一種直線式高加速度加載機的研制.pdf

1、力學環(huán)境對細胞、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器在力學生物學、組織工程研究中起基礎平臺作用。隨著國家航空航天技術的發(fā)展和力學生物學研究的不斷深入，人們已經開始聚焦極端力學環(huán)境對人體、組織、器官等的影響以及人體、組織、器官如何應對極端力學環(huán)境的研究；要研究極端力學環(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際力學環(huán)境的實驗平臺。
　　極端力學環(huán)境有高G(超重)、高壓、過載等，本文針對直線高G極端力學

2、環(huán)境研制出了一臺能夠提供高直線加速度的實驗設備。經過測試，該直線式高加速度加載機可以提供0-10G的直線加速度并且在負載2Kg、加速度為10G的情況下運行時間大于30min；通過設計制作不同的夾具，可以對動物、細胞、組織、器官等進行直線高G加載實驗。
　　首先，制定了實驗平臺的總體方案，并對所需主要零部件進行了選型設計。通過研究對比液壓、氣壓、電磁等各種驅動方式，選用了具有加速度高、精度高、易于伺服等優(yōu)點的直線電機為驅動提供動力；

3、選用高精度的1微米分辨率光柵尺作為反饋元件；其次，控制方法采用了應用范圍廣、參數易于整定的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，對實驗平臺的非標準零部件進行了仿真設計。利用三維建模軟件UG對非標零件進行了設計；同時建立了整個實驗平臺的主要部件模型，進行了運動仿真，避免運動干涉；最后，利用C++進行人機界面的設計與編寫。
　　另外，本文對以直線電機為基礎的組合多功能生物反應器進行了相關研究。研

4、究的主要內容有系統組成、控制原理、軟件系統和加載性能。其中，加載性能的研究結果表明：在滾壓/滑動加載模塊下，該生物反應器以50mm為工作行程可實現的頻率為0.01Hz-0.3Hz；在拉壓加載模塊下，該生物反應器幅值可實現0.01mm，頻率可達到10Hz;在沖擊試驗模塊下，該生物反應器以50mm為工作行程可達到的加速度為a=54.16m/s2；在對高加速度循環(huán)加載模塊下，該生物反應器加速度大小可實現為8G。
　　本文研制的直線式高加