综合性能试验台（通用12篇）
综合性能试验台 篇1
0 引言
随着机械技术的不断发展,机床行业、工业机器人等领域对快速进给提出越来越高的要求。其要求可以总结为两点:1)定位精度满足要求。2)进给速度进一步提高。通过电机带动滚珠丝杠作为传动部件已成为这类场合的主要驱动方式。其中滚珠丝杠作为重要的传动部件,其性能直接影响传动系统工作的优劣。国内外对滚珠丝杠综合性能的提升已经作了大量的理论研究[1,2],但对于一些设计参数、工艺参数的调整是否可以实际提升滚珠丝杠的综合性能,需要使用试验的方法来得以验证。为此,有必要设计高速精密滚珠丝杠综合性能试验台。对高速丝杠的诸多性能进行测试,其结果既可以作为丝杠订购者的选用依据;也可以作为丝杠生产厂家的参考数据,用以提高丝杠的品质。
1 待测项目的确定
在试验台设计之初必须确定需要测量的参数。高速滚珠丝杠在使用过程中的性能可以从两个方面进行评价:
1)滚珠丝杠的功能是否优秀。按照国标[3]对滚珠丝杠副的定义,滚珠丝杠副分为定位滚珠丝杠副(P型)和传动滚珠丝杠副(T型)。高速精密滚珠丝杠属于定位型,因此,对其定位功能是否满足要求需要进行测试。
2)滚珠丝杠使用过程中是否流畅、稳定。在丝杠的功能满足条件的同时,滚珠丝杠的订购者也希望滚珠丝杠的实际工作表现更加优秀,比如滚珠丝杠的发热量与噪声,这些参数在丝杠高速运行后变得尤为重要。
借鉴现有的机械标准[4]并添加几个测试项目,确定本试验台测量滚珠丝杠以下几个参数:定位精度、温升、噪声、温位移、加速度、振动、摩擦扭矩、效率。
2 试验台总体设计
试验台图1可以测量的丝杠的尺寸为:公称直径20~63 mm,螺纹的有效长度小于2 m。工作台运行的最大速度为1 m/s,加速度最大为1 g。为了模拟丝杠的实际使用工况:试验台采用伺服电机与丝杠直联的驱动方式,丝杠使用支撑单元两端固定,并对丝杠进行预拉伸。丝杠螺母与工作台固定成为一个整体。当电机带动丝杠转动后,丝杠螺母即可以拖动工作台往复运动。在试验台运行过程中对确定的测试项目进行实时地测量。传感器的信号接入数据采集卡,将模拟量转换为数字量。通过Visual Basic6.0编辑的软件将测试数据录入工控机,并可以实现数据的处理与打印。
1—伺服电机;2—圆磁栅及读数头;3—动态扭矩传感;4—丝杠支撑单元;5—噪音传感器;6—被测丝杠;7—被测丝杠螺母;8—滑座;9—静态扭矩传感器;10—传力环;11—激光位移传感器;12—直线光栅读数;13—限位装置;14—加速度传感器;15、16—振动传感器;17—工控机
图1 试验台原理图
被测丝杠使用丝杠支撑单元两端支撑,并由伺服电机驱动正、反转动。圆磁栅与伺服电机输出轴周向紧固,用来测量电机转过的角度。动态扭矩传感器测量输入扭矩。噪声传感器测量丝杠运行过程中的噪声。被测丝杠螺母与传力环相连,传力环通过限位装置拖动滑座来回移动。与传力环相连的静态扭矩传感器可以将读取的扭矩信号换算为丝杠运行过程中的摩擦扭矩。激光位移传感器测量丝杠运行后因为温度上升造成的伸长量。直线光栅读数头与滑座固连,测量丝杠运行过程中的实际位置。加速度传感器测量滑座运行过程中的沿丝杠轴线方向的加速度;振动传感器与分别测量垂直于丝杠轴线方向的水平与竖直方向上的振动。动态扭矩传感器、噪声传感器、静态扭矩传感器、激光位移传感器、加速度传感器、振动传感器及的信号进入工控机。
3 试验台机械结构设计
试验台需要测量不同规格的滚珠丝杠,具体来说即需要在试验台上安装轴端、长度及丝杠螺母尺寸不同的各类丝杠。为此,需要针对以上3个丝杠参数设计通用的、方便反复拆装的工装结构,以达到高效测试的目的。
3.1 支撑单元的设计
当测量不同轴端尺寸的滚珠丝杠时,需要一种通用的支撑单元。如图2所示为试验台支撑单元剖视图。装配时,先安装内锥套及螺纹套。内锥套放置在支撑座内孔中,并通过支撑座的定位面限制轴向移动,待压紧螺母压紧弹簧锥套后将力传递给内锥套实现定位夹紧。螺纹套通过螺钉固定在支撑座上(图中未画出),螺纹套内孔中加工有内螺纹。若内螺纹出现磨损,则可以更换一个新零件从而避免整个支撑座报废。弹簧锥套内部安装有轴承。为了使轴承轴向定位,在靠近弹簧锥套与内锥套配合的锥面小端处有一定位面;同时,在弹簧锥套另一侧有一弹性挡圈,弹性挡圈通过螺钉与弹簧锥套固定,弹性挡圈的端面即可夹紧轴承,实现轴承的轴向定位、夹紧。将按照上述方式安装好的弹簧锥套、轴承及弹性挡圈这几个零件整体安装到支撑座内部,弹簧锥套与内锥套通过锥面配合,实现准确定心。压紧螺母即可通过螺纹副与螺纹套拧紧,压紧螺母的锥面即可与弹簧锥套配合,实现弹簧锥套的定位、夹紧。锁紧螺母通过和丝杠轴端的螺纹部分旋合即可将丝杠轴向固定锁紧。为了避免转动部件与锁紧螺母和固定部件、弹簧锥套直接接触,在锁紧螺母和弹簧锥套之间安装一个隔套。隔套一端与锁紧螺母接触,另一端与轴承的内圈接触,这样就保证了只有转动部件之间接触。
在更换不同轴端尺寸的滚珠丝杠时,拧松压紧螺母并将其拆下,将内部的弹簧锥套及弹簧挡圈与内部的轴承一起拿出,并拆下锁紧螺母及隔套。换上与新丝杠轴端尺寸相配合的新弹簧锥套、弹簧锥套和轴承以及新锁紧螺母和隔套。
1—支撑座;2—内锥套;3—弹簧锥套;4锁紧螺母;5—隔套;6—轴承;7—压紧螺母;8—弹性挡圈;9—螺纹套
图2 支撑单元结构
3.2 尾座设计
当测量不同长度的丝杠时,如果采用通常的两端固定式支座,不能满足通用性要求。为此,必须让丝杠的两个支撑座中至少有一个可以移动。考虑到驱动电机安装后不宜再反复移动位置,所以丝杠与电机的连接处采用固定的支座,而尾座设计为可移式。因为尾座在移动到位后需要锁紧,为了保证丝杠的安装刚度,往往需要较大的正向压力来保证尾座紧固在试验台上,如果将尾座架设在供滑座使用的直线导轨上,其较长时间的压力可能会对直线导轨的精度产生影响。为此,在床身上加工了“平—V”导轨和T型槽,在安装不同长度的丝杠时,可以将尾座在“平—V”导轨上移动到位,然后使用T行槽螺钉将尾座固定。尾座实物见图3。
图3 尾座
3.3 滑座设计
当测量不同尺寸的丝杠螺母时,需要一种通用的滑座结构。为此,试验台采用一种特殊的丝杠螺母安装结构,如图4所示。丝杠螺母采用通常的外圆定位方式安装进入螺母套筒,同时在端面将丝杠螺母与螺母套筒固定。然后使用上、下V块将螺母套筒压紧,以实现丝杠螺母与工作台固连成为一个整体。采用V型块定位安装时定心精度可以得到保证,同时拆卸方便。在上、下V块之间有调整垫片,其作用是通过刮磨其厚度以保证上、下V块的接触,使得螺母套筒的安装可靠。
1—丝杠螺母;2—螺母套筒;3—上V块;4—调整垫片;5—下V块支座
图4 滑座结构
4 滚珠丝杠综合性能的测试
试验台使用动态扭矩传感器测量丝杠的输入扭矩圆磁栅测量电机的输入转角;直线光栅测量工作台的实际位置;加速度传感器测量工作台的实际加速度(X轴方向);振动传感器测量运行过程中的振动(垂直于丝杠轴线的竖直Y轴与水平Z轴);静态扭矩传感器测量丝杠的摩擦扭矩;温度传感器测量丝杠的温升;激光位移传感器测量丝杠发热后的伸长量。其中圆磁栅测得的丝杠转角,通过换算可以得到工作台的理论位置;直线光栅可以测量工作台的实际位置,这两个量进行对比即可以计算出丝杠在不同位置的偏差[5],基于这些偏差就可以计算出丝杠的定位精度[6]。这些传感器输出都为模拟量,所以需要使用数据采集卡进行A/D转换,将数字量计入工控机。
为了确保数据的完整性,各传感器在丝杠运转前应该已经开启并进入待机状态,而其采集的数据从何时开始有效,即传感器采集的数据何时为工作台开始运动,需要给工控机一个激励信号。试验台使用西门子828D数控系统,系统有快速输出接口,在控制工作台运动的数控代码的最开始阶段,即通过此快速输出接口给数据采集卡一个高电平信号,工控机从此时开始将采集的数据计入数据库。测试系统的原理如图5所示。
图5 测试系统原理图
5 结语
试验台采用更换工装的方式,可以方便地测量各种型号的丝杠,其创新的结构使得通用性大大增强。可以测量的丝杠参数丰富,功能强大。试验台机械结构及传感器选用都遵循国标,其测试结果具有很强的参考价值。此高速精密滚珠丝杠综合性能试验台将为丝杠的制造商与订购商提供重要的性能参数,从而为丝杠的制造与选型提供有力的试验基础。
参考文献
[1]安虎平,芮执元,冯瑞成,等.高速机床滚珠丝杠副及其热特性分析[J].机械制造,2012,1:006.
[2]冯勇敢,查初亮,张怀存.一种新型高速滚珠丝杠副返向器的设计[J].机电信息,2012,6:083.
[3]GB/T 17587.1.滚珠丝杠副第1部分:术语和符号[S].
[4]JB/T 10890.1-2008.高速精密滚珠丝杠副第1部分:性能试验规范[S].
[5]周超,殷爱华,冯虎田.滚珠丝杠副综合性能动态测量系统设计[J].机械设计与制造,2012(4):32-34.
[6]GB-T 17421.2-2000.机床检验通则第2部分:数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定[S].
