一種新型多功能機械傳動試驗臺的設(shè)計
引言
隨著機械工業(yè)的發(fā)展和科研水平的不斷提高,對機械傳動產(chǎn)品的實驗與檢測手段不斷提出了更高的要求。長期以來,我國的傳動試驗臺的研制基本上還停留在傳統(tǒng)的人工方式水平上,主要類型為以機械力或液壓力的機械功率流封閉式試驗臺和用發(fā)電機作負載的電功率封閉試驗臺。這些試驗臺或由于節(jié)能或由于加載方面而各具特色,都存在一個共同的缺點,但自動化程度低,很難按事先設(shè)計的試驗過程進行試驗,無法模擬實際工況對各種機械傳動產(chǎn)品的影響,因此試驗結(jié)果與實際情況總難免有相當距離,這在很大程度上影響了試驗數(shù)據(jù)對機械傳動產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)的直接指導作用。傳動試驗平臺大多采用人工操縱方式,試驗過程的監(jiān)控及試驗數(shù)據(jù)的采集和處理都較麻煩且準確性低,不易實現(xiàn)多參數(shù)自動控制和失效判定。
為了彌補以上不足,我們提出了一種新的方案—以一機械封閉式機械傳動實驗臺為基礎(chǔ),由交流電動機驅(qū)動,采用交流變頻調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)無級調(diào)速,數(shù)字液壓加載控制系統(tǒng)實現(xiàn)無級加載和載荷譜的模擬??刂葡到y(tǒng)采用面向?qū)ο蟪绦?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/設(shè)計">設(shè)計技術(shù)和分層的設(shè)計思想,將多種控制算法和數(shù)據(jù)處理算法集成于一體,提供友好的人機交互界面,對計算機采集的數(shù)據(jù)進行可視化處理。
l多功能試驗臺的組成及工作原理
根據(jù)試驗臺的功率傳遞原理和加載方法的不同,試驗臺可分為開放式功率流式、封閉功率流式和電功率流閉式三大類。機械封閉功率流式試驗臺(如圖1),由于可用小功率原動機與低的功耗進行大的功率試驗,具有不需要安置耗能裝置,節(jié)能等優(yōu)點,而運用很廣泛。在封閉系統(tǒng)中,功率一端流出,又從另一端流人,形成循環(huán)封閉流,因此只要從外界輸入不多的能量便可保持系統(tǒng)運轉(zhuǎn)。電動機供給的能量,主要是補償封閉系統(tǒng)中各零部件在運轉(zhuǎn)時的摩擦功率損失,其值約為封閉功率值的10%~15%左右。
2系統(tǒng)方案
試驗臺控制裝置應能夠在線實時控制轉(zhuǎn)速、載負的變化,響應速度快,抗干擾能力強;數(shù)據(jù)的采集與處理應滿足采樣范圍寬,能實現(xiàn)不同頻率下的采樣,自動處理分析數(shù)據(jù),得出分析結(jié)果,操作界面方便,易于控制。
2.1硬件方案
采用硬件的方法主要是采用專用集成電路和專門設(shè)計的硬件線路板來完成轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號的采集、轉(zhuǎn)換、求平均值和放大、計數(shù)、濾波等。硬件線路復雜,僅電源就要提供正負24V、10V、5V等各種不同的穩(wěn)壓電源,結(jié)構(gòu)復雜,可靠性低且功能單一,只能瞬時得到各種指標值,不能存儲、顯示和打印等。
2.2軟件方案
本系統(tǒng)建立在Windows2000平臺上,用VC++語言編制而成。將變頻器、電機、載器、加傳感器、數(shù)據(jù)采集卡等抽象為類,設(shè)備模塊化,對系統(tǒng)可針對試驗臺試件和設(shè)備的更換,對類進行擴充、修改、添加、組合,實現(xiàn)多種不同的實驗,大大提高了試驗臺及其控制系統(tǒng)的適用性。
2.3設(shè)計方案
試驗臺以一臺高檔工業(yè)控制計算機作為核心,配以單片機系統(tǒng),分別對電機調(diào)速系統(tǒng)和液壓加載系統(tǒng)進行控制。工控機不但是控制器,同時還具有記錄儀、示波儀、動態(tài)信號分析儀等功能,還能方便地根據(jù)不同實驗的需要設(shè)置不同的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、溫度等報警參數(shù)和失效判定指標。其總體設(shè)計方案見圖2。
3計算機數(shù)據(jù)采集、測試及控制
3.1計算機數(shù)據(jù)采集、測試
在對CB2000卡式轉(zhuǎn)矩儀和PCL-812PG多功能數(shù)據(jù)采集卡的參數(shù)進行配置后,性能參數(shù)測試是通過用JC2B轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器(如圖3所示)和配套CB2000卡式轉(zhuǎn)矩儀,由計算機來完成數(shù)據(jù)采集、處理和控制任務。采用人機對話形式操作,根據(jù)不同的任務,可按標準的或非標準的試驗方法進行試驗,其試驗結(jié)果均可實現(xiàn)以數(shù)字或曲線形式顯示在屏幕上,或輸出到打印機上,還可保存在數(shù)據(jù)庫中。
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