吳海波

摘要：球墨鑄鐵作為一種廉價(jià)的結(jié)構(gòu)材料，因其良好的耐磨性、減震性、低缺口敏感性以及優(yōu)良的切削加工性能和鑄造性能，已廣泛用于汽車、農(nóng)業(yè)機(jī)械、機(jī)床、冶金機(jī)械等多個(gè)領(lǐng)域，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。溫度變化對(duì)球墨鑄鐵的塑性、韌性、耐磨性等方面影響較大。高溫條件下，球墨鑄鐵的塑性將增強(qiáng)，韌性和耐磨性將降低。低溫時(shí)，球墨鑄鐵三個(gè)指標(biāo)均會(huì)下降，影響其工作性能。所以研究用于控制球墨鑄鐵件摩擦產(chǎn)生的溫度防止球墨鑄鐵件因溫度過(guò)高而老化的溫控系統(tǒng)十分必要。

關(guān)鍵詞：球墨鑄鐵；溫度控制

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）10-2439-04

Abstract： Ductile cast iron as a cheap material， because of its good wear resistance， shock absorption， and low notch sensitivity and excellent machining performance and casting performance， has been widely used in many fields of automobile， agricultural machinery， machine tools， metallurgy and machinery， which has important application value and broad application prospect. At the same time，the temperature change of ductile iron with plastic， toughness， wear resistance， impact. Under the condition of high temperature， plastic ductile cast iron will be enhanced， toughness and wear resistance will decrease. When the temperature is low， ductile iron three indexes will fall， affecting their work performance. So the research for the control of nodular cast iron friction temperature to prevent nodular cast iron and the aging temperature due to high temperature control system is very necessary.

Key words： Ductile iron； temperature control

1 總體設(shè)計(jì)分析

球墨鑄鐵件水冷溫控系統(tǒng)由球墨鑄鐵件溫度調(diào)節(jié)模塊，主控制電路，信號(hào)采集模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊，無(wú)線傳輸模塊，顯示模塊，繼電器控制模塊，報(bào)警模塊，自檢模塊組成。當(dāng)一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)有檢測(cè)到溫度信號(hào)時(shí)通過(guò)無(wú)線傳輸模塊到另一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)中檢測(cè)該溫度信號(hào)是否超過(guò)設(shè)定的溫度信號(hào)，如果超過(guò)設(shè)定值報(bào)警模塊報(bào)警，繼電器控制模塊動(dòng)作控制水閥的關(guān)斷。使用自檢功能，首先假設(shè)裝置發(fā)生故障時(shí)，上位機(jī)控制臺(tái)有異常顯示，同時(shí)下位機(jī)面板上的異常指示燈會(huì)亮，當(dāng)一旦發(fā)現(xiàn)異?？杉皶r(shí)更換裝置。如無(wú)法及時(shí)更換，下位機(jī)應(yīng)該仍可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制出水。

2 設(shè)計(jì)方案

1）主控制電路：使用STC89C52單片機(jī)構(gòu)建上下位機(jī)的主控制電路。

下位機(jī)需要完成溫度傳感信號(hào)采集與處理，電動(dòng)閥驅(qū)動(dòng)水冷噴淋功能，可以使用STC89C52單片機(jī)完成以上功能控制需求。此單片機(jī)是一款功耗很低、性價(jià)比高的8位微處理器，擁有容量為8K的可編程Flash 存儲(chǔ)器，能滿足本設(shè)計(jì)的邏輯控制需求。

2）溫度采集檢測(cè)電路：使用鉑熱電阻PT100溫度傳感器構(gòu)建溫度采集檢測(cè)電路。

球墨鑄鐵熱衰退區(qū)間一般在200℃～350℃，選用PT100可以滿足溫度檢測(cè)要求。鉑熱電阻PT100溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器，由于其測(cè)量準(zhǔn)確度高、測(cè)量范圍大和穩(wěn)定性好等，被廣泛用于中溫（-200℃～650℃）范圍的溫度測(cè)量中。

