基本信息
- 项目名称：
- 智能振动时效控制系统的设计与实现
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 振动时效是在激振器的周期性外力作用下，使工件获得足够大的振动能量，产生交变的动应力，动应力与工件残余应力相互叠加，驱使工件产生振动，使大量位错组织一部分钉扎在杂质上，另一部分聚集到晶粒间界上，还有一部分位错获得足够大的能量，穿过晶界而进入到另一个晶粒内，以此来消除工件内部的残余应力。振动时效具有时效周期短、能耗低、效率高等优点，被称为二十一世纪高效节能环保的新技术。本作品通过对振动时效控制系统的研究，设计了以高速单片机80C320为核心部件, 包括加速度采集模块、A/D转换模块、D/A转换模块、PWM脉冲输出模块，USB数据存储模块、键盘输入模块和LCD显示模块等关键模块；采用智能算法，在线处理振动过程中采集到的数据，自动判断工件的共振频率并实时显示振动曲线。最后依据国标JB/T 5926-91的标准规定，根据振动处理过程中振幅时间（A-t）曲线或振前、振后的振幅频率（a-f）曲线的变化来对振动时效效果进行判定的计算机智能控制系统。
- 详细介绍：
- 本系统以高速单片机（80C320）为主控制器进行系统存储器的扩展和外围电路扩展，与目前现有振动时效系统相比的优点有： 1.增强加了系统工作频率范围（频率范围增之1～400Hz）,实现了曲线的LCD实时显示； 2.设计了具有手动控制、自动控制的两种操作方式及在线离线两种工作模式的软件系统； 3.在自动控制操作方式下采用智能算法对振动效果进行自动判断，实现了真正意义上的智能控制； 4.对振动时效的数据实现了基于USB技术的U盘存储，便于数据的后继分析，也为后继的科研保存了原始数据。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计发明目的：利用单片机控制系统，根据振动时效国家标准结合实际生产需要开发出一款目前国内先进的振动时效控制系统。 基本思路：以克服目前国内振动时效控制系统扫频范围窄、操作繁琐、智能化程度低等缺点为出发点，设计一款扫频范围宽（1Hz～400Hz）、操作简单（具有薄膜键盘输入、高分辨率真彩色LCD显示）、具有自动判断时效效果的智能型振动时效控制系统。 创新点：1.采用高分辨率真彩色LCD显示技术，实现振动时效曲线（a-t曲线）、扫频曲线（a-f曲线）的实时显示； 2.开发出具有手动控制、自动控制的两种操作模式的振动时效工作方式，方便用户操作； 3.利用智能算法实现振动时效效果的自动判断和结果分析； 4. 实现了振动时效数据的USB存储。 技术关键： 1.振动加速度峰值的正确检测； 2.扫频和振动时效频率脉冲的稳定连续准确输出；3.扫频曲线和振动时效曲线的实时连续显示； 4.数据存储器及外设接口的扩展； 5.谐振频率和振动时效效果的自动分析与判断。 主要技术指标： 1.扫频频率范围1～400Hz，频率步进0.1Hz; 2.电流输出控制范围1～15A； 3.加速度采集范围0～200米/平方秒； 4.扫频时间（10～400Hz)不大于6分钟； 5.振动时效时间范围1～60分钟。
科学性、先进性
- 该系统以振动时效机理为依据设计振动时效控制系统：根据实际应用背景及使用要求，设计合理的加速度信号检测电路，实现加速度值的正确检测；对检测到的加速度值进行A/D转换，在LCD液晶屏上绘制显示加速度与频率之间扫频曲线(a-f曲线)及加速度与时间之间的振动时效曲线（a-t曲线）；同时根据a-f曲线和a-t曲线对振动时效效果进行智能判断并可对时效数据进行U盘存储；同时输出扫频脉冲（PWM信号）和采用D/A转换输出控制电流对激振器进行振动控制。
获奖情况及鉴定结果
- 2009年5月，兰州，共青团甘肃省委，甘肃省第七届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛，一等奖。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 协商确定
作品可展示的形式
- 图片，视频，实物
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：智能振动时效控制系统分在线/离线两种工作模式，在线模式是上位机（PC机）对下位机（单片机）进行控制工作，下位机单片机系统不进行参数输入操作;离线模式是单片机系统通过键盘输入对振动时效进行操作控制。 技术特点和优势：采用计算机控制，扫频范围宽，扫频速度快，频率精度高，成本低，自动化程度高，界面友好，可靠性高。 适应范围：可应用于机械加工、车床制造、机车、铸造、锻压、矿山、冶金、电机、水泵、纺织、焊接等行业。 推广前景：由于该系统基本代表国内当前振动时效控制系统的发展趋势，振动时效控制系统是一种实用性很强的系统，具有广阔的推广应用前景。 经济效益预测：与自然时效(NSR)相比可以缩短6～12个月的时效周期，与热时效(TSR)）相比更加节能环保。 以甘肃绿色环境技术有限责任公司（中小型企业、每个月热时效处理50～100件大型工件）进行热时效的为例，振动时效可在能源消耗上降低50万元/年的成本，时间上可减少70～80%的工作量（工时数）。振动时效消除金属残余应力经济效益显著。
同类课题研究水平概述
- 目前，国外专门生产和应用振动时效设备为客户进行振动消除应力，并研究其工艺和机理的公司并不多，影响比较大的主要有：美国马丁公司，英国应力消除公司等，他们在VSR(Vibratory Stress Relieve)技术方面的研究主要用在飞机、造船、机车车辆制造等行业，而国内外广大机械制造、金属加工处理厂家对振动时效设备的需求量也非常大。 70年代后期起，国内开始注意“V.S.R”技术，同国外一样，这项技术的进展也十分缓慢。之后由中国机械工程学会组织攻关，“八五”期间工艺基本成熟，准备推广，“九五”、“十五”期间，中国机械工程学会牵头继续对振动时效的技术关键—激振器和控制装置的智能化进行完善。采用振动原理消除应力，其效果的好坏不仅与激振器所采用的磁致伸缩材料的伸缩特性、动力学控制特性有关，而且还与振动时效控制系统功能的强弱及智能化程度有关，也可以说振动时效的关键技术是激振器性能的强弱（包括振动材料的伸缩特性和动力学控制特性）和控制系统功能的强弱及智能化程度。 近年来，国内对振动时效技术进行研究的主要单位有浙江大学、大连理工大学、哈尔滨工业大学等高等院校。这些单位科研成果的共同特点是偏重于对振动时效工艺和机理进行研究，即在振动时效激振器的所用材料的特性、振动的动力学特性等方面的研究取得了较大成果，在振动时效控制系统的研究方面在相对有所欠缺。 目前，振动时效在生产实践中成功应用的例子不少，市场销售条件已成熟。但至今为止，国内仅有少数几家专业厂家生产振动时效装置的产品，他们主要是是济南西格马（sigmar）科技有限公司、海伦环天振动时效设备（集团）有限公司、大连环宇振动时效科技开发有限公司。这些公司的产品商远远满足不了市场的巨大需要，况且大多数产品价格较贵，基本处于市场垄断地位，因此我们有必要从市场需求状况出发，抓住机遇，开发出性价比较高的产品，满足社会需求。
