新工科数智云舱-螺栓综合实验系统,数字化螺栓组综合实验台

第五代新款第四代旧款

一、产品简介
本实验台专为中职、高职、专科、本科院校机械类、机电类、车辆类、近机类专业教学打造，紧扣《机械设计》《机械设计基础》《工程力学》等国家级规划教材核心实验要求，整合单螺栓联接、螺栓组联接两大核心模块，兼容静态、动态全工况测试，构建“基础验证-综合分析-设计创新”三级实验体系，可全面满足从职业技能实训到本科创新科研的全层次教学需求，为螺栓联接的理论教学、工程设计与合理应用提供标准化、高精度的实验支撑。
二、产品特点
一机多用全场景覆盖：整合单螺栓联接、螺栓组联接两大核心实验模块，一套设备可完成教材中螺栓联接相关的全部核心实验，适配从中职到本科的全层次教学需求，大幅节省实验室场地与采购成本。
多种工况可调节：集成电机偏心轮动态/手动双模式静态加载、砝码式倾覆力矩加载三种加载方式，可实现载荷大小、频率、幅值的连续无级调节，既能完成基础静态验证实验，也可开展变幅值、变频率的动态疲劳进阶实验，完美模拟工程实际中的各类螺栓联接工况。
刚度可调式核心结构：单螺栓模块支持螺栓刚度、被联接件刚度的双向连续可调，可通过改变螺栓受载截面积、八角环刚度、垫片类型（刚性/弹性/防松垫片），直观验证刚度比对螺栓总拉力、剩余预紧力、变形量的影响；螺栓组模块可调整螺栓布置方式、数量、预紧力分配，验证不同工况下的载荷分配规律。
三、技术参数
1、4G/WIFI双网边缘采集工业网关：
1.尺寸：105*80*22mm
2.电源：DC24V
3.接口：WLAN/LAN双网口、TTL（波特率1200-230400bit/s）、SIM卡
4.指示灯：NET、WIFI、4G、SVR、DATA
5.WIFI工作模式：STA模式、AP模式
6.协议支持Modbus TCP/UDP、MQTT、FTP、HTTP、Websocket、HTTPS、MQTTS
7.DTU在线模式：可设置为离线模式、永远在线模式、唤醒模式、按需在线模式、周期在线模式。
8.中心连接模式：单主中心连接、主副切换连接、主副同时连接、主副独立传输、主副互联对传。
9.功能设置：ID、注册包、心跳包头、心跳时间、注册包模式、数据发送模式、数据帧间隔、波特率、数据位、校验位、停止位、APN网关、用户名、密码。可查询基本参数、运行信息、信号质量，一键配置参数、保存参数脚本、加载设备参数、加载参数脚本、网络配参、串口配参。
10.轮询指令：支持10条轮询指令，轮询时间单位可设置为秒、毫秒
11.自定义命令：可通过命令对网关设置
12.数据显示：支持显示调试信息、串口数据发送
13.支持4G远程配参
2、单螺栓及螺栓组实验组件
1.螺栓组：M10×190mm 10根贴片位置直径Ø6mm,位于螺杆中部
2.单螺栓：M16*200mm，空心，配实心杆，贴有扭应片和拉应片。
3.螺栓组加载杠杆：2条，材料45钢，表面镀铬长杆支撑点到负载点距离为390mm、支撑点到作用点距离为40mm，短杆支撑点到作用点距离为40mm，支撑点到负载点距离185mm。
4.蜗轮：M2 Z40，材料45钢，表面镀铬
5.蜗杆：2模单头，材料45钢，表面镀铬
6.深沟球轴承6200：2个
7.角接触轴承：7203 4个
8.加载凸轮：盘形，升程15mm，，材料45钢，表面镀铬
9.手轮：Ø120
10.指针式扭力板手：300NM
11.千分表：0.001mm 0-2mm
3、电机
1.输入电源：220/380V 50HZ
2.转速范围：1400rpm
3.功率400w
4、应变片
1.电阻350R
2.灵敏度系数2.06
3.带温度自补偿
4.电桥形式：全桥高精度
5、智能型12路动静态综合变送仪：
1.AD精度：24位。
2.支持USB及RS485总线模式，每个模组均可设定地址，最多支持串联200多个模组
3.最低采集频率约10Hz，最高采集频率约1280Hz
4.支持软件设置零点校准、砝码标定、采样间隔、με/扭矩/扭力/弯曲/移位/重量/压力/应力单位、追零参数、分度值、滤波值、波特率、桥接形式、片阻、线组、灵敏度、应变片贴法、通道数、蠕变跟踪。支持查看曲线和中英文
5.12路通道，每路均可单独采样或连续采样
6.支持恢复出厂设置，并可读取温度。
6、7寸人机交互HMI触摸屏
采用7英寸彩色液晶触摸显示屏，分辨率800×480，四线电阻式触摸屏，输入电压DC24V，额定功率5W，处理器1GHz，内存128M，系统存储128M，具有232/485/422、USB、以太网接口，支持组态。面板可实时显示螺杆微应变、实空心螺栓拉/扭应变、八角环压应变、顶杆压应变数值变化，操作直观便捷。
7、多功能控制器
采用紧凑型多功能控制器，集成至少14路数字量输入,至少10路数字量输出，不低于10路模拟量输入，不低于2路模拟量输出，多个高速计数器，支持RS232、RS485、MODBUS
8、柜体
柜体采用优质钣金数控弯折并进行塑粉静电喷涂，上半部分采用蓝色凹凸面设计，中间凹面设有7寸彩色工业HMI人机交互界面，两边凸面设有安全保护装置及电源开关，下半部分采用柜体带柜门，柜体两侧突出侧设有内槽可嵌入灯条。背面设有带过载保护的安全电源插座。外形尺寸（长×宽×高）：760×640×1050mm±5%，底部带4个万向轮，方便移动。
四、可完成的实验内容：
单个紧联接螺栓的4种不同刚度的联接件和被联接件静、动态受力与变形实验：
1.刚性垫片、无锥塞联接的静、动态实验。
2.刚性垫片、有锥塞联接的静、动态实验。
3.弹性垫片、无锥塞联接的静、动态实验。
4.弹性垫片、有锥塞联接的静、动态实验。
5.并绘制螺栓和被联接件受力与变形的静、动态曲线。
完成螺栓组联接特性（测定各螺栓的受力和变形）实验，绘制螺栓组的载荷分布的静态曲线。
了解单个螺栓在拧紧过程中各部分的受力情况
了解单个螺栓受静态轴向载荷时的变形规律。
观察单个螺栓动应力幅值的变化，以验证提高螺栓联接强度的各项措施。
电阻应变片灵敏度系数测量实验。
五、数智云舱-螺栓与螺栓组大数据界面

