[摘要]

采用新型压缩空气动力源、可调式弹性滚动测试轮、多位双向安装盘及模块化集成控制线路等一系列新设计的新型多功能大容量开关寿命试验机。可同时测试的开关数量达到了72个之多，自投入使用以来，提高了测试工作的效率，整机运行稳定无故障。适用于大型测试中心大批量、多品种的环境下使用。

一、前言
    随着电气附件新产品的不断升级换代，需要测试和抽检的家用型低压开关无论数量还是品种都是日益繁多，而原有的开关寿命试验机已型号陈旧，存在着装夹工序繁琐、无法调整速度和节拍的缺点，最致命的还是容量太小的固有缺陷，使得只对原机进行技改的想法失去了意义，为此我们从2002年开始了新型试验机的研制。

二、主机硬件的设计方案确定及计算

1.动力系统的确定

目前常见的是电机(可调速)→减速箱→传动齿轮部件→测试头这类结构，它工作很稳定可靠性亦不错，但整机比较笨重、造价高且无法方便准确地调整运动时间节奏，容量又太小。若要改进不足增加功能，则会使整台设备复杂性和成本等有所提高，考虑到本公司大量使用气动工具和工夹具的现状，故我们决定尝试改用以压缩空气为驱动的气动力源来替代原有结构。为满足开关寿命试验机的工作需要，要求必须有稳定可靠的动力输出和相当长的使用寿命，而气动元器件的技术指标完全可以达到这一点。

2.测试方案的确定

开关寿命试验即是模拟实际使用情况，在加载负载的情况下根据相关国家标准规定，对开关进行通断测试。为尽可能模拟实际使用中人体手指的动作，达到最佳结果，经过多次研究筛选，最终确定了两个方案。

方案一，采用两只微型气缸轮番工作，一号缸首先向下运动，活动测试头将开关顶到底完成开或关的动作，然后一号缸向上复位，规定间隔时限后二号缸动作，重复一号缸的行程完成关或开的动作，如此周而复始开关始终处于一个一通一断的循环状态。其中油压缓冲器用来减少测试头的冲击力，气动机构不如齿轮传动机构平稳精确，因此无论哪种方案都必须附加弹性缓冲装置，以便测试过程的顺利进行。

利用弹性可调滚轮作为开关测试头，由气缸工作来回运动，滚轮测试头在开关上异向来回滚动，达到按动开关一通一断的目的。

方案一最大程度地仿真了人体手指的动作，工作平稳力量可调，控制系统简单明了易于使用，对近几年来流行的大翘板式开关尤其适合。但从图1可以看出，方案一对钮扣式开关来说，两个微型气缸间距太小调整受限制，并不是个好的解决方案。

方案二是利用弹性滚轮的滚动磨擦力，达到仿真目的。相比之下它不如方案一在技术上完美仿真度高，但它的优点是适应性好调整方便简单，一个气缸便可安装6—-9个滚轮测试头，初步设计使用三只气缸就最多可同时测试72个产品。

经上述分析，为达到本机之大容量设计初衷，方案二具有绝对优势，而方案一测一个产品就需两套独立的测试装置，成本自然高企不下，且由于是上下安装，每次装夹开关和调整测试位置都会消耗大量时间。因此，采用方案二是必然的选择。

确定主机方案后，首先计算动力，本公司用的低压压缩空气最大输出压强P为0.6Mpa即6Kgf/C㎡,气缸实际输出力=A×P,A是气缸截面积，考虑到回程时的实际输出力小于前进行程段，故实际最低输出力=π/4(D×D-d×d)×P，D是气缸缸径，d是气缸活塞杆直径。正常工作气压0.25MPa～0.6MPa, 若采用缸径40mm的导杆气缸，则实际最低输出力=π/4(4×4-1.6×1.6)×2.5≈26.4(Kgf),同理可得：实际最大输出力≈63.3Kgf，完全可以满足大容量试验机的要求。

在安装夹具上，为了适应如M120、M86等多系列多品种的不同尺寸，设计了多位双向安装盘，方便各个系列产品的装夹，另外还可以通过多种小附件的快速更换，使非标产品如外贸件亦可顺利完成测试工作。

3.控制系统的设计

采用SIEMENS公司的LOGO控制电磁阀，电磁阀的通断控制汽缸的动作，对汽缸的动作要求能灵活控制。

要求如下:

使用LOGO动作机构的时间间隔任意可调；

动作的机构的动作顺序任意可调；

设定动作次数，置循环时间，到达后可输出一个数字信号，以控制主电路；

数字式计数器对每一路负载进行单独计数。

LOGO！的解决方案

    新型的LOGO界面可显示动作汽缸的状态，应本设备要求同时分别控制三个汽缸任意输 出， 故选用LOGO！24。输入点数8点，输出点数4点，输出类型是晶体管电流源。通过编制不同的程序能达到不同的要求，在参数设置模式下，可以直接更改动作参数而不需更改程序，采用这个办法，不需要切换到编程模式就能编辑参数，其优点是显而易见的。编制程序时可通过手动输入，也可通过232串口和计算机相连，输入运算符编制程序，编制的程序可模拟运行。控制机柜上四个按键，对应的键按下，执行相应的机构输出，4号键按下，总关。发光管显示汽缸的输出状态，亮表示有输出，灭表示汽缸回程。

4.显示电路的设计

显示电路用于对负载进行计数，并可以清零，采用数字显示控制，采用五位显示位数。

5.系统软件的设计

本软件程序分为输入和输出两部分，编程采用模块编程，即采用LOGO的元素扩展线路、功能块。LOGO中功能块是将输入信息转换成输出信息，对LOGO编程是将连接器连接到功能块。需从Connector中简单地选择所需的连接，最简单的功能块是逻辑运算。

LOGO提供特殊功能块，有脉冲触发器、计数器、接通延时等，使用功能非常强大，各不同模块的结合，编制不同的程序。

根据不同的测试开关，进行操作的速率是不同的，如：额定电流不大于10A的开关，每分钟30次操作；额定电流大于10A但小于25A的开关，每分钟15次操作；额定电流不小于25A的开关，每分钟7.5次操作。可改变直接改变LOGO里RS触发器的通断设定值，达到所要求的速率，通断时间精度达0.01s。LOGO具有非常强大的功能，可使输出汽缸任意动作，可以实现联动，也可以实现顺序动作，这可通过改变程序达到要求。试验通常要求预置一定的通断次次数，到达试验次数后，输出一个信号控制主电路。LOGO非常容易的做到了这一点。

1.在任何时间，均可根据需要更改设置时间，完全满足产品的测试要求。

2.LOGO控制的负载即是电磁阀，因电磁阀的驱动是24V、150mA，LOGO带晶体管的输出能提供24V、300mA，因而直接将电磁阀连接到LOGO。

3.需要的开关器件少，更加节省空间。

4.对整个控制系统很容易修改。

5.比以前的解决方案采用机械凸轮控制的使用更少的部件，更加方便，稳定，可靠。

三、结论

本系统经半年连续使用证明，启动停车过程平稳，速度可通过流量阀调节，定位精确无超调，响应速度完全满足试验需要，效果良好。

(作者简介  杭州鸿雁电器公司  品质保证部  工程师)

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