一種新型多功能機(jī)械傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)

引言

隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展和科研水平的不斷提高，對(duì)機(jī)械傳動(dòng)產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)與檢測(cè)手段不斷提出了更高的要求。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)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(jī)械力或液壓力的機(jī)械功率流封閉式試驗(yàn)臺(tái)和用發(fā)電機(jī)作負(fù)載的電功率封閉試驗(yàn)臺(tái)。這些試驗(yàn)臺(tái)或由于節(jié)能或由于加載方面而各具特色，都存在一個(gè)共同的缺點(diǎn)，但自動(dòng)化程度低，很難按事先設(shè)計(jì)的試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行試驗(yàn)，無(wú)法模擬實(shí)際工況對(duì)各種機(jī)械傳動(dòng)產(chǎn)品的影響，因此試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情況總難免有相當(dāng)距離，這在很大程度上影響了試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的直接指導(dǎo)作用。傳動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)大多采用人工操縱方式，試驗(yàn)過(guò)程的監(jiān)控及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和處理都較麻煩且準(zhǔn)確性低，不易實(shí)現(xiàn)多參數(shù)自動(dòng)控制和失效判定。

為了彌補(bǔ)以上不足，我們提出了一種新的方案—以一機(jī)械封閉式機(jī)械傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)為基礎(chǔ)，由交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用交流變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，數(shù)字液壓加載控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)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(jì)">設(shè)計(jì)技術(shù)和分層的設(shè)計(jì)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(jī)交互界面，對(duì)計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理。

ｌ多功能試驗(yàn)臺(tái)的組成及工作原理

根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)的功率傳遞原理和加載方法的不同，試驗(yàn)臺(tái)可分為開(kāi)放式功率流式、封閉功率流式和電功率流閉式三大類。機(jī)械封閉功率流式試驗(yàn)臺(tái)（如圖1），由于可用小功率原動(dòng)機(jī)與低的功耗進(jìn)行大的功率試驗(yàn)，具有不需要安置耗能裝置，節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，而運(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)供給的能量，主要是補(bǔ)償封閉系統(tǒng)中各零部件在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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(yàn)臺(tái)控制裝置應(yīng)能夠在線實(shí)時(shí)控制轉(zhuǎn)速、載負(fù)的變化，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)；數(shù)據(jù)的采集與處理應(yīng)滿足采樣范圍寬，能實(shí)現(xiàn)不同頻率下的采樣，自動(dòng)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(jì)的硬件線路板來(lái)完成轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號(hào)的采集、轉(zhuǎn)換、求平均值和放大、計(jì)數(shù)、濾波等。硬件線路復(fù)雜，僅電源就要提供正負(fù)24V、10V、5V等各種不同的穩(wěn)壓電源，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低且功能單一，只能瞬時(shí)得到各種指標(biāo)值，不能存儲(chǔ)、顯示和打印等。

2.2軟件方案

本系統(tǒng)建立在Windows2000平臺(tái)上，用VC++語(yǔ)言編制而成。將變頻器、電機(jī)、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(duì)系統(tǒng)可針對(duì)試驗(yàn)臺(tái)試件和設(shè)備的更換，對(duì)類進(jìn)行擴(kuò)充、修改、添加、組合，實(shí)現(xiàn)多種不同的實(shí)驗(yàn)，大大提高了試驗(yàn)臺(tái)及其控制系統(tǒng)的適用性。

2.3設(shè)計(jì)方案

試驗(yàn)臺(tái)以一臺(tái)高檔工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為核心，配以單片機(jī)系統(tǒng)，分別對(duì)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和液壓加載系統(tǒng)進(jìn)行控制。工控機(jī)不但是控制器，同時(shí)還具有記錄儀、示波儀、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀等功能，還能方便地根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)的需要設(shè)置不同的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、溫度等報(bào)警參數(shù)和失效判定指標(biāo)。其總體設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖２。



3計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集、測(cè)試及控制

3.1計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集、測(cè)試

在對(duì)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(jìn)行配置后，性能參數(shù)測(cè)試是通過(guò)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(jì)算機(jī)來(lái)完成數(shù)據(jù)采集、處理和控制任務(wù)。采用人機(jī)對(duì)話形式操作，根據(jù)不同的任務(wù)，可按標(biāo)準(zhǔn)的或非標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果均可實(shí)現(xiàn)以數(shù)字或曲線形式顯示在屏幕上，或輸出到打印機(jī)上，還可保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。