一種新型多功能機械傳動(dòng)試驗臺的設計

引言

隨著(zhù)機械工業(yè)的發(fā)展和科研水平的不斷提高，對機械傳動(dòng)產(chǎn)品的實(shí)驗與檢測手段不斷提出了更高的要求。長(cháng)期以來(lái)，我國的傳動(dòng)試驗臺的研制基本上還停留在傳統的人工方式水平上，主要類(lèi)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，很難按事先設計的試驗過(guò)程進(jìn)行試驗，無(wú)法模擬實(shí)際工況對各種機械傳動(dòng)產(chǎn)品的影響，因此試驗結果與實(shí)際情況總難免有相當距離，這在很大程度上影響了試驗數據對機械傳動(dòng)產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)的直接指導作用。傳動(dòng)試驗平臺大多采用人工操縱方式，試驗過(guò)程的監控及試驗數據的采集和處理都較麻煩且準確性低，不易實(shí)現多參數自動(dòng)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(dòng)實(shí)驗臺為基礎，由交流電動(dòng)機驅動(dòng)，采用交流變頻調速系統實(shí)現無(wú)級調速，數字液壓加載控制系統實(shí)現無(wú)級加載和載荷譜的模擬?？刂葡到y采用面向對象程序設計技術(shù)和分層的設計思想，將多種控制算法和數據處理算法集成于一體，提供友好的人機交互界面，對計算機采集的數據進(jìn)行可視化處理。

ｌ多功能試驗臺的組成及工作原理

根據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(kāi)放式功率流式、封閉功率流式和電功率流閉式三大類(lèi)。機械封閉功率流式試驗臺（如圖1），由于可用小功率原動(dòng)機與低的功耗進(jìn)行大的功率試驗，具有不需要安置耗能裝置，節能等優(yōu)點(diǎn)，而運用很廣泛。在封閉系統中，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運轉。電動(dòng)機供給的能量，主要是補償封閉系統中各零部件在運轉時(shí)的摩擦功率損失，其值約為封閉功率值的10％～15％左右。



2系統方案

試驗臺控制裝置應能夠在線(xiàn)實(shí)時(shí)控制轉速、載負的變化，響應速度快，抗干擾能力強；數據的采集與處理應滿(mǎn)足采樣范圍寬，能實(shí)現不同頻率下的采樣，自動(dòng)處理分析數據，得出分析結果，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(zhuān)用集成電路和專(zhuān)門(mén)設計的硬件線(xiàn)路板來(lái)完成轉矩轉速信號的采集、轉換、求平均值和放大、計數、濾波等。硬件線(xiàn)路復雜，僅電源就要提供正負24V、10V、5V等各種不同的穩壓電源，結構復雜，可靠性低且功能單一，只能瞬時(shí)得到各種指標值，不能存儲、顯示和打印等。

2.2軟件方案

本系統建立在Windows2000平臺上，用VC++語(yǔ)言編制而成。將變頻器、電機、載器、加傳感器、數據采集卡等抽象為類(lèi)，設備模塊化，對系統可針對試驗臺試件和設備的更換，對類(lèi)進(jìn)行擴充、修改、添加、組合，實(shí)現多種不同的實(shí)驗，大大提高了試驗臺及其控制系統的適用性。

2.3設計方案

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，分別對電機調速系統和液壓加載系統進(jìn)行控制。工控機不但是控制器，同時(shí)還具有記錄儀、示波儀、動(dòng)態(tài)信號分析儀等功能，還能方便地根據不同實(shí)驗的需要設置不同的轉速、轉矩、溫度等報警參數和失效判定指標。其總體設計方案見(jiàn)圖２。



3計算機數據采集、測試及控制

3.1計算機數據采集、測試

在對CB2000卡式轉矩儀和PCL-812PG多功能數據采集卡的參數進(jìn)行配置后，性能參數測試是通過(guò)用JC2B轉矩轉速傳感器（如圖3所示）和配套CB2000卡式轉矩儀，由計算機來(lái)完成數據采集、處理和控制任務(wù)。采用人機對話(huà)形式操作，根據不同的任務(wù)，可按標準的或非標準的試驗方法進(jìn)行試驗，其試驗結果均可實(shí)現以數字或曲線(xiàn)形式顯示在屏幕上，或輸出到打印機上，還可保存在數據庫中。