综合性能试验台 篇2
本次培训内容是电站锅炉燃烧调整、性能试验及运行相关问题的探讨，培训时间2016年11月1日至2日，授课内容主要包括锅炉燃烧调整试验、冷态动力场试验、电站锅炉性能试验、煤质对锅炉运行的影响。最后并讲解了一个超超临界机组实例。
本次培训以PPT课件形式由浅入深进行理论授课，内容详细，重点突出，岗位人员学习的积极性提高明显，印象深刻。
以课件形式讲解各知识点时，有疑问，培训课上大家可以进行探讨，发散思维，丰富专业知识。对于新来的同事，尤其是非本专业的同事来说，可以加深印象。
果树力学性能的试验研究 篇3
关键词：果树;阻尼系数;弹性模量;黏弹性;振动采收机
中图分类号： S232.3 文献标志码： A
文章编号：1002-1302（2015）04-0381-03
收稿日期：2014-05-19
项目基金：国家自然科学基金（编号：51465054）;国家科技支撑计划（编号：2011BAD27B02）。
作者简介：张敏敏（1988—），男，陕西汉中人，硕士研究生，主要从事机械系统动力学研究。E-mail：zmm87317@126.com。
通信作者：王春耀，教授，硕士生导师，主要从事力学研究。E-mail： wangchun_yao@126.com。
苹果、杏子、核桃等果树在新疆地区广泛种植且具有可观的经济效益。传统的水果收获都采用大量的人工进行采摘，这种收获方式采收效率低、成本很高，并且采收周期长，这就限制了果木大规模集中化种植管理。为了提高采收效率、降低采收成本，近年来各种振动采收机的面世，使水果的采收机械化不再遥远。但在采收机田间实际使用过程中出现了不少问题，如落果率不高、树枝摇断、机器夹持部位树皮损伤等。因此，需要对采收机进行优化设计，由此引出对树木进行建模分析，找出最合适的机器设计参数，比如激振频率、激振力和激振部位等。国内外已有不少学者对此类问题进行了分析研究，如Lang建立了樱桃树树干与树根、树根与土壤的动力学模型，依据模型对曲柄滑块型和偏心轮型振动采收机做了优化设计[1-3];Castro-García等从形态学角度建立了橄榄树受迫振动的动力学模型[4];He等从能量传递的角度对单一树枝在各个频率段受迫振动对落果率的影响进行了解释[5]。在国内，王业成等对黑加仑的枝条和果柄采用试验模态分析的方法获得了模态参数，为黑加仑采收系统的研制提供有关参数和设计依据[6-7]。
Vobolis等提出木材是一种聚合黏弹性材料[8]。因此，木材可以定义为弹性固体和黏性流体的关系。利用Sharkawy等提出的树木简单动力学振动方程[9]： mz¨+kz+cz=Fsinωt， 可对多自由度阻尼振动的苹果树进行理论分析。本研究针对方程中的黏性阻尼系数、刚度系数和树木的弹性模量进行试验探究。黏性阻尼系数（damping coefficient）是阻尼力与质点运动速度之比，表示材料损耗振动能量的能力。弹性模量（modulus of elasticity，MOE）是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。木材抗弯弹性模量代表木材的劲度或刚性，是木材产生一个一致的正应变所需要的正应力，亦即在比例极限之内，抵抗弯曲变形的能力[10]。
1 材料与方法
1.1 试验材料
1.1.1 样木选择 样木选取自新疆大学果园内的1株6年生嘎啦苹果树的侧枝，采伐季节为3月末。
1.1.2 样品制备 去除枝干上的多余树枝，仅留取2个主要枝杈，枝杈尽量保持在同一水平面内，用作阻尼振动试验。从树上取8段15 cm长不同直径木段，按150 mm×10 mm×10 mm的尺寸制作试样。
1.2 试验方法
1.2.1 阻尼振动试验 将此干枝置于室内用台钳横向夹持固定，整体成为悬臂梁。将整个树枝分成5块区域（图1），每个区域沿轴向贴2～3个应变片，相邻应变片间距为 10 cm。采用东华测试DH3820高速静态应变测试采集系统监测树干的弯曲变形，采样频率设定为100 Hz，连续采样。在Ⅰ区用10 kg砝码加载，加载点距固定端62 cm，瞬时卸载，监测振动衰减曲线。
1.2.2 弹性模量测定试验 MOE测定采用GB1928—1991《木材物理力学试验方法》，采用深圳新三思微机控制电子万能试验机CMT5305进行。但测定MOE时，采用单点加载法，即在试件中央加载。MOE计算公式：
E=l3×ΔF4×b×h3×Δδ。
式中：E为试件弹性模量（GPa）;ΔF/Δδ为力与位移线性变化值（N/mm）;l为两支座间的距离10 mm;b为试件宽度（mm）;h为试件厚度（mm）[10]。
刚度系数计算公式为：
K=4×E×b×h3l3。
式中：K為果树刚度系数（N/mm）;试验完成后取其中一段称质量烘干计算含水率。
2 结果与分析
2.1 阻尼系数
2.1.1 试验结果 图2表示的是通过应变测试采集系统得到的微应变-时间的关系图，均为从同一时刻开始测量。
从图2中的各区域曲线可以得到振幅在过原点水平轴两边均匀排布，表明试验中重力作用对振动的影响十分微小，可以忽略不计。在区域Ⅰ中第1个波峰与第2个波峰相差约为100 με，1号点比2号点更接近固定端，而两者振动衰减周期一致。区域Ⅱ的曲线分布规律与区域Ⅰ相同，第1个波峰与第2个波峰相差在50 με左右，比区域Ⅰ的差值小，说明阻尼变小，其所有监测点的衰减周期也一致，与距离固定端远近无关。区域Ⅲ振动图形出现了变化，局部出现了微小扰动，衰减趋势依然明显，第1个波峰和第2个波峰差值小于50 με，说明阻尼比区域Ⅱ更小，曲线在过原点水平轴两边均匀排布，各点振动周期一致。依据监测得到的曲线图，用对数衰减法计算阻尼系数。从各个监测点图形中选取5个波峰计算对数衰减系数，对数衰减系数计算公式为：
nlc202309051145
n=2NTln|Ai||AN+1|。
式中：N为选取的波峰数目;T为衰减振动周期（s）;Ai为波峰值（με）。
再由公式c=2mn 计算各段阻尼值的大小，m为等效质量（g）。
等效质量m的计算，针对特定树枝，分段进行等效。Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ区域视为悬臂梁，其等效质量就是整体质量。Ⅰ、Ⅱ区域视为弹性简支梁，其弹性梁的等效质量为msi=1735ρlAi，其中ρ是树枝的密度，取平均值为0.54 g/cm3;Ai为树枝横断面积（取平均值）;l为梁的长度。Ⅱ区整个系统等效质量（MⅡ）应该由4部分组成，分别是弹性梁的等效质量（ms2）、梁本身质量（m2）、Ⅲ区质量（MⅢ）、Ⅳ区质量（MⅣ），计算公式为MⅡ=ms2+m2+MⅢ+MⅣ。Ⅰ区整个系统等效质量（MⅠ）也由4部分组成，分别是弹性梁的等效质量（ms1）、梁本身质量（m1）、Ⅱ区质量（MⅡ）、Ⅴ区质量（MⅤ），计算公式为
MⅠ=ms1+m1+MⅡ+MⅤ。
2.1.2 数据分析 通过图2各条曲线峰值的对比可以看出，随着主干直径的减小，监测点的微应变量在变大，说明阻尼是随着直径减小而减小的。从同一区域的2个监测点来看，规律依然成立。所以，尽管树木是非线性黏弹性材料，但阻尼和果木的直径是相关的，且随之减小而减小。所有数据计算结果如表1所示。
表1 阻尼系数计算结果
区域 平均直径
（mm） 等效质量
（g） 对数衰减
系数 阻尼系数
（m/N） 衰减振动
周期（s）
Ⅰ 37 1 608 0.74 2 379 0.31
0.77 2 476 0.31
Ⅱ 28 780 0.60 936 0.31
0.55 858 0.31
0.57 889 0.31
Ⅲ 19 250 0.42 210 0.31
0.39 195 0.32
Ⅳ 17.5 200 0.47 188 0.31
0.41 164 0.32
Ⅴ 20 290 0.62 360 0.31
从表1能够反映出阻尼系数与直径的相关性，树干平均直径从37 mm逐渐减小到17.5 mm，各区域的等效质量从 1 608 g 到200 g递减，对数衰减系数从最大值0.77递减到最小值0.39，阻尼系数从2 379 m/N减小到164 m/N，这些参量都随着直径减小而降低，然而，从图2中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区树枝的微应变图中得出振幅逐渐增大，因此说明直径沿树高方向减小，阻尼也减小，对振动的响应越明显。此外，从数据中可以得到衰减振动周期为0.31 s，表明系统自由振动的一阶固有频率应为3 Hz。
2.2 抗弯弹性模量
2.2.1 试验结果 试验中测试了不同直径的8段木段，测定树枝含水率为31.25%。从数据采集仪中得出各段树枝的载荷-位移的关系图形（图3）。通过图3中各个直径曲线图整体比较，当树枝的直径从16 mm向37 mm递增时，各个直径段的曲线线性部分的斜率在逐渐增大，这说明树枝的刚度随直径增大而增大。而从单条曲线来看，直径为16 mm的树枝，曲线中线性部分在曲线中比例很小，说明木质为非线弹性，偏柔性材料;当树枝直径为37 mm时，曲线基本呈线性分布，表明木质已转变为线弹性，偏刚体材料;直径逐渐增大时，曲线中线性部分比例也在增大。
2.2.2 数据分析 依据图3中所得数据计算得到的弹性模量与刚度结果如表2所示。
表2 抗弯弹性模量计算结果
直径
（mm） 弹性模量
（GPa） 刚度
（N/mm）
37 18.4 734
35 16.8 671
29 15.4 617
27 14.7 587
26 13.7 547
20 9.9 395
19 9.4 377
