鑄造、鍛壓、礦山、冶金、電機(jī)、水泵、紡織、焊接等行業(yè)。 推廣前景：由于該系統(tǒng)基本代表國內(nèi)當(dāng)前振動(dòng)時(shí)效控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，振動(dòng)時(shí)效控制系統(tǒng)是一種實(shí)用性很強(qiáng)的系統(tǒng)，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測：與自然時(shí)效(NSR)相比可以縮短6～12個(gè)月的時(shí)效周期，與熱時(shí)效(TSR)）相比更加節(jié)能環(huán)保。 以甘肅綠色環(huán)境技術(shù)有限責(zé)任公司（中小型企業(yè)、每個(gè)月熱時(shí)效處理50～100件大型工件）進(jìn)行熱時(shí)效的為例，振動(dòng)時(shí)效可在能源消耗上降低50萬元/年的成本，時(shí)間上可減少70～80%的工作量（工時(shí)數(shù)）。振動(dòng)時(shí)效消除金屬殘余應(yīng)力經(jīng)濟(jì)效益顯著。
同類課題研究水平概述
- 目前，國外專門生產(chǎn)和應(yīng)用振動(dòng)時(shí)效設(shè)備為客戶進(jìn)行振動(dòng)消除應(yīng)力，并研究其工藝和機(jī)理的公司并不多，影響比較大的主要有：美國馬丁公司，英國應(yīng)力消除公司等，他們在VSR(Vibratory Stress Relieve)技術(shù)方面的研究主要用在飛機(jī)、造船、機(jī)車車輛制造等行業(yè)，而國內(nèi)外廣大機(jī)械制造、金屬加工處理廠家對振動(dòng)時(shí)效設(shè)備的需求量也非常大。 70年代后期起，國內(nèi)開始注意“V.S.R”技術(shù)，同國外一樣，這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)展也十分緩慢。之后由中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)組織攻關(guān)，“八五”期間工藝基本成熟，準(zhǔn)備推廣，“九五”、“十五”期間，中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)牽頭繼續(xù)對振動(dòng)時(shí)效的技術(shù)關(guān)鍵—激振器和控制裝置的智能化進(jìn)行完善。采用振動(dòng)原理消除應(yīng)力，其效果的好壞不僅與激振器所采用的磁致伸縮材料的伸縮特性、動(dòng)力學(xué)控制特性有關(guān)，而且還與振動(dòng)時(shí)效控制系統(tǒng)功能的強(qiáng)弱及智能化程度有關(guān)，也可以說振動(dòng)時(shí)效的關(guān)鍵技術(shù)是激振器性能的強(qiáng)弱（包括振動(dòng)材料的伸縮特性和動(dòng)力學(xué)控制特性）和控制系統(tǒng)功能的強(qiáng)弱及智能化程度。 近年來，國內(nèi)對振動(dòng)時(shí)效技術(shù)進(jìn)行研究的主要單位有浙江大學(xué)、大連理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等高等院校。這些單位科研成果的共同特點(diǎn)是偏重于對振動(dòng)時(shí)效工藝和機(jī)理進(jìn)行研究，即在振動(dòng)時(shí)效激振器的所用材料的特性、振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特性等方面的研究取得了較大成果，在振動(dòng)時(shí)效控制系統(tǒng)的研究方面在相對有所欠缺。 目前，振動(dòng)時(shí)效在生產(chǎn)實(shí)踐中成功應(yīng)用的例子不少，市場銷售條件已成熟。但至今為止，國內(nèi)僅有少數(shù)幾家專業(yè)廠家生產(chǎn)振動(dòng)時(shí)效裝置的產(chǎn)品，他們主要是是濟(jì)南西格馬（sigmar）科技有限公司、海倫環(huán)天振動(dòng)時(shí)效設(shè)備（集團(tuán)）有限公司、大連環(huán)宇振動(dòng)時(shí)效科技開發(fā)有限公司。這些公司的產(chǎn)品商遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場的巨大需要，況且大多數(shù)產(chǎn)品價(jià)格較貴，基本處于市場壟斷地位，因此我們有必要從市場需求狀況出發(fā)，抓住機(jī)遇，開發(fā)出性價(jià)比較高的產(chǎn)品，滿足社會(huì)需求。