3）無(wú)線傳輸模塊：使用CC2430芯片構(gòu)建zigbee無(wú)線傳輸模塊。

為了保證高質(zhì)量的無(wú)線信號(hào)傳輸，選用采取zigbee技術(shù)的CC2430芯片。該芯片提供以ZigBee為基礎(chǔ)的2.4GHz ISM波段應(yīng)用。外圍系統(tǒng)的集成費(fèi)用低，集成后的功能較強(qiáng)。芯片集成了一個(gè)2.4GHz 直接序列擴(kuò)頻射頻收發(fā)器核心和一個(gè)8051處理器，可以滿足本設(shè)計(jì)對(duì)于無(wú)線通信功能的需求。

4）水冷模塊：使用電動(dòng)閥構(gòu)建水冷模塊。

因?yàn)樗鋭?dòng)作需要根據(jù)球墨鑄鐵件溫度變化量實(shí)時(shí)調(diào)整，所以擬采用可進(jìn)行動(dòng)作調(diào)節(jié)的電動(dòng)閥實(shí)現(xiàn)此模塊功能。電動(dòng)閥是自控閥門中的高端產(chǎn)品，它不僅可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)作用，調(diào)節(jié)型電動(dòng)閥還可以實(shí)現(xiàn)閥位調(diào)節(jié)功能。電動(dòng)執(zhí)行器的行程可分為：90°角行程和直行程兩種，特殊要求還可以滿足180°、270°、360°全行程。而角行程控制器完成對(duì)閥門的角度控制，實(shí)現(xiàn)閥門90°以內(nèi)旋控制管道流體通斷；直行程控制器完成對(duì)閥門的線位置控制，實(shí)現(xiàn)閥板上下動(dòng)作控制管道流體通斷。

5）顯示模塊：使用LCD1602構(gòu)建顯示模塊。

上位機(jī)需要提供數(shù)據(jù)顯示，擬采用LCD液晶屏完成數(shù)顯功能。LCD1602是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。此液晶屏由多個(gè)5*7或者5*11的點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。本設(shè)計(jì)上下位機(jī)均帶液晶數(shù)字顯示功能，LCD1602可以滿足所述功能。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件實(shí)現(xiàn)

利用溫度檢測(cè)采集模塊將信號(hào)傳輸?shù)街骺刂齐娐分校娠@示模塊顯示工作，同時(shí)主控制電路控制無(wú)線發(fā)送的工作。當(dāng)無(wú)線接收器接收到信號(hào)時(shí)，如所接收到的信號(hào)超過(guò)設(shè)定信號(hào)時(shí)報(bào)警模塊報(bào)警、繼電器工作控制水閥的關(guān)斷。如果要使用自檢功能，首先假設(shè)電路出現(xiàn)故障不能正常工作，然后把這個(gè)信息傳給主控制電路，主控制電路把檢測(cè)到的故障信息在上位機(jī)上顯示出來(lái)進(jìn)行報(bào)警便于及時(shí)更換，如無(wú)法及時(shí)更換，下位機(jī)應(yīng)該仍可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制出水。

3.2 軟件實(shí)現(xiàn)

程序主要由主程序和子程序兩部分構(gòu)成。主程序主要是無(wú)線發(fā)送和無(wú)線接收程序，子程序主要包括PT100溫度信號(hào)采集程序，AD轉(zhuǎn)換程序，LCD顯示程序，報(bào)警處理程序已經(jīng)鍵盤掃描程序。

1）下位機(jī)主程序流程圖

2）上位機(jī)主程序流程圖

3.3 實(shí)物展示

4 綜述

通過(guò)對(duì)球墨鑄鐵件的金屬特性研究可知，球墨鑄鐵件溫度在150℃以下，應(yīng)該屬于正常使用的范圍，但考慮到金屬受熱形變老化等問(wèn)題，設(shè)置球墨鑄鐵件溫度達(dá)到90℃時(shí)進(jìn)行間斷式噴水進(jìn)行冷卻，并實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度變化；球墨鑄鐵件溫度在150℃以上，需連續(xù)噴水冷卻，并實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度變化；如果高于200℃，就必須采取強(qiáng)制措施，一般可以停機(jī)并使用手動(dòng)冷卻的方式進(jìn)行。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該水冷溫控裝置可以在保持球墨鑄鐵件金屬固有特性的前提下，有效抑制因溫度過(guò)高時(shí)產(chǎn)生的件體龜裂等不可逆老化問(wèn)題的發(fā)生。

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