多功能机械传动试验台设计
随着机械工业的发展和科研水平的不断提高,对机械传动产品的实验与检测手段不断提出了更高的要求。长期以来,我国的传动试验台的研制基本上还停留在传统的人工方式水平上,主要类型为以机械力或液压力的机械功率流封闭式试验台和用发电机作负载的电功率封闭试验台。这些试验台或由于节能或由于加载方面而各具特色,都存在一个共同的缺点,但自动化程度低,很难按事先设计的试验过程进行试验,无法模拟实际工况对各种机械传动产品的影响,因此试验结果与实际情况总难免有相当距离,这在很大程度上影响了试验数据对机械传动产品的设计、生产的直接指导作用。传动试验平台大多采用人工操纵方式,试验过程的监控及试验数据的采集和处理都较麻烦且准确性低,不易实现多参数自动控制和失效判定。
为了弥补以上不足,我们提出了一种新的方案—以一机械封闭式机械传动实验台为基础,由交流电动机驱动,采用交流变频调速系统实现无级调速,数字液压加载控制系统实现无级加载和载荷谱的模拟。控制系统采用面向对象程序设计技术和分层的设计思想,将多种控制算法和数据处理算法集成于一体,提供友好的人机交互界面,对计算机采集的数据进行可视化处理。
l 多功能试验台的组成及工作原理
根据试验台的功率传递原理和加载方法的不同,试验台可分为开放式功率流式、封闭功率流式和电功率流闭式三大类。机械封闭功率流式试验台(如图1),由于可用小功率原动机与低的功耗进行大的功率试验,具有不需要安置耗能装置,节能等优点,而运用很广泛。在封闭系统中,功率一端流出,又从另一端流人,形成循环封闭流,因此只要从外界输入不多的能量便可保持系统运转。电动机供给的能量,主要是补偿封闭系统中各零部件在运转时的摩擦功率损失,其值约为封闭功率值的10%~15%左右。
适用的机械传动装置有,圆柱齿轮减速箱、变速器、锥齿轮、汽车驱动桥,蜗杆减速器、行星齿轮减速器、链带传动、传动等装置。
实验台转动时,要消耗电动机一部分功率,其只随传动轴转速的变化而变化。引起该功率损失的主要因素有传动件在转动时的摩擦、由于加工和装配误差而加大的摩擦以及搅油、空气阻力和其它动载荷等。随着转速的增加,由于功率损失增加,在相同负载下传动效率会有所降低。从图6可以看到,相同负载下,转速越高,效率越低,也表明实验台的测试结果与理论是相符合的。实验台是9级精度闭式圆柱齿轮传动,其传动效率的理论值应在96%左右,由于电机、加载器、传动器、轴承等的摩擦,油损失、搅装配误差以及测量值的误差,使得计算出的传动效率低于理论值。
5 结论 该新型多功能机械传动试验台以机械功率流封闭式机械传动试验台为基础,以计算机为核心,采用变频器和交流电动机作为调速系统,以液压泵站和加载器构成加载系统模拟实际工况,使用转矩转速传感器获取转矩和转速数据,与圆柱齿轮减速箱一起构成了功率流封闭的机械传动试验台。整个试验台以计算机作为控制与处理中心,该设计方案充分体现计算机资源和数字化技术的灵活运用。本文研制的试验台已成功地用于系统传动功率、机械产品承受载荷的测试。多次试验表明,该试验台与现有的其它同类试验台相比,自动化程度大大提高,模拟实际工况的能力明显增强。
参考文献
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