1）控制：发送wifi、4G、5G信号进行实验台与数智云舱互控，可控制加速、减速、自动采集、停止采集、手动采集、读取历史、清除历史、清除数据、实空芯螺杆参数设定（实空芯螺杆外径 D、实空芯螺杆内径 d、螺杆总长度 L、弹性模量 E、螺栓拉力标定、螺栓扭力标定、八角环万力标定、顶杆压力标定、理论实空心螺栓拉应变、理论实空心螺栓扭应变、理论八角环应变、理论顶杆压力应变、扭紧力矩 T、扭矩力系数、螺栓公称直径 d）、螺栓组参数设定（L1-4、螺栓间距 h 、加载力 F 、螺栓有效长度 l 、弹性模量 E、螺栓截面积 A 、螺栓组的力矩载荷M、单个拉力螺栓工作载荷、单个压力螺栓工作载荷），既可通过数智云舱控制，也可以通过设备上的触摸屏控制，支持远程控制、异地控制、离线控制、手动控制并实时反馈至数智云舱。
2）性能曲线：实时采集实验设备8根螺杆应变、空心螺栓应变、八角环应变、顶杆应变等数据并生成性能曲线，曲线模块包括但不限于螺栓与被联接件的力-变形曲线、静态轴向载荷下螺栓变形规律曲线、静态轴向载荷下螺栓变形规律-理论曲线、螺栓组实测螺栓应力分布曲线。表格曲线可显示对应点的数据内容，并在屏幕中央（数字孪生模型的位置）放大，方便观察，曲线下方设有自由域，可拉动域块自由设置数据监视区间，曲线范围内部采用色域填充的形式展现。眼睛按钮为旁观模式，其他已被授权的账号可查看此台设备曲线镜像，并撰写实验报告，向教师展示自己的理论理解程度。
3）仪表盘模块：展示电机转速仪表盘，根据实验台实时数据，指针转动至相应数值位置。
4）数据显示区域：显示实时采集的电机转速、8根螺杆应变、空心螺栓应变、八角环应变、顶杆应变。

