一種直線式高加速度加載機(jī)的研制.pdf

1、力學(xué)環(huán)境對細(xì)胞、組織、器官的生長發(fā)育都有重要影響，施加載荷的生物反應(yīng)器在力學(xué)生物學(xué)、組織工程研究中起基礎(chǔ)平臺(tái)作用。隨著國家航空航天技術(shù)的發(fā)展和力學(xué)生物學(xué)研究的不斷深入，人們已經(jīng)開始聚焦極端力學(xué)環(huán)境對人體、組織、器官等的影響以及人體、組織、器官如何應(yīng)對極端力學(xué)環(huán)境的研究；要研究極端力學(xué)環(huán)境對人體的影響，至為重要的一步就是研制能最大程度模擬實(shí)際力學(xué)環(huán)境的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
　　極端力學(xué)環(huán)境有高G(超重)、高壓、過載等，本文針對直線高G極端力學(xué)

2、環(huán)境研制出了一臺(tái)能夠提供高直線加速度的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。經(jīng)過測試，該直線式高加速度加載機(jī)可以提供0-10G的直線加速度并且在負(fù)載2Kg、加速度為10G的情況下運(yùn)行時(shí)間大于30min；通過設(shè)計(jì)制作不同的夾具，可以對動(dòng)物、細(xì)胞、組織、器官等進(jìn)行直線高G加載實(shí)驗(yàn)。
　　首先，制定了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的總體方案，并對所需主要零部件進(jìn)行了選型設(shè)計(jì)。通過研究對比液壓、氣壓、電磁等各種驅(qū)動(dòng)方式，選用了具有加速度高、精度高、易于伺服等優(yōu)點(diǎn)的直線電機(jī)為驅(qū)動(dòng)提供動(dòng)力；

3、選用高精度的1微米分辨率光柵尺作為反饋元件；其次，控制方法采用了應(yīng)用范圍廣、參數(shù)易于整定的PID控制方法；通訊方式利用常見的RS-232通訊線建立了串口通訊方式；另外，對實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的非標(biāo)準(zhǔn)零部件進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)。利用三維建模軟件UG對非標(biāo)零件進(jìn)行了設(shè)計(jì)；同時(shí)建立了整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的主要部件模型，進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真，避免運(yùn)動(dòng)干涉；最后，利用C++進(jìn)行人機(jī)界面的設(shè)計(jì)與編寫。
　　另外，本文對以直線電機(jī)為基礎(chǔ)的組合多功能生物反應(yīng)器進(jìn)行了相關(guān)研究。研

4、究的主要內(nèi)容有系統(tǒng)組成、控制原理、軟件系統(tǒng)和加載性能。其中，加載性能的研究結(jié)果表明：在滾壓/滑動(dòng)加載模塊下，該生物反應(yīng)器以50mm為工作行程可實(shí)現(xiàn)的頻率為0.01Hz-0.3Hz；在拉壓加載模塊下，該生物反應(yīng)器幅值可實(shí)現(xiàn)0.01mm，頻率可達(dá)到10Hz;在沖擊試驗(yàn)?zāi)K下，該生物反應(yīng)器以50mm為工作行程可達(dá)到的加速度為a=54.16m/s2；在對高加速度循環(huán)加載模塊下，該生物反應(yīng)器加速度大小可實(shí)現(xiàn)為8G。
　　本文研制的直線式高加