16 5.7 230
表2的计算结果显示，随着果木直径的增大，刚度从 230 N/mm 增大到734 N/mm，MOE也从5.7 GPa增大到 18.4 GPa，这说明果木的刚度、MOE与果木的直径具有一定相关性。试验材料均取自同一棵果树上，从数据能反映出沿树高方向，果木的刚度逐渐减小，MOE逐渐减小，同一棵果木的不同部位力学性质存在差异。
3 结论
（1）通过阻尼振动试验得出阻尼系数与直径相关，随直径增加阻尼增大。 （2）对于果木，近地端阻尼遠大于远地端阻尼，受迫振动的幅度也远小于远地端，但树干的共振频率较为一致，数值为3 Hz，属于低频率范畴。 （3）在设计振动采收机时，对树干激振需要采用较大的激振力，频率取较低频率段，才能使枝端产生较大振幅，提高采收率。 （4）通过抗弯弹性模量测定试验得出了果木MOE与刚度的数值，得出随直径增加，MOE与刚度也相应增大的规律。这说明，果木整体虽然是各向异性非均匀介质材料，且树上不同部位的力学性质存在差异，但依然存在规律，随直径的变化呈现正相关。 （5）果木的直径越大，越趋于线弹性材料，其刚度也愈大。因此，在振动采收机的设计时可以依据果木直径大致判断其力学性质，针对果木不同部位的力学特性来设定激振力、激振频率的大小，如此可以保护果木在采收过程中避免损伤，降低不必要的损失。
本研究仅对果树的MOE、刚度、阻尼系数与直径的相关性进行了研究，对于含水率、果树生长地、树木的形态等因素对果树力学特性的影响没有考虑，有待进一步研究，以为果树振动模型的建立提供更加完善的参数资料。
综合性能试验台 篇4
滚珠丝杠副高速加载跑合可以在较短的时间内消除滚珠丝杠副的初期磨损, 使客户在使用过程中始终处于稳定磨损阶段, 品质稳定, 又能早期发现个别产品的缺陷, 避免残次品出厂。同时作为试验手段, 又可以对试制产品进行寿命试验, 为改进产品结构提供依据;模拟客户的真实使用环境, 获得的试验参数可以指导客户的使用。
美国、欧洲和日本等发达国家和地区都建立了从原材料供应、加工方法到测试设备这样一条完整的生产体系, 国外许多滚珠丝杠副的顶级制造商, 除了改进加工工艺以外, 都把其配套的检测技术放在最重要的地位。相对国外而言, 国内的院校和企业研究滚珠丝杠副相关的测试测量工作起步比较晚, 研究单位的研究大多处于探索和尝试性阶段, 测试技术水平满足不了当今高速精密滚珠丝杠副性能检测的需求, 对国内滚珠丝杠副产品性能的提高形成了制约, 所以研究适应需求的滚珠丝杠副测试技术, 开发高速滚珠丝杠综合性能试验台是很有意义的, 另外, 使用直线电机作为滚珠丝杠负载加载电机, 还没有看到有关这种试验台的报道。
2 高速滚珠丝杠综合性能试验台的总体设计
2.1 综合性能试验台满足的主要技术指标
(1) 试验对象:高速精密滚珠丝杠副, 直径32~80mm, 全长1000~2200mm, 行程800~1800mm。
(2) 试验条件:温度20±3℃, 湿度40%~70%, 噪声小于75d B;驱动速度可达到80m/min。
(3) 运动参数:伺服电机作为主驱动, 在加载电机提供3000N阻力时, 丝杠副最大移动速度可达80m/min以上, 加速度可达到1.5×9.8m/s2;在加载电机提供的持续阻力达到5000N时, 丝杠副快移速度可达到65m/min以上, 加速度可达到9.8m/s2以上;单次不停机运行时间不小于50h。
(4) 其它要实现的功能及主要技术指标: (1) 可对高速滚珠丝杠副进行高速往复跑合, 以实现丝杠副寿命、精度保持性及可靠性的测试。 (2) 可测试高速滚珠丝杠副的驱动速度和加速度。 (3) 可测试高速滚珠丝杠副的定位精度和重复定位精度。 (4) 可测量丝杠副的预紧力矩, 并可保存或打印测量结果报告。 (5) 可输入丝杠副的参数, 包括丝杠编号、直径 (范围为10~100mm) 、导程 (范围为1~50mm) 、钢球直径 (范围为1~20mm) 、行程 (范围为100~2000mm) 、丝杠全长 (范围为100~2200mm) 、精度等级 (1~10) , 预紧力矩 (0.001~5N·m) 。 (6) 可设定运动条件, 包括驱动速度 (范围为0~100m/min) 、直线电机提供的推动阻力 (范围为0~10000N) 、跑合时间、跑合次数; (7) 可显示丝杠副的实时运行状态, 包括速度、加速度、承受的负载、跑合次数、跑合时间、定位精度、重复定位精度。 (8) 能实现上述运行状态数据的自动采集 (测量) 与处理, 并可保存或打印运行状态数据报告。
2.2 系统总体设计
结合高速滚珠丝杠综合性能试验机的特点和基本要求, 选择直线电机作为加载电机的结构形式, 其总体技术方案如图1。
高速滚珠丝杠综合性能试验机采用伺服电机+联轴器带动丝杠旋转, 螺母与直线电机的动子连接, 螺母移动, 直线电机始终产生与螺母移动方向相反的推力来加载;采用运动控制卡协调两电机的联动控制, 运动控制卡与计算机连接后可以显示运动过程中的速度、位移等信息;采用的伺服电机及直线电机具备热敏保护、行程控制、硬限位等安全保护功能。
2.3 机械结构
主机采用铸造床身, 床身长2780mm, 宽847mm, 高413mm, 用地脚螺栓固定在地基上。可装夹的丝杠长度为2200mm, 直径为32~80mm。被测丝杠两端用轴承座固定, 丝杠两端的轴承采用NSK公司接触角为60°的滚珠丝杠专用轴承, 并对丝杠进行预拉伸。
2.4 滚珠丝杠副安装结构
滚珠丝杠副在高速运转时, 除承受直线电机提供的阻力F和工作台的摩擦阻力外, 还要承受加减速而产生的惯性力。现在工作台的总质量W1=132kg, 直线电机动子和定子之间的磁吸引力G=39.4k N, 加速度a=9.8m/s2, 则滚珠丝杠副由于加减速而承受的载荷为:
对于如此大的冲击力, 滚珠丝杠副的固定就非常重要, 为了更准确地测出滚珠丝杠副在机床上使用寿命情况, 模拟了滚珠丝杠副在机床上的安装方式, 选用滚珠丝杠副专用轴承对滚珠丝杠副进行固-固支撑, 并对滚珠丝杠副进行预拉伸, 轴承座用销钉定位。
3 关键仪器设备选择
采用美国Kollmorgen公司IC44-200AC有铁芯、水冷型直线电机, 它能够提供最大推力为10000N, 持续推力为8000N, 移动速度达到80m/min, 加速度大于9.8m/s2, 为滚珠丝杠提供负载;反馈系统采用美国Mercury光栅尺M1600-2100 (栅距20μm, 量程2100mm) , 位置和速度闭环并提供系统速度、加速度、精度等测量信号;旋转伺服电机采用美国Kollmorgen AKM64+S724, 3×380V供电情况下, 额定转速4500r/min, 额定扭矩11.9N·m, 功率5.61k W, 为滚珠丝杠提供驱动力;多轴运动控制器采用美国Delta tau PMAC-PCI-LITE, 它是系统控制核心, 协调两电机的运动。
4 系统测量原理与软硬件结构及实现
4.1 系统测量原理
根据系统的基本结构, 伺服电机带动丝杠旋转, 螺母与直线电机的动子连接, 直线电机始终产生与螺母移动方向相反的推力来加载, 通过计算机与运动控制卡结合系统软件操作平台, 可以设置滚珠丝杠运行的速度、加速度、负载力以及运行时间等内容, 从而对滚珠丝杠的相关性能进行预测和检测。
4.2 系统硬件实现
根据系统的整体设计方案, 完成了电控系统的整体设计和制造工作, 设计和制造了系统控制柜, 实现了系统上电、紧急停止以及旋转伺服电机和直线加载电机的硬件启动和停止功能, 同时通过指示灯可以对系统的运行状况实时显示。经过初步的调试运行, 电控系统的硬件设计和运行正常, 满足了初始设计的要求。
4.3 系统软件实现
根据系统的基本要求并结合运动控制卡的特点, 测试系统操作软件采用VC++来编制, 初步完成的操作界面如图3。
系统软件部分包括以下几个模块: (a) 结果显示模块。通过该模块, 可以显示系统运行的速度、加速度、位置、负载力以及定位误差等内容。 (b) 丝杠参数设置模块。通过该模块可以对被测丝杠的基本参数如直径、导程、长度、行程、预紧力等内容进行设置, 作为系统测试计算的依据。 (c) 运行参数设置模块。主要设置测试系统的速度、加速度、行程、运行次数及负载给定力大小等参数, 作为测试的给定条件。 (d) 运行状态模块。主要显示系统运行的时间和次数。 (e) 手动运行模块。主要用于系统运行的初始化以及运行过程中的急停和暂停等功能, 包括清零、回零、暂停、继续、正向运行、反向运行和停止等命令按钮。 (f) 主操作模块。包括下载、运行、测量、查看及退出系统等功能按钮。下载按钮主要对系统设置的参数和运行条件的初始化程序下载到运动控制卡中, 运行按钮执行运行程序, 测量命令对系统运行过程中的参数如误差、力矩等参数进行测量和记录, 查看命令对保存下来的运行结果进行查看。 (g) 数据处理模块。数据处理模块嵌入到主操作模块中, 包括精度误差的计算和处理等内容。
5 结语
根据试验要求研制出的综合性能试验台, 测量范围广、数据全面、便于操作, 为检测高速高精滚珠丝杠副各项精度指标提供实际有效的方法和手段, 为推动滚珠丝杠副产业的发展提供重要的技术支持, 为我国滚动部件的发展提供借鉴。
参考文献
[1]饶振纲, 等.滚珠丝杠副及自锁装置[M].北京:国防工业出版社, 1990.
[2]宋延陵.丝杠磨削在线动态测量系统分析与设计仁[D].南京:南京理工大学, 2004.
[3]周明杰.新型滚珠丝杠测量系统的设计与研究[D].长春:吉林大学, 2007.