新工科数智云舱

概述：
新工科数智云舱形成了统一化管理、多学员对单设备数据可视化、跨专业支持、数据上云，方便教师查看分析学生的实验过程、实验结果、原理掌握程度以及批改学生实验报告，学生根据教师下发的任务，也可以快速的知晓自身的实验任务，在做完实验时可以直接在线将实验结果进行上传，通过新工科数智云舱，不论何时何地均可以进行设备的控制及实验，当设备运行时间过长时，系统还会在大数据界面进行报警，避免因设备忘关导致的损坏。
新工科数智云舱基于JAVA、C#、B/S架构，部署在云服务器上，设备与数智云舱之间支持wifi、4G、5G通讯，支持平板、计算机、100寸大屏显示，支持高清摄像头接入至大数据界面中，大数据界面中央具有数字孪生模型。设备可视化控制台具有一键启动、一键暂停、2D/3D模式切换、设备概览（状态、连接数量、总数、运行时间、终止时间等），支持全空间任意旋转、放大、缩小。可实时收发实验台边缘计算设备无线信号主副互传至云端服务器的远程控制单步、加速、减速、加载、减载、匀速、自动/手动采集、控制器数据写入的双控操作，也可以通过边缘计算设备将转速、转矩、压力、载荷、位移、拉力、角度、传动效率、传动比、温度等专业数据算法转换并生成可视化曲线，支持100位学生针对指定的某台设备数据及实时曲线进行查看。云舱分为学生端、教师端、管理端，每个端均具有唯一账号登陆，平台外观高端、科技感极强，可由教师自行编辑实验任务分发给不同的设备和指定的账户，学生端实验结束可上传实验报告及相关实验附件供教师评分，管理端可设置设备类型并对相关设备设置采集端口号。
新工科数智云舱涵盖了带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、凸轮传动、曲柄摇杆导杆滑块、滑动轴承、动平衡、平面机构、空间机构、轮系、机械创新方案设计、滚动轴承、单螺栓及螺栓组、液压传动、机电一体化、流体力学、制冷制热等综合性能测试。
管理端：
1.教师管理：管理端可添加教师账号，可设置教师姓名、学校名称、用户名、密码、绑定设备、学生账号开通权限，界面显示每个教师账号的登录时间。
2.设备类型管理：生成新增的设备类型，并绑定设备设备号。每个类型下面可绑定不同的设备、FN码、设备控制器型号、网络类型、连接方式、对应教师账号。
教师端：
1.设备可视化控制台：总列表显示不同教师账户下所绑定的不同设备信息（设备名称、在线/离线状态、运行时长、停止时间、启动设备、暂停设备），显示心跳包数设备总数、在线设备数量、运行设备数量、离线设备数量、告警设备数量。支持2D/3D模式切换，2D模式下选择任意设备可以查看更细致的内容：设备编号、站号、状态刷新、开启时间；3D模式下显示设备社区的3D模型，可任意放大缩小、旋转、平移拖拽，离线状态3d模型为黑色熄灭形态，在线状态3D模型为蓝体绿灯形态，告警状态3D模型为红体红灯形态，每个3d模型可视化展示设备名称及设备编号，选中某台设备3d模型时放大提示

3D模式界面

2D模式界面

2.学生账号管理：显示学号、用户名、密码、姓名、最后登录时间，可进行修改密码、删除。
3.新增学生账户：设置学生姓名、学号、密码，用户名根据学号自动生成。
4.密码修改：更改本账号的用户名、所属学校、原密码、新密码、确认密码。
5.设备管理：显示管理端为教师账号绑定的设备列表，显示设备种类。各个设备种类中显示绑定的设备名称、设备号、控制器型号、对应设备所用协议、运行时间。权限设置可设置设备对应的控制账号，教师端可查看学生端实时采集的数据、曲线、监控画面，也可以直接控制学生端设备的控制按钮，可控制学生端控制系统总开关，一旦关闭，学生端将不能再操作。

设备管理

6.实验管理：教师自由编辑实验任务，并可将任意的实验任务分发给任意一组设备，实现学生多分组实验。

实验管理界面

7.学习辅助界面：根据编辑的实验任务，可查看每个学生账号的实验报告、提交的附件作业，如cad、cam、Pro/E、装配图、零件图等。显示学号、姓名、对应设备。并批改实验任务进行打分，显示分数。也可看到学生是否已经完成实验任务。

学习辅助界面界面

学生端：
1.多学员对单设备数据可视化：每台设备可绑定多个学生账号，所有绑定的账号都能实时查看该设备的实时数据，设备控制账号可由教师自行设置为任意学生账号，解决了以往设备数量不足，多个学生挤在一台电脑上看数据的情况。
2.实验列表：登录学生端可见新工科数智云舱在线状态、实验设备列表，列表对应实验设备名称、控制器型号、设备编号、当前实验、可用实验任务、实验项目、每个学生账号经过教师端设置，可绑定不同的实验设备。学生可自行选择启动任意实验项目

实验列表界面

3.数字孪生实验界面：界面显示设备运行时间、实验设备名称、设备号、控制系统程序总开关状态按钮、控制面板、性能曲线界面、数字孪生三维模型、仪表盘界面、视频监控画面。当运行时间过长时，界面中间闪烁提示设备运行时间过长并且界面显示红色雾状报警。

数字孪生实验界面

4.历史数据：显示各项数据的id、数据名称、数据值、采集时间、手动采集标记。可自由删除任意一条数据，筛选手动采集表、导出excel表格

历史数据界面

5.视频监控（选配）：数智云舱大数据界面集成有视频监控模块，可添加高清摄像头查看设备实时运行工况。
6.提交实验报告：可看到教师布置的实验任务及相关的附件，可上传cad、cam、Pro/E、CATIA、sw、ug、三维模型、装配图、零件图、实验报告模板、数据要求、matlab等文件。学生可在框架界面自由编辑实验心得或者实验为解决难题等。