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(dāng)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(dǎo)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。控制系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(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(yīng)能夠在線實時控制轉(zhuǎn)速、載負的變化，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強；數(shù)據(jù)的采集與處理應(yīng)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(fù)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(fù)雜，可靠性低且功能單一，只能瞬時得到各種指標(biāo)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(biāo)。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(wù)。采用人機對話形式操作，根據(jù)不同的任務(wù)，可按標(biāo)準的或非標(biāo)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。
3.2負載和轉(zhuǎn)速控制