邹县1000MW性能试验总结 篇5
#7号机组性能试验工作总结
山东中实易通集团有限公司
2007年6月27日
一、试验工作的主要过程
华电邹县发电厂＃7号机组168试运结束后，山东中实易通集团有限公司立即进行性能试验准备工作，对电厂各专业进行技术交底，锅炉汽机相同工况一起进行试验，讨论审核试验措施，运行人员按照试验要求进行了系统隔离，向中调申请试验负荷。在邹县发电厂各有关部门的密切配合下，从2007年1月3日开始，至2007年5月21日，我们组织进行了＃7号机组“机组热耗率试验、供电煤耗试验、最大出力试验、额定出力试验、高背压工况试验、锅炉效率试验、空预器漏风试验、锅炉最大出力试验、制粉系统出力试验、磨煤机单耗试验、最低稳燃负荷试验、高加全切试验、机组散热试验、轴系振动试验、RB试验以及环保脱硫设施性能试验”。为保证性能试验工作的顺利进行，试验人员调试阶段提前介入，搜集有关的技术资料。在试验开始之前，我们会同各有关单位一道深入细致地审核讨论试验热力系统的隔离，主要仪表更换为符合试验标准要求的高精度表计，对于不能更换的表计进行了现场校验，讨论试验工况、要求，主辅机的逻辑、联锁保护及热力系统图纸，为机组的性能试验工作做好充分准备。
二、主要试验结论及评价
1.锅炉热效率试验:
额定电负荷下实测锅炉热效率94.43％，达到设计保证值（93.8%）。
2.锅炉最大连续出力试验
2．1锅炉连续最大出力试验期间各运行参数正常，不超温，不超压；各辅机均能满足锅炉连续最大出力要求。
加气混凝土砌块性能试验探究 篇6
摘要：本文主要针对加气混凝土砌块的性能试验展开了探究，通过结合具体的试验，对试验所用原材料和试验方法作了介绍说明，并对试验结果作了详细阐述和系统分析，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。
关键词：加气混凝土；砌块；性能试验
0 引言
加气混凝土砌块是目前建筑墙体工程中使用十分广泛的一种新型节能墙体材料，其具有着保温隔热、隔声、阻燃、可加工性强等特点，在建筑工程的施工中得到了广泛的应用。但是，由于加气混凝土砌块还属于较为新颖的建筑材料，对于其性能的理解还未有全面的认识，因此，有必要对加气混凝土砌块进行性能的试验，以在建筑工程中更好的利用加气混凝土砌块。基于此，本文就加气混凝土砌块的性能试验进行了探究，相信对有关方面的需要能有一定帮助。
1 试验
1.1 原材料
所用原材料为3种加气混凝土砌块和3种抹面砂浆，其基本性能分别见表1和表2。
表1 加气混凝土砌块的基本性能
注：砌块编号C为特殊产品，吸水率低。
表2 抹面砂浆的基本性能
1.2 试验方法
按照实际工程施工水平，分别使用3种加气混凝土砌块砌筑3堵高2m、宽3m的加气混凝土砌体（墙体一～墙体三）。每堵砌体正反两面的抹面砂浆均分为3段，左边砂浆段（工地自拌砂浆M1）、中间砂浆段（自行配制的M5.0砂浆M2）和右边砂浆段（市售加气混凝土砌块专用抹灰砂浆M3），模拟工程应用情况，进行工程应用效果分析，如图1所示，主要考察砌体经风吹、日晒、雨淋后的裂缝、空鼓、脱落等情况，具体测试指标及方法如下：
（1）砌体收缩情况：在抹灰完成7d的砌体上一段距离内钉上钉子，用千分尺测量钉子间距变化，并记录温湿度，考察自然条件下砌体的收缩；
（2）砌体裂缝情况：观察裂缝，用裂缝宽度测量仪测量裂缝的宽度，并统计规定面积内的裂缝数量。
图1 加气混凝土砌块砌筑实验墙体
2 试验结果与分析
2.1 3种加气混凝土砌块的吸水特性
图2为3种加气混凝土砌块吸水率与时间的关系。
图2 不同浸泡时间对加气混凝土砌块吸水率的影响
从图2可以看出，强度低的加气混凝土砌块A吸水率较大，强度较高的加气混凝土砌块B吸水率稍低，砌块A、B的吸水率在后期差距较大，主要是其孔隙率差别；加气混凝土砌块C的吸水率相对砌块A、B明显较低，特别是早期吸水率降低明显，原因是其相对普通加气混凝土具有一定的憎水性。
2.2 砌體裂缝分析
各实验墙体经自然条件下的风吹、日晒、雨淋一段时间后，墙体的开裂及裂纹情况分析如下：
（1）墙体一左边砂浆段约15d出现2条裂缝，宽度约0.2mm，约30d后宽度变为0.5mm；中间砂浆段约7d出现1条顶部裂缝，宽度约1mm，约30d后宽度变为2mm；右边砂浆段未出现可见裂纹。见图3。
图3 墙体一3个月后的裂纹情况
（b）墙体二左边砂浆段约15d出现1条裂缝，宽度约0.2mm，约30d后宽度变为0.3mm；中间砂浆段约15d出现裂缝，宽度约0.2mm，约30d后宽度变为0.3mm；右边砂浆段未出现可见裂纹。见图4。
图4 墙体二3个月后的裂纹情况
（3）墙体三中间砂浆段约15d出现1条裂缝，宽度约0.1mm，约30d后宽度变为0.2mm；左边砂浆段和右边砂浆段未出现可见裂纹。见图5。
图5 墙体三3个月后的裂纹情况
图3～图5结果表明，使用低吸水率加气混凝土砌块砌筑的砌体开裂情况稍好，使用专用砂浆（M3）抹面的加气混凝土砌体开裂情况可明显改善。但工程实际为了节省成本和方便施工，较少使用专用砂浆，使用低吸水率的加气混凝土砌块可有效改善墙体开裂问题。
2.3 墙体收缩分析
加气混凝土墙体在不同时间的收缩情况见图6。
图6 加气混凝土墙体在不同时间的收缩情况
由图6可以看出，墙体三的尺寸变化相对墙体一、墙体二较小，表明墙体三所用加气混凝土砌块的收缩较小，即低吸水率加气混凝土砌块的收缩较小；右边砂浆段的收缩相对较小，表明专用砂浆与加气混凝土砌块匹配性较好；与2.2的开裂试验结果相符。
3 结语
总之，加气混凝土砌块作为一种新型节能墙体材料，要想真正推广应用，就必须要了解其有关的性能。相信通过以上对其性能试验的探究，会对加气混凝土在实际工程施工中的应用有所帮助。
参考文献：
[1]吕官记、江家嘉.加气混凝土砌块界面剂的对比试验研究[J].河南建材.2012（06）.
[2]吴东云、何向玲、成美凤.粉煤灰加气混凝土砌块砌体力学性能试验研究[J].新型建筑材料.2006（07）.
综合性能试验台 篇7
密接式车钩及缓冲器综合性能试验台用于对检修后的密接式车钩进行各项功能检查和试验。能在不同工况下进行车钩的挂钩、解钩试验, 检验被试车钩及缓冲器的性能。试验台能直观地显示各试验性能数据, 连接方便、可靠, 便于工作人员操作。
1 试验台的主要结构组成
本试验台由固定台支座、移动小车、支承导轨、撞击车钩、车钩左右位置调节系统、车钩升降调节装置、液压系统、气压系统和控制台组成。见图1。
(1) 固定台支座:它是试验设备的重要部分, 它要承受试验时的载荷, 试验设备上的移动小车、支承导轨、撞击车钩、车钩左右位置调节系统、车钩升降调节装置都放置在机架上, 其下部还要放置液压系统。 (2) 移动小车:移动小车主要是用来检测车钩的挂钩性能的, 移动小车主要组成是其燕尾形导轨, 燕尾形导轨采用铸铁铸造后进行精加工, 加工精度满足设计要求。移动小车上面要放置被测试的车钩, 因此其强度和刚度要满足设计要求, 小车与支撑导轨的摩擦还要求较小。 (3) 车钩左右位置调节系统:车钩左右位置调节系统主要是为了检测车钩在偏转一定角度时的性能而设置的, 主要由固定滑轮和钢丝绳组成, 要求固定滑轮和钢丝绳之间的摩擦系数要小, 偏转要灵活可靠, 调节是依靠液压马达来实现, 工作可靠、省力, 减小工作人员的劳动强度。 (4) 车钩升降调节装置:车钩升降调节装置主要是为检测车钩上下偏移时的性能而设置的, 主要由升降架和液压油缸组成, 升降架由碳素钢焊接而成, 液压油缸为标准件, 通过它的设计参数选择即可。 (5) 液压系统:液压系统是为试验设备提供拉伸试验时的动力, 也是为升降装置和左右位置调整系统提供高压力油。液压系统的基本组成是由电机、液压泵、拉升油缸及控制元件组成, 液压系统的性能要求稳定, 压力要求高, 拉伸油缸的拉力大, 对于检测车钩的拉伸是特别关键的。 (6) 气动系统:气压系统是为移动小车提供大流量的压缩气体以及为解钩试验提供气源而设计的。气压系统主要由空气压缩机、储气罐、冲击气缸、空气净化装置、消声器和控制元件组成。要求压缩机能提供大的流量, 整个系统的噪音要小, 否则会影响周围工作人员的工作。 (7) 控制台:控制系统主要由试验台、液压站、空压站、控制操作台和各类传感器等部分组成。控制系统的相关参数最后都能在控制操作台上显示, 控制台设计新颖、舒适, 便于工作人员操作和使用。
2 试验台的试验项目和工作原理
(1) 试验台的实验项目。
密接式车钩及缓冲器使用一段时间后需要定期检修, 检修后需要对其各项性能进行测试。本试验台能进行如下试验测试。 (1) 对中时挂钩、解钩及缓冲器的性能测试, 拉力为3 5吨时的抗拉负载试验及气密性试验。
(2) 左右偏移3 0°时挂钩、解钩及缓冲器的性能测试。
(3) 上下偏移100mm时挂钩、解钩及缓冲器的性能测试。
(2) 试验台的工作原理。
(1) 机械传动部分工作原理:如图1所示, 由驱动气缸8驱动撞击小车以0.4m/s~0.8 m/s速度向左移动撞击被测试车钩, 进行挂钩及被测缓冲器的性能测试, 撞击小车移动速度由驱动气缸流量调节, 撞击力由驱动气缸压力调节, 撞击小车可以加2~4吨配重, 以获得不同惯量, 被测缓冲器的缓冲性能通过检测被检测车钩的位移量确定, 相关试验数据同时在控制台面板上显示。
1—固定台支座, 2—缓冲器, 3—固定车钩, 4—液压系统, 5—移动车钩, 6—缓冲器, 7移动小车, 8—气动系统
1—油箱, 2—过滤器, 3—定量泵, 4—调速阀, 5、7—电磁阀6—拉升油缸, 8、9—升降油缸, 1 0—左右调整马达, 1 1—减压阀, 1 2—溢流阀
1—气源, 2—压力表, 3—截止阀, 4—换向阀, 5—接口, 6—方向控制阀, 7—压力传感器, 8—换向阀, 1 0—气缸, 1 1—消声器
(2) 液压系统工作原理:液压系统工作原理见图2。液压驱动油缸6向右逐渐产生3 5吨拉力进行抗拉负载试验, 拉力大小由液压驱动油缸进油压力调节, 两车钩连接区间的间隙通过位移传感器进行检测, 相关试验数据同时在控制台面板上显示。升降油缸8、9可以使车钩上下偏移1 0 0 m m, 在此状态下进行车钩的挂钩、解钩及缓冲器的性能测试。马达1 0可以使车钩左右偏移30°时, 进行车钩的挂钩、解钩及缓冲器的性能测试。
(3) 气动系统工作原理:气动系统原理见图3。驱动气缸10驱动撞击小车以0.4ms~0.8 m s速度向左移动撞击被测试车钩, 进行挂钩及被测缓冲器的性能测试, 通过接口5向试验装置提供解钩和气密性试验的气源。
(4) 缓冲器性能检测原理:缓冲器的最大阻抗力可由下式计算:
缓冲器容量, 移动小车以0.4m/s~0.8m/s速度向左移动撞击被测试车钩, 检测被检测车钩的位移量, 根据以上两个参数可以建立缓冲器的特性曲线, 以此可以判断缓冲器的性能。
(5) 控制系统原理:控制系统的组成及原理性框图如图4所示, 主要由试验台、液压站、空压站、控制操作台和各类传感器等部分组成。从功能上讲, 可以分为撞击系统、拉伸系统和辅助系统 (升降/偏转) , 在控制操作台的协调控制下完成试验工艺规定的动作过程。
3 试验步骤
(1) 安装被检测车钩及被测缓冲器。通过车钩左右位置调节机构、车钩上下调节油缸调整两车钩, 使之处于对中位置。然后进行对中时挂钩、解钩及缓冲器的性能测试;拉力为3 5吨时的抗拉负载试验及气密性试验。 (2) 通过车钩左右位置调节机构使车钩分别处于左右30°, 进行挂钩、解钩及缓冲器的性能测试;拉力为3 5吨时的抗拉负载试验及气密性试验。最后, 向被检测车钩的解钩气缸通气进行解钩性能测试。 (3) 通过车钩上下调节油缸调整两车钩, 进行上下偏移100mm时挂钩、解钩及缓冲器的性能测试, 拉力为3 5吨时的抗拉负载试验。最后, 向被检测车钩的解钩气缸通气进行解钩性能测试。
4 结语
密接式车钩及缓冲器综合性能试验台通过测试能完全满足车钩和缓冲器试验的目的, 且结构简单、运行平稳、操作方便、噪音小等特点, 具有实时参数显示、曲线显示、数据记录、历史数据分析、试验报告打印等功能。
参考文献
[1]高爽.地铁车辆构造与维修管理[M].北京:中国铁道出版社, 2003.
[2]重庆轻轨车辆使用与维护[M].长春轨道客车股份有限公司, 2002.
综合性能试验台 篇8
关键词：风力发电机,转盘轴承,实验台
0 引言
环境和能源问题日益严重,风电作为一种可再生清洁能源受到国内外的高度重视。转盘轴承(也称回转支承)是风力发电机的核心部件,广泛应用于风力发电机的变桨和偏航系统,变桨轴承用于连接轮毂和叶片,偏航轴承用于连接塔筒和机组。
风电转盘轴承由于其体积庞大和安装位置不易拆装,致使其维修的难度非常大,而且转盘轴承一旦发生故障,将直接影响风力发电机的工作性能,甚至造成停机。因此要求风电转盘轴承的使用可靠性高、寿命长,至少要达到风力发电机的使用年限,即20年。
国内外许多研究者从磨损累积、裂纹形成与发展等角度对转盘轴承的寿命作了大量研究[1~4],然而这些研究结论大多基于大量经验数据及简化,对于风力发电机的特殊应用场合是否适用还有待实验的验证。企业必须经过大量实验,获取各自产品综合性能的实验数据,在此基础上结合理论分析和参数修正建立适合风电转盘轴承设计方法。另外,提供可信、有说服力的产品性能实验数据也有利于企业提升形象和产品的市场竞争力。
风电转盘轴承实验系统是获得产品性能数据的关键,某公司专门针对风电转盘轴承开发的实验台转盘轴承竖直安装,可以按照风电转盘轴承的承载特点模拟较大的径向力,对产品的滚道综合性能作检测,但不能对齿圈的齿根弯曲强度作检测[5]。IMO开发的风电转盘轴承实验台可以检测转盘轴承的无载启动性能,滚道硬度,完成常规的无损检测等,但载荷模拟功能较差[6]。斯洛文尼亚Ljubljana大学长期从事转盘轴承的相关研究,开发了一套转盘轴承实验台,但该实验台可实验产品规格较小[7]。法国LGMT实验室开发的转盘轴承实验台可用于分析静载状态下转盘轴承的滚道及安装螺栓的载荷分布,不能驱动转盘轴承对其滚道和齿圈作性能实验[8]。
本文从模拟加载、驱动系统、信号采集与处理等方面介绍了风电转盘轴承实验台的开发。实验台可以模拟风电转盘轴承承受的巨大轴向力、径向力和倾覆力矩的组合,检测转盘轴承在无载和承载状态下的启动性能,并实时监测加载运转过程中回转力矩的变化。实验台还可对运转过程中转盘轴承的振动特性作检测和分析,评估转盘轴承的使用寿命。
1 实验台开发要求
所设计的转盘轴承实验台能够完成包括风电转盘轴承在内的不同规格转盘轴承综合性能实验,主要要求:
1)能够满足不同规格滚道中心直径的转盘轴承的加载实验;
2)能模拟叶轮转动过程中转盘轴承的交替载荷;
3)检测转盘轴承的启动力矩、运行摩擦阻力矩、滚道温度、齿根应力;
4)可完成转盘轴承加速疲劳实验。
2 风电转盘轴承综合性能实验台的研制
2.1 实验台整体方案设计
整个实验台系统由转盘轴承装配系统、加载系统、驱动系统、数据采集与处理系统等组成,如图1所示。按照设计要求实验台要能够实现不同规格的转盘轴承实验,为确保实验数据的可信,转盘轴承的安装应尽量符合实际情况,采用螺栓连接法兰的方式安装,为此转盘轴承分别通过上、下法兰筒与加载系统和基础连接,不同规格的转盘轴承更换不同规格的法兰筒。基础通过地脚螺栓与地基固定,加载系统也通过油缸与基础连接,且为保证液压加载系统能够可靠地工作,要确保加载系统不能随着被实验转盘轴承一起转动,为实现加载情况下转盘轴承能够回转运动,实验时采用两套同规格的转盘轴承“背靠背”安装,两套转盘轴承的定圈分别用螺栓连接上、下法兰筒,动圈通过螺栓相互连接。由于载荷要求较大,且要求能够模拟叶轮转动时的交替载荷,实验台设计采用液压加载方式,通过PLC控制溢流阀实现加载载荷的交替变化。
2.2 加载系统
所有的载荷通过加载系统实现,加载系统主要由径向力加载油缸、轴向力加载油缸组、倾覆力矩加载油缸组、加载盖等组成,实验台采用液压缸加载。
每个油缸的压力由PLC独立控制,可实现各种载荷的组合,轴向力和倾覆力矩的两对加载油缸组保证压力同步。每个油缸压力由软件控制,根据不同的实验要求可实现不同的载荷组合,油缸的输出压力经由压力传感器与测控系统形成一个闭环,确保液压缸输出压力在实验设定范围。
单个油缸的液压原理如图2所示,液压缸压力由PLC通过溢流阀(11)调节,在实验过程中液压缸的压力要保持恒定。做定载荷实验之前,溢流阀调定实验压力后,液压泵停止工作,蓄能器提供油缸的保压性能,确保液压缸压力恒定,如果由于泄露等原因导致蓄能器的工作性能已达不到保压要求,则重新启动电机驱动液压泵,对系统补压。
2.3 驱动系统
按照实验台的设计要求,被实验转盘轴承能够在加载情况下进行加速疲劳实验,传动系统采用小齿轮直接啮合转盘轴承齿圈,驱动动力由低速大扭矩液压马达提供。为实时监测实验过程中转盘轴承的回转力矩变化情况,液压马达与小齿轮之间连接有扭矩传感器。
驱动系统的液压原理如图3所示,电磁换向阀控制转盘轴承的360°回转,YV9、YV10得电分别控制转盘轴承的正、反转。
2.4 数采与控制系统
根据实验要求,实验台要能够完成转盘轴承刚度、动态阻力矩、寿命、关键位置应力等测试和分析。对于载荷,由于精度要求不高,可通过测量液压油压力间接测量,变形测量主要指内外圈间的相对位移,可通过非接触式位移传感器完成。系统实时记录驱动系统扭矩传感器的检测结果,通过传动比换算出转盘轴承的实验扭矩。转盘轴承的寿命通过扭矩、振动、磨损、润滑油温等综合信息评定,振动信号通过加速度传感器获得,对振动信号作频谱分析可获得滚到裂纹、破损等信息,磨损量和润滑油温度也同时给出转盘轴承寿命评估的辅助信息。主要待测量如表1所示。
系统的控制量主要包括转盘轴承回转运动、加载等执行机构的相关参数,主要包括回转速度、正反转、油缸压力、载荷谱、加载时间等。
USB总线连接的设备支持热插拔,因此无需将PC关机即可添加或删除一个设备;总线也具备自动设备检测,因此无需手动配置设备,可以即插即用。USB总线系统具有传输速度快,与计算机接口方式简单,插拔方便等许多优点,比传统的PCI、ISA等总线更容易使用,所以本系统采用USB总线系统,如图4所示。
3 结论
根据本文讨论的内容,南京工业大学机电一体化研究所研制出了国内第一台风电转盘轴承实验台,如图5所示为风电转盘轴承实验台现场控制系统照片。
实验台在相关企业运行状况良好,可以实现在模拟风电转盘轴承载荷下测试转盘轴承的动态阻力矩、齿根应力、润滑油温度、振动等性能参数,同时在数据处理模块中通过对采集数据的分析,能够对转盘轴承的寿命和运行状态给予一定的评价。
参考文献
[1]王兴东,刘源,严爱军,等.大型回转支承寿命预测方法的研究[J].湖北工业大学学报,2006,21(3):33-36.
[2]T.A.Harris,M.N.Kotzalas,Rolling bearing analysis,fifth ed.[M].Taylor&Francis Group,2006.
[3]R.Kunc,A.Zerovnik,I.Prebil Verification of numerical deter-mination of carrying capacity of large rolling bearings withhardened raceway[J].Internal Journal of Fatigue 29(2007)1913-1919.
[4]NWTC-Certification Team,Guideling DG03 Wind turbinedesign yaw&pitch rolling bearing life[R],NREL,2000.
[5]www.rotheerde.com Rothe Erde Slewing Bearings.Applica-tion:Wind Energy Turbines.
[6]www.goimo.com IMO bearings for wind turbines
[7]S.Zupan,R.Kunc,I.Prebil,Experimental determination of da-mage to bearing raceways in rolling rotational connections[J].Experimental Techniques,3/4(2006)31-36.
综合性能试验台 篇9
煤矿可移动式硬体救生舱(以下简称救生舱)是一种新型的煤矿井下逃生避难装备,放置于采掘工作面附近,当煤矿井下突发重大事故时,井下遇险人员在不能立即升井脱险的紧急情况下,可快速进入救生舱内等待救援。救生舱的研制对改变单纯依赖外部救援的矿难应急救援模式,由被动待援到主动自救与外部救援相结合,使救援工作科学、有序、有效的进行起到至关重要的作用[1,2]。
目前,安全生产行业标准《救生舱通用技术条件(报批稿)》已更新至2011-11-03版,正式标准在不久的将来便会发布实施。本文结合报批稿中的综合防护性能试验要求,从救生舱的现场试验出发,介绍救生舱综合防护性能试验平台的实现方法。
1 救生舱基本概念
救生舱可分为组装式(或分体式)、一体式及其它;按额定人数可分为小型舱和中型舱,8人及以下的为小型舱,8人以上、16人及以下的为中型舱。从结构上分,救生舱分为过渡舱、生存舱和设备舱(一般不会单独设置设备舱)。从功能上分,救生舱分为氧气和空气供给系统、空气净化与温湿度调节系统、环境检(监)测系统、通信系统、舱内照明及指示系统、动力保障系统、生产保障系统。救生舱一般为车体式结构,整个救生舱舱体由耐高温、抗冲击的材料构成,设有观察窗和逃生窗[3]。
2 救生舱综合防护性能要求
救生舱综合防护性能的定义:在设计的工况条件下,通过模拟试验,救生舱应运转正常,各项功能参数应满足设计要求。
设计要求:在无任何外界支持的设计的工况条件下,额定防护时间不低于96 h。在整个额定防护时间内,紧急避险设施内部环境中氧气含量应在18.5 % ~ 23.0 %,二氧化碳体积分数不大于1.0 %,甲烷体积分数不大于1.0 %,一氧化碳体积分数不大于24×10-6,体感温度不高于35 ℃,湿度不大于85 %,并保证紧急避险设施内始终处于100~500 Pa的正压状态[3]。
设计的工况条件:指救生舱能在高温( 55 ℃)条件下运行的时间、在常温( 30 ℃ )条件下运行的时间以及总的运行时间(要求为96 h ,具体的试验时间为96×1.1=106 h [4])。
3 救生舱综合防护性能试验平台设计
按照救生舱综合防护性能要求,笔者设计了一种救生舱综合防护性能试验平台,其总体设计方案如图1所示。
从图1可看出,该试验平台分为恒温室、舱内外环境监测系统、视频监控系统3个部分。下面笔者将从这3个方面分别探讨该试验平台的实现方法。
3.1 恒温室
在进行综合防护性能试验时,救生舱必须放置在一个能够进行恒温控制的封闭环境中,这就需要搭建一个恒温室。恒温室应采用结构牢固可靠的隔热材质的型材进行搭建;应预留充分的空间便于救生舱放入后的加热和搅拌;加热可以采用性能稳定可靠的石英管作为发热源,同时需要在石英管与救生舱的中间添加石棉网来阻挡热辐射,从而避免舱体表面因辐射的作用而出现区域性高温的现象;搅拌可以采用在舱内放置持续运行的风扇来实现。
恒温室应能在20 ~ 80 ℃ 范围内任意调节控制,控温误差不大于±2 ℃。该试验平台选用PID温度调节仪来调节控制温度,以无限接近的方式控制PID温度调节仪的升温,能有效避免高温超调量带来的舱内制冷剂损耗;采用恒温室内外空气交换的方式将热空气置换出来以控制恒温室内的降温。
3.2 舱内外环境监测系统
为了减少试验时的现场布线,同时从救生舱的整体气密性结构出发,该试验平台采用总线型的网络构架。这样既不会因为太多的走线穿过喇叭嘴而产生漏气隐患,又不会由于过多的试验线路而干扰入舱志愿者的试验操作。现场总线采用一条4芯电缆贯穿救生舱内外,4芯电缆中两线为直流供电、两线为总线信号。图1中,舱内外环境监测系统的硬件包括计算机、打印机(图1中省略)、接口、舱内传感器、差压传感器、红外一氧化碳分析仪、舱外温度采集器以及现场总线。
3.2.1 舱内传感器
(1) 过渡舱(1套):氧气传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器;
(2) 生存舱(2套):氧气传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、温度传感器、湿度传感器、甲烷传感器;
(3) 设备舱(1套):二氧化碳传感器、温度传感器;
(4) 具有串口的红外一氧化碳在线分析仪,配合串口/总线转换模块(图1中的RS232/485)实现总线传输功能。
上述传感器以及差压传感器选用具有总线信号通信接口的传感器作为各个测点设备。作为试验用测量设备,这些传感器都需要进行送检计量/校准后方可投入使用。
3.2.2 舱外温度采集器
舱外温度采集点的位置如图1所示,为6点式采集控制。温度采集器选用具有串口输出的产品,结合串口/总线转换接口实现与现场总线的并网。
3.2.3 接口设计
考虑到上述18个总线型环境监测传感器的供电,将这18个传感器的直流供电电源集成到接口中实现,如图2所示。
3.2.4 系统软件设计
由于舱内外环境监测系统仅需要监测各个点的数值,故采用组态软件作为平台,将各个数据以表格的形式列举在界面中即可。该系统每30 min巡检各个网络节点一次,形成具有25个参数的报表记录。进行救生舱综合防护性能试验时,3名检验员采取“三班倒”的机制值班,即每班8 h、共16次数据记录。按照该要求,将计算机软件设置为可自动生成一个完整的共16行,每行为“记录时刻”加25个数值、加“备注信息”的班报表,再在换班时在打印机中一次性打印成表作为原始记录(该记录应由值班的检验人员签字确认方为有效)。为了便于分析整个试验过程数据,该系统软件中还加入了图表功能模块,使每一个存储的参量可以沿时间轴生成对应曲线。
3.3 视频监控系统
视频监控系统用于记录整个试验过程,它可以和舱内外环境监测系统共用一台计算机,方便舱外试验、检验人员的使用。在过渡舱舱门外放置一个视频探头、逃生门外放置一个视频探头、生存舱内左右各放置一个视频探头,结合可录像120 h以上的硬盘录像机,实现各个关键点的视频监控和录像工作。视频监控系统的组网方式形式多样,在此笔者不在赘述。
4 结语
根据目前国内对救生舱的各项要求,介绍了救生舱综合防护性能试验平台的设计,重点介绍了该试验平台中恒温室和舱内外环境监测系统的实现方法。目前,该试验平台的硬软件设计已经结束,正处于硬软件联调阶段。联调中需要特别注意的是试验记录表格自动生成功能的实现方法和记录表格的表现方式,以及各个测点的曲线图形的生成功能。如果软件设计简洁且试验记录完整准确,将大大提高试验平台的自动化水平,从而提高救生舱综合防护性能试验的效率和精度。
参考文献
[1]国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知(国发(2010)23号)[EB/OL].[2011-12-20].http://www.chinasafety.gov.cn/newpage/Contents/Channel_6652/2010/0723/102710/content_102710.htm.
[2]国家安全生产监督管理总局,国家煤矿安全监察局.关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知(安监总煤装(2010)146号)[EB/OL].[2011-12-20].http://www.chinasafety.gov.cn/newpage/Contents/Channel_6289/2010/0826/105909/content_105909.htm.
[3]高广伟,张禄华.煤矿井下移动救生舱的设计思路[J].中国安全生产技术,2009(8):162-164.
喷雾性能试验台的设计与研究 篇10
在农业机械中,植保机械的发展在农业生产和农业科技发展中占有极其重要的位置。植保机械的核心—喷洒部件(吸管、接头和喷头)与增压部件(筒、泵),在室内试验的优越性和迫切性已变得十分明显。随着新型电子测试技术得到了日益广泛的应用,使用室内喷雾性能综合试验台可以不受田间各种条件的限制,人为地创造各种工况,从而对喷洒和增压部件的性能以及各主要参数进行深入广泛的试验研究。喷雾性能综合试验台已成为农机科研单位及喷雾机生产单位所必须具备的主要试验手段。
1 主要技术特点
①适用于国内外液力喷雾机的核心—喷洒部件(喷头)与增压部件(水泵)的综合性能试验。②水泵出口的压力0～2.5MPa,水泵出口流量0～40 L/min,水泵转速无级调速。③自动监测水泵的进出口压力、扭矩、转速和流量参数。④喷杆上安装4个喷雾器,间距500mm,喷杆自动上下可调,调节范围为300～800mm;喷杆自动前后可调,方便装卸喷雾器。⑤集液槽设计严格遵循ISO 5682-2标准的U形集雾槽,各槽壁的上边缘在一个平面上,在纵向(与槽垂直)与水平面的公差为 1%(10mm/m),在横向(与槽垂直)的公差为 2%。集雾槽的厚度为4mm,相邻槽壁顶端之间的距离为500.5mm。⑥接液试管能够自动接液、自动测量、自动倾倒。⑦应用超声波精确测距技术间接测得喷液量,精度为±0.5%;并自动计算生成各喷头喷雾量和单喷头喷雾量分布均匀性的变异系数以及雾流柱状图、曲线图等。⑧应用数字图像处理技术分析喷雾图像,实现雾锥角度测量,检测准确、直观和可溯源(存储图像及角度值)。⑨使用、调整、保养方便。
2 总体设计方案
参照国家标准规定的喷雾机试验项目、大田喷杆式喷雾机喷头以及液泵的试验要求,研究喷头和液泵试验项目所采用的试验方法,设计出喷雾性能综合试验台。
通过研究喷头性能指标的测试方法,比较各指标检测方法的优缺点,确定了喷头性能的测试方法。喷雾角的测试采用数字图像处理技术结合最小二乘法的方法检测;喷头雾流横向分布均匀性采用超声波液位传感器进行检测;单喷头流量的测试和喷量一致性的测试采用传统体积法进行检测。
3 技术实现
本试验台由喷头性能测试系统、液泵性能测试系统和总控制台3大部分组成。以Visual C++6.0为软件开发平台,PLC监控关键部位,通过人机交互界面实现喷头性能测试的自动控制,有效地提高了测试速度和测试精度。
3.1 机械结构设计
1)试验台总长3 600mm、宽2 200mm、高2 250mm, 框架采用铝合金型材,防腐防锈,外观精美。
2)喷杆上安装4个喷雾器,间距500mm;喷杆上下可调,调节范围为300～800mm,通过减速电机驱动链轮、链条进行上下调节,由喷杆上的箭头指示刻度尺上的刻度位置。喷杆可前后移动,由气缸驱动,当移动到实验台前端,可以方便装卸喷嘴。
摄像机架连接在试验台框架上,通过气缸可以90°旋转,防止喷杆向前移动时发生干涉,摄像机距离喷嘴400mm。摄像背景用黑色绒布窗帘,不反光,其他三面采用铝板,颜色采用不反光黑色;摄像照明采用直流电光源技术,图像稳定无闪烁;所有可移动位置均有铝合金导轨、滑块做导向。
3)集液槽设计采用严格遵循ISO 5682-2标准的U形集雾槽,替代了以往V形集雾槽,可更好地防止液滴飞溅,使测试更精确。集雾槽的槽壁为直立面,各槽壁的上边缘在一个平面上,在纵向(与槽垂直)与水平面的公差为 1%(10mm/m),在横向(与槽垂直)的公差为 2%。集雾槽的厚度为4mm,相邻槽壁顶端之间的距离为500.5mm。集液槽铺装完成后,整体倾斜3°,以利液体流出。
4)喷雾分布均匀性测试由超声波液位传感系统、试管及试管架、试管架翻转机构组成。试管架翻转机构采用齿轮传动方式进行翻转,翻转角度为105°,以实现接水、测量和倾倒位置精确定位。60个试管固定在试管架上,翻转时可以保证不上下、左右晃动。选用D=45mm,H=250mm的试管,最大可测量4支流量3L/min的喷头,应满足国内喷雾机的要求。超声波测量系统由超声波液位传感器、铝合金导轨、导向滑块、步进电机、限位开关和齿轮齿条驱动装置组成,保证超声波液位传感器在导轨上水平移动,移动速度3m/min。
5)药液循环系统。由电机、水泵、过滤器、调压阀、球阀、三通、弯头、不锈钢管、胶管和接头等构成。
6)液泵测试系统。应用传感器融合技术,自动监控液泵的进出口压力、扭矩、转速和流量参数。它们以电流标准信号形式经PLC的A/D 模块转化为数字量;PLC同时以高速计数脉冲形式获得编码器转速信号,并都通过RS232接口传送给计算机。在组态王6.0编制的程序下进行采集和显示,由研制的C++语言进行计算、数据融合处理、储存、打印试验报表以及绘制液泵的特性曲线图。
3.2 电机及控制设备
1)水泵及驱动电机。
为了保证喷雾试验的稳定性,选购国产活塞泵,40L/min。所配电机转速960r/min,通过皮带轮减速,同时配置变频器调速。
2)试管架翻转电机。
选用蜗轮减速电机,配合接近开关,可多个位置准确定位。
3)喷雾架提升电机。
选用电磁制动蜗轮减速电机,配合接近开关,可实现测量、接水、倒水等3个位置准确定位。
4)超声波液位传感器水平移动电机。
选用1台步进电机,可以设计不同行进速度,也可精确定位和启停。
5)喷雾架前后移动气缸和摄像机箱移动气缸。
喷雾架前后移动选用2支双作用气缸,缸径40mm,行程700mm;摄像机箱移动选用1支双作用气缸,缸径20mm,行程200mm;1台空压机,排气量0.12m3/min,压力1MPa。
6)测试传感器的选用。
(1)压力传感变送器选用CYB-20S,出口量程为0～2.5MPa(2个),进口量程-0.1～0MPa(1个)。
(2)选用2个LWGYA型涡轮流量传感变送器,量程分别为1～10m3/h,0.2～1.2m3/h;通径分别为DN25,DN10。
(3)扭矩传感变送器采用CYB-803S,量程0～100N·m。
(4)选用U-GAGE S18U超声波传感器测量液位,量程30～300mm。
7)稳压分配阀组。
选用1套进口多路稳压分配阀组,保证在系统中实现多路稳压、调压、节流的作用,最大压力2.5MPa,有效流量100L/min。
3.3 PLC主控柜和总电源分配柜
该部分包括PLC控制器、变频器、数字温控器、直流开关电源以及空气开关、接触器和热保护器等电气控制器件。
3.4 综合操控台
以CPU为2.3GHz 的 PC机作监控主机,主板上配置组态监控系统和图像采集系统等。
1)组态软件测量和显示水泵转速、扭矩、进出口压力、流量;测量和显示计算试管容积、曲线图;调用研制的C++语言图像采集分析处理系统所输出的喷雾角;配激光打印机,打印输出综合实验台各种性能试验报告。
2)操作面板上有对PLC及变频器进行控制的按钮、旋钮和状态显示灯等。
4 重要参数的确定
4.1 水泵功率的确定
按设计要求,最大能够测试水泵为压力2.0MPa,出水量100L/min,则
P = KρgQH/1 000η1η2=4.9kW
式中 P—电机功率(kW);
K—余量系数,取K=1.15;
Q—泵的出水量(m3/s),取Q=0.1/60;
H—泵的扬程(m),取H=200;
η1—泵的效率,取η1=0.8;
η2—传动效率,取η2= 0.96(皮带传动);
ρ—水的密度(kg/m3),取ρ=1 000;
g—重力加速度(m/s2),取g=9.81。
其结构图如图1所示。
药液循环原理如图2所示。
最终,选取5.5kW,型号Y132M2-6电机满足设计要求。系统原理图如图3所示。
1.喷杆上下移动电机 2. 喷头 3.摄像机 4.集雾槽 5.超声波传感器 6.超声波移动机构电机 7.试管 8.翻转机构电机 9.幕布
4.2 试管架翻转电机的确定
试管架翻转电机示意图,如图4所示。其中,O1为试管架圆心;O2为试管架重心;O3为减速电机轴心。设试管架质量G=34.4kg;减速电机转速n1=26r/min;齿轮减速比i=1:8;n2为试管架转速;T为O1点扭矩;ω为O1点角速度;P为电机功率,即
T=GgL=9.79N·m
N2=3.25r/min
ω=0.34rad/s
P=Tω/0.9=3.7W
最终,选取90W蜗轮减速电机满足设计要求。
4.3 数字图像法测试雾锥角
以往常用的雾锥角测试方法有直测法、计算法和摄影法。 这3种方法检测时干扰喷雾场,检测结果会受人为视力误差的影响。
试验台在喷头喷雾稳定之后,用CCD摄像头采集一系列的喷雾图像作为样本,先对图像进行分割,只考虑喷雾锥面部分的图像,经去除噪声、二值化、边缘提取后,得到两个离散的雾化边界,两个边界的夹角即为要求取的雾锥角。
因为每个边界是由一系列离散的点组成,为了将边界拟合成一条直线,可以用一元线性回归方程的方法来完成,即令:y = a+bx,并采用最小二乘法来进行方程参数的确定,则偏差计算公式为
undefined (1)
为使S值为最小,则a,b的计算公式为
a=(∑yi-b∑xi)/n (2)
undefined (3)
通过a,b可计算得出所拟合的边界的斜率,从而得到雾锥角。
4.4 超声波测量喷液量
测试时,超声波传感器垂直于试管液面,安装在采用齿轮齿条传动的行走机构上,电机带动齿轮推动齿条驱动导向滑块,使超声波传感器沿铝合金导轨平稳移动(3.9m/min),逐个测量各试管的液位,两端以行程开关限位。
由该传感器向试管液面发射多个超声波脉冲,脉冲在空气中以声速传播,被液面反射后,再由传感器接收,距离计算公式为
H=vt/2 (4)
式中 H—液面至传感器的垂直距离(m);
V—声速(m/s);
t—声波从发射到返回所需总的传播时间(s)。
超声波传感器距试管口的距离一定,试管的高度也一定,由此可计算出每个试管的液面高度,进而测得试管内液体体积。
5 结语
本试验台在满足功能齐全、手段完善、测试精确、自动化程度高的基础上,又力求结构精巧、简单,以达到经济实用的目的。为便于推广,采用模块化设计,可通过灵活选用、组合,满足喷雾机和液泵的教学、科研开发和生产单位使用的不同需求。计算机视觉超声波技术和微机控制技术的应用,有助于促进我国植保机械检验检测技术的发展。
摘要：主要介绍了喷雾性能试验台测试与控制系统的研究与设计。同时,提出了通过数字图像处理和最小二乘法测量喷雾雾锥角、采用超声波精确测距技术进行喷雾均匀性检测以及应用传感器融合技术获取液泵性能参数的理论和方法。由计算机与PLC系统实现实时监控。本试验台的试验条件满足国家标准要求,能自动完成各种类型的农业植保用液力喷杆式喷雾机喷头及液泵的性能试验。
关键词：喷雾机,试验台,数字采集,超声波传感器
参考文献
[1]薛新宇,柳平增,龚艳,等.喷头综合性能测试实验台的研制及应用[J].植保与清洗机械动态,2006,98(2):4-7.
[2]史春建.植保机械雾化性能的图像[D].镇江:江苏大学,2005.
[3]李茂山.超声波测距原理及实践技术[J].实用测试技术,1994(1):12-20.
[4]宗典瑞,宋文臣,刘朋振.最小二乘法应用探讨[J].青岛化工学院学报,1998,19(3):296-297.
[5]蔡晓华,吴泽全,刘俊杰,等.基于计算机视觉的排种粒距实时检测系统[J].农业机械学报,2005,36(8):42-43.
[6]吴泽全,程睿,姜文武.计算机与松下PLC通信程序的设计[J].农机化研究,2006(3):112-113.
[7]刘文奇,杨建尧.奶牛的机械挤奶[J].中国奶牛,2000(5):50-51.
[8]史春建.植保机械雾化性能的图像[D].镇江:江苏大学,2005.
弯曲式深松犁性能试验分析 篇11
关键词：弯曲式深松犁；犁耕作业；犁底层；性能
中图分类号： S222.12+9文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）01-0354-03
收稿日期：2013-05-23
基金项目：新疆生产建设兵团工业科技攻关计划（编号：2009GG26）。
作者简介：张鲁云（1972—），男，新疆石河子人，硕士，助理研究员，主要从事农业机械设计与农机具制造研究。Tel：（0993）6683750；E-mail：zhangluyun1972@163.com。
通信作者：郑炫，研究员，主要从事农业机械设计与试验研究。E-mail：jiazhengxuan@sohu.com。机械化耕、整地是大田农业的基本作业之一，其目的在于疏松土壤结构、改善作物生长环境、清除地表残茬和杂草、消灭部分病虫害。近年来，随着我国农业机械化程度的提高，各种农业机械进地作业，土壤被车轮压实，再加之化肥、废旧地膜、滴灌带污染，多数耕地有效耕层仅为15 cm左右[1-3]，15 cm 以下是一层厚度为7～12 cm、容重超过1.5 g/cm3、硬度为普通耕层3倍的坚实犁底层。坚硬的犁底层阻碍了植株的根系发育和灌溉水分的渗透，造成了水资源的浪费，且不利于土壤的保墒。只有通过深松装置作业，才能彻底打破犁底层[4-6]，减小根系穿透阻力，改善作物生态环境，提高资源利用效率，增加作物产量。
新疆农垦科学院机械装备研究所针对我国目前的土壤结构特点和亟需的相应农业机械装备，研制了与大马力拖拉机相配套的新型弯曲式深松犁，该深松犁装在固定犁架上与拖拉机为悬挂式连接，机车在牵引犁具前进的同时将牵引力通过悬挂装置传递给犁具[7]，在土壤阻力、重力和机车牵引力的共同作用下，机具入土后达到工作深度，通过深松犁体与土壤间的剪切和摩擦力，出现相对位移，从而达到粉碎和疏松土壤犁底层的作用。
1材料与方法
1.1结构及特性
该深松犁具有独特的外形和犁体曲面（图1、图2），较传统的铧式犁牵引阻力小，加深耕层而不翻转土壤，彻底打破犁底层，提高土壤蓄水保墒能力。新型弯曲式深松犁的推广使用，能较好地改善农田土壤种植状况，对我国农业的发展有着积极的推动促进作用，因而有着广阔的市场推广应用前景。
1.2试验仪器设备及环境
1.2.1试验仪器设备[8]量程10 m、精度1 mm的钢卷尺；量程50 m、精度1 mm的皮尺；量程1 m、精度1 mm的板尺；LEGRIA HFR 38型数码摄像机；TDR300型土壤水分率测量仪；SC900型数字式土壤坚实度测量仪；配套动力为东方红1204拖拉机。
1.2.2试验环境2013年4月28日，在新疆维吾尔自治区石河子东开发区荒地进行试验。试验地为新疆黏性土壤，掺杂少量热电厂煤灰粉尘，前茬种植作物为小麦，面积约 20 hm2。随机选择5处地点，测定试验地土壤含水率见表1，测定土壤坚实度见表2。
1.3犁体调节试验
1.3.1調节悬挂装置销轴位置如图3所示，调节犁体大架与拖拉机悬挂装置销轴位置进行犁耕作业。
1.3.2调节固定座螺钉位置如图4所示，调节犁体与固定座螺钉位置进行犁耕作业。
1.3.3犁体增加配重如图5所示，在犁体大架上站3个人（约200 kg）进行犁体加重犁耕作业。
1.3.4调节犁体之间相对距离如图6、图7所示，拆除1组犁体，将两犁体之间距离由40 cm调至50 cm进行犁耕作业。
1.4犁耕现场挖掘、测量
如图8所示，经机车牵引装有深松犁的机具，分别进行6个行程的作业，每个行程约600 m。经机车牵引深松犁进行现场作业后，对犁耕的土地用铁锹进行现场挖掘清理，并测量。
2结果与分析
2.1深松犁工作状况
犁体增加配重，耕深效果不明显（图5）；拆除1组犁体，增加犁体之间的相对距离，杂草拥堵情况有所好转，犁耕深度也达到了最大位置（图6、图7）。经过犁体调节，最终深松试验效果较好，最大犁深50 cm，深松区底部波动起伏较小，仅为7.5 cm，犁耕幅宽260 cm，取得了较为理想的测试效果（图8、图9、表3）。
2.2深松犁测试结果
（1）与传统铧式犁相比，耕后土壤表面动土量较小，较好地保持了土壤墒情，减少了水分挥发，有利于实施保护性耕作。
（2）深松犁最终犁耕深度达到50 cm，取得了预期设计的效果，有效打破了犁底层，改善了土壤结构，有利于作物根系生长发育。
（3）通过悬挂装置销轴和固定座螺钉位置移动对犁体与地面角度进行调节，最终确定犁体入土最佳角度为10°～15°。
（4）将两犁体之间距离最终定为50 cm，可有效减小深松犁牵引力，减轻地表植被、残茬拥堵情况。表3深松犁测定结果
类别1作业速度
（km/h）1入土行程
（m）1深松深度
（cm）1深松稳定性
（%）1犁耕幅宽
（m）135 cm以下松土范围
（cm）技术指标1>5.51≤4.5130～401≥8012.315测定结果16.214.23150190.612.6115
（5）将前后2组犁体之间距离由30 cm调为45 cm，可有效减小犁体间的互动干扰，改善犁耕状况。
nlc202309041919
（6）本试验中东方红1204拖拉机因动力不足2次熄火，建议使用大马力拖拉机牵引深松犁。
（7）根据耕作土壤实际情况和牵引机车动力，确定深松犁数量和相互之间距离、方向，以达到最佳耕作效果。
3小结与讨论
深松作业是一项基本的保护性耕作技术[9-12]。当犁耕深度达到30 cm以上时，犁底层被彻底打破，土壤得到疏松，降低了土壤容重，提高了灌溉水入渗量，扩大了土壤水库容。新疆维吾尔自治区属于典型的温带大陆性干旱气候，年均降水量仅为 155 mm 左右，通过深松可将作物生长期内有限的降水最大限度地蓄积在土壤中，变不均匀的降水为稳定的土壤供水。深松作业打破了犁底层[13-16]，作物根系穿透阻力下降，易于下扎。主根系深度的增加，不但可以从土壤中吸取更多的水分，还可以获得较多的养料，从而促进作物地表部分的生长发育，增加产量。
新疆农垦科学院机械装备所研制开发的新型弯曲式深松犁满足了上述需求，通过实地测试证明，该深松犁彻底打破了犁底层，耕后土层断面形成“上虚下实，左右虚实相间，底部有鼠道”的良好土体结构。现场测量结果表明，该深松犁最大耕深已达到国外同类机具的水平[17]，如美国约翰.迪尔公司900V型机械式深松犁和德国劳尔公司生产的悬挂式深松犁，最大耕深一般就为50 cm左右。因此，该深松犁处于国内领先技术水平，希望以后通过大面积推广使用，积极促进我国农业发展。
参考文献：
[1]何进，李洪文，高焕文. 中国北方保护性耕作条件下深松效应与经济效益研究[J]. 农业工程学报，2006，22（10）：62-67.
[2]郭新荣. 土壤深松技术的应用研究[J]. 山西农业大学学报：自然科学版，2005，25（1）：74-77.
[3]曹敏建，于海秋，杨玉辉，等. 辽宁省玉米生产存在的突出问题及其解决途径[J]. 玉米科学，2009，17（5）：164-165.
[4]Ross C W. The effect of subsoiling and irrigation on potato production[J]. Soil & Tillage Research，1986，7（4）：315-325.
[5]高焕文，李洪文，王兴文. 旱地深松试验研究[J]. 干旱地区农业研究，1995，13（04）：126-133.
[6]高焕文，李问盈. 保护性耕作技术与机具[M]. 北京：化学工业出版社，2004：54-55.
[7]郑炫，贾首星，秦朝民，等. 1GY-4型耕耘整地复式作业机的研制[J]. 新疆农机化，2011（1）：35-38.
[8]李杞超，陈海涛，纪文义. 大豆窄行密植平作高速氣吸式精密播种机性能试验[J]. 农机化研究，2013（4）：163-167.
[9]廖植樨，邓建，谷偈白，等. 全方位深松机对土壤物理化学性质的影响[J]. 北京农业工程大学学报，1995，15（1）：18-24.
[10]肖继兵，孙占祥，杨久廷，等. 半干旱区中耕深松对土壤水分和作物产量的影响[J]. 土壤通报，2011，42（3）：709-714.
[11]马耀光，张保军，罗志成，等. 旱地农业节水技术[M]. 北京：化学工业出版社，2003：100-101.
[12]秦红灵，高旺盛，马月存，等. 两年免耕后深松对土壤水分的影响[J]. 中国农业科学，2008，41（1）：78-85.
[13]王晓燕，高焕文，李洪文，等. 保护性耕作对农田地表径流量与土壤水蚀影响的试验研究[J]. 农业工程学报，2000，16（3）：66-69.
[14]Pikul J P，Aase J K. Water infiltration and storage affected by subsoiling and subsequent tillage[J]. Soil Science Society of America Journal，2003，67（3）：859-866.
[15]李洪文，高焕文. 可调翼深松铲试验研究[J]. 北京农业工程大学学报，1995（2）：33-39.
[16]何进，李洪文，毛宁，等. 玉米免耕播种机深松联合作业试验研究[J]. 农机化研究，2004（6）：163-166.
[17]时均莲，邱立春. 国内外深松技术及深松机具概况[J]. 农业机械，2005（3）：58-59.万畅，李文春，李国礼. 采棉机采摘头高度控制系统及故障诊断研究[J]. 江苏农业科学，2014，42（1）：357-359.
汽车ABS动态性能试验台的设计 篇12
1 汽车惯量机电模拟原理
1.1 汽车制动系的工作原理分析
汽车制动时,驾驶员踩制动踏板,不旋转的制动蹄就对旋转着的制动鼓作用一个制动力矩,同时地面对车轮产生一个向后的作用力,即制动力。制动力Fb由车轮经车桥和悬架传给车身,迫使整个汽车产生一定的减速度。阻碍汽车运动的制动力Fb不仅取决于制动力矩Tm,还受限于轮胎与路面间的附着条件。制动力愈大,则汽车减速度愈大。
1.2 汽车制动过程分析
1.2.1 汽车制动受力分析
汽车在平整的路面上制动时,汽车所受总的阻力为:
式中:F为汽车受到的总的阻力;
Fb为汽车受到的地面制动力汽车ABS动态性能试验台的设计;
Fw为汽车受到的风阻;
Ff为汽车受到的滚动阻力。
在汽车正常制动行驶时,Ff和Fw在F中占的比例非常小。以Santana 2000GSI为例,其基本参数为:A=1.89m2,CD=0.425,m=1140kg。
若取V=50km/h(本课题中模拟的最高速),则最大的空气阻力:
若取f=0.01,则车轮受到的滚动阻力:
而若取=0.7,则地面对车的最大的制动力:
可见空气阻力和滚动阻力相对于地面制动力小得多,可忽略不计,所以F≈Fd。
1.2.2 汽车制动整车运动分析
紧急制动时断开动力传递,N1为前轴地面法向反力;N2为后轴地面法向反力;Fg为汽车受到的滚动阻力,Ff汽车受到的风阻力,m为整车质量;h为车重心高;L为轴距;L1为重心至前轴距离;L2为重心至后轴距离;F1、F2为各车轮地面制动力,整车力学方程有:
由上面分析得F≈Fb=N1+N2=m
得整车运动时的惯性力为:mα
式中:为车轮路面附着系数
dv/dt为整车减速度;
V0为整车制动时的初速度。
1.2.3 汽车制动时车轮运动分析
取上述汽车的从动车轮为研究对象,设车轮的转动惯量为J轮,根据得:
则车轮的角加速度dω/dt:
其中:J轮为车轮转动惯量;设dω/dt为各轮角减速度;Tm为制动器的制动力矩;Fb为路面对车轮的制动力。
1.3 试验台上制动时车轮的运动分析
本ABS综合性能试验台中用制动鼓运动代表汽车车轮的运动,以台架上制动鼓为研究对象,设台架上制动鼓制动力矩为Tm,皮带传递力矩为T电,制动鼓模拟部分转动惯量为J台,忽略台架阻力矩,则根据
得
Tm=T电+J台×’(8)
即’=(Tm-T电)/J台(9)
1.4 试验台上汽车惯量机电模拟原理
根据模拟要求,令=’则由式(7)和(9)得:
在汽车前后车轮制动未抱死时,汽车前后轮地面制动力按该车前后制动器制动力比例(汽车的β线)变化,设在汽车制动的车轮角减速度时,试验台测试车轮对应实车上车轮产生的制动力占整车制动力的比例为k,则:
由式(12)可知,为保证ABS试验台上车轮运动状况与汽车道路行驶时一致,有两种方案可以采用,一是用试验台飞轮等部件的转动惯量完全模拟汽车运动惯量,即使J台=J轮+kM车r2,其代价是必须配备大惯量的飞轮。另一方案是由试验台飞轮等部件模拟部分汽车运动惯量,其差值由磁粉离合器传递力矩补偿,此即为汽车转动惯量的机电混合模拟技术。
1.5 地面制动力的模拟原理
由(6)式发现路面对车轮的制动力和制动器对轮子的制动力矩有对应的关系。只要正确控制磁粉离合器就可以正确地反映路面对车轮制动作用。又由(6)式可发现除了dω/dt是变化值,其余都是常量。由于dω/dt可以通过采集轮速,进行一定的计算得到,因此磁粉离合器的控制目标就可以得到。
2 试验台设计方案
2.1 设计思路
基于汽车制动时驱动轮和非驱动轮速度不同的考虑,提出四个车轮单独驱动方法,实现汽车在制动时每个车轮速度的模拟。
基于汽车在不同路面状况制动时的附着系数不同和汽车运动时惯量对每个车轮作用效果不同的考虑,提出地面制动力和汽车转动惯量单独模拟方法,实现四个车轮转速的单独测量和四个电机和磁分离合器的单独控制,实现对开、对接路面、不同车速制动时的汽车运动的模拟。
基于设计的实验台与实际汽车制动系统在形式上更相接近、使用者容易接受方面考虑,提出实验台由四个单车轮模块组建的方法。
2.2 设计方案
该方案由四个单车轮模块组成,各单车轮模块在结构组成上是完全相同的,测量与控制上是相互独立的,各模块共用同一个控制系统。单个车轮模块,由公式(12)T电=(J轮+kM车r2J台),可以看出:如果惯量完全由机械方式来模拟,J台就比较大就要使用大转动惯量的飞轮,这样可以选择功率低一点的电动机;如果电动机功率足够高,相当于T电足够大,可以实现对惯量的完全电模拟;另外从本课题设计的要求出发,模拟的车速、轮速要和实际的车速、轮速要一致,但是小功率电动机本身转动惯量很小,踩制动后电动机的转速和轮速变化情况和实际踩制动后车速和轮速的变化达不一致,显然上面两种方法都不可取。
3 程序设计
运用Labview软件设计程序。当速度已调整到所要设定的初速度时“开始制动”图标就会变绿,如果要进入制动模式只要踩制动踏板就开始进行制动试验了进行制动试验时,车速和前、后轴轮速通过界面上的示波器动态显示。
4 试验结果
部分试验结果,从汽车车速和前、后轴轮速的变化曲线来看,本系统基本实现了设计目标,能够比较真实的模拟在不同初速度和不同路况(不同)下制动,ABS起作用时的汽车制动过程。
5 结语
本课题研究了基于机电混合模拟技术的ABS试验台,应用计算机测控技术对磁粉离合器传递力矩的控制实现地面对车轮的制动作用力和汽车运动惯量的模拟;通过电动机调速控制实现汽车行驶速度的模拟。以控制车轮的瞬时角加速度和减速度为主要参数,使用混合模拟技术,大胆取消了滚筒装置,飞轮仅模拟一小部分惯量,体积小;被测车辆的运动惯量、车轮与地面的附着系数等参数可通过电模拟实现在线调整;模拟精确,操作方便,试验精度高。
摘要：本文通过对当前国内ABS性能试验台系统现状的分析;针对目前教学和科研用试验台系统存在的缺陷,在分析了前人在机电混合模拟技术所做工作的基础上,提出了汽车惯量和地面制动力机电模拟的理论。以自行研制的新型ABS动态性能试验台为平台,设计了各种不同车速与不同路况下的汽车ABS试验方案,并进行了大量的实验验证。
关键词：ABS动态性能试验台,LabView,机电模拟技术,PID
参考文献
[1]陈家瑞.2003年.汽车构造(下册()第四版)[M].人民交通出版社.
[2]余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2002.