铁路机械动力管理系统

2024-09-25

铁路机械动力管理系统（通用9篇）

铁路机械动力管理系统篇1

1 机油消耗量过大

机油消耗量过大,致发动机功率下降、油底壳机油平面下降较快及排气冒蓝烟,一般由油封或衬垫处的渗漏或汽缸壁磨损过度而烧机油引起。主要原因:①活塞与汽缸间隙过大;②活塞环特别是油环弹性差;③缸套、活塞环过度磨损,活塞环被粘住、对口或扭曲环装反;④活塞环与环槽边隙和侧隙过大或活塞上油环回油孔被积炭阻塞;⑤增压柴油机涡轮增压器弹力密封装置失效;⑥气门杆与导管配合间隙过大或过小致使油封失效。

2 机油变质过快

一般柴油机运转500h应更换机油一次,但有时没用多长时间就出现机油变稀、杂质增多,无法继续使用。

(1)机油牌号不对、质量达不到要求。一般增压和标定转速大于2 000r/min的柴油机应选用cc级以上的机油。

(2)柴油机技术状况不好,如因配合间隙过大或油温过高而出现窜气、窜油等。

(3)柴油机经常在低温、低负荷、低速下运转,燃烧不完全,有柴油沿缸壁进入油底壳使机油稀释变质。

(4)废气进入油底壳凝结成水和酸性物质,使机油变质。

(5)机油滤芯不清洁,未经滤清的脏机油进入润滑部位,加速零件磨损。

(6)滤芯密封圈破裂发生内漏,一部分机油未经滤芯过滤而直接通过滤清器进入油底壳造成机油变质。

3 油水混合

冷却水进入机油内使机油变质,呈乳白色,粘度降低至失去机油功能造成润滑不良。机油也会进入冷却水中与水垢及其他杂质混合,在水箱上部形成粘稠状混合物。

(1)机油冷却器管破裂或冷却器芯管两端的密封圈失效,使机油和水在冷却器内混合。

(2)缸套外壁水道胶圈老化变质失去密封作用,缸套周围的冷却水进入油底壳。

(3)汽缸垫上的水封圈或油封圈失效。

(4)汽缸体或缸盖有裂纹,水漏入油底壳。

4 机油压力不正常

柴油机主油道的机油压力一般应在0).20～0.4MPa之间,当低于0.05MPa时,则难以保证各机件的有效润滑。油压不正常主要表现为油压过低和过高。

(1)油压过低的原因。①机油粘度过低,润滑部位泄漏量大。②机件配合间隙过大,机油泄漏量增加。如曲轴主轴承间隙每增加0.01mm,机油压力大致降低约0.01MPa。③调压阀调整不适当。④细滤器滤芯密封圈失效,机油旁通量增大。⑤机油冷却器发生故障,机油渗入水中。⑥油底壳中油量少,吸油泵吸入空气。⑦管路泄漏。

(2)油压过高的原因。①油道堵塞,可能造成有些部位无润滑油供给。②机油粘度过大,流通不畅,流量不足。③细滤器不清洁,旁通油量过小。④调压阀压力调整不当或堵塞、卡死。

5 机油温度不正常

柴油机正常的机油温度应该是90～110℃,油温过低则使机油粘度增大,流动性差,摩擦阻力增加,使发动机功率损失加大;油温过高使机油粘度降低,油压下降,无法形成良好油膜。

(1)油温过低的原因。①冷却系统温度过低。②溢流阀压力过高,从油泵出来的油全部经冷却器冷却。③柴油机长时间低负荷运行。

(2)油温过高的原因。①机油量不够。②冷却效果不良。冷却水量或风扇风量不足及冷却器中水管内壁水垢增多,水流受阻。水垢是热的不良导体,使机油热量不易传给冷却水。③溢流阀压力过低,机油从溢流阀溢出过多,通过冷却器的机油量减少。④各润滑部位的配合间隙不当,不能形成合理的油膜,摩擦产生的热量增多。⑤柴油机长期超负荷运行。

铁路机械动力管理系统篇2

关键词：铁路机械设备管理模式策略

0 引言

铁路是我国经济发展的大动脉，是保证经济发展的重要基础，为保证铁路路网和车辆的保持良好状态，铁路企业都配置了便于铁路建设与维修的机械设备，并且机械设备涉及到的铁路系统比较广泛，因此如何实现多个部门机械设备的最大化使用效益是提高铁路企业经济效益，降低人力成本支出的重要措施。因此本文主要对铁路机械设备管理的现状分析，提出提高铁路机械设备管理的各种措施。

1 铁路机械设备使用管理的现状

自从2013年铁道部实现政企分开后，提高铁路企业的经济效益成为铁路企业追求的第一目标，机械设备的费用支出占到铁路企业总体费用的很大一部分，其中很大的一部分费用支出是因为机械设备管理模式的不科学而导致机械设备功能价值得不到最大化发挥。

1.1 铁路企业缺乏全局观念虽然我国已经顺利实现了铁路机构的政企改革，但是在具体的铁路企业管理模式其还是过多于按照传统的管理方式进行管理，也就是铁路企业能够在内部解决的问题因受到部门利益的限制，需要向上级铁路管理企业进行申请，由上级企业给予拨付资金购买或者内部协调机械设备，比如在维修铁路的时候可能某个机械设备坏了，而另一部门的机械设备却在闲置，但是受到部门之间利益沟通限制，其不能使用其闲置的设备。这样的没有全局观念的机械设备管理模式很容易造成机械设备的使用率不高，或者重复配置的现象。

1.2 设备资产专用性强、调剂处置不易根据铁路建设以及维修购置的机械设备具有专用性，也就是说机械设备是针对铁路的发展需求而作业的，因此铁路机械设备的使用基本上只能在铁路内部使用，然而机械设备的使用是针对某一时期内的铁路发展技术而言，而铁路技术发展基本上属于同步发展，也就是说机械设备在不具备铁路发展技术之后，其在铁路内部调剂应用的可能性也就几乎为零了。

1.3 机械设备使用率不高铁路企业受到传统管理方式的限制，铁路企业的机械设备一直存在着重复购置、利用率不高的现象，长期以来铁路企业受到部门利益的考虑，部门之间的相互协调作业非常的少，各个铁路部门都在积极的购置相应的机械设备，而在他们购置机械设备之后，其因为铁路发展的原因应用的效率却不高，而且在日常的管理中铁路部门又不能对其进行科学的维修与保养，造成机械设备的使用寿命缩短。

2 铁路机械设备管理的模式与策略

2.1 制定铁路机械设备管理的合理制度合理的管理制度是保证机械设备科学管理的最基本措施，才能在根本上保证铁路机械设备管理的高效性。科学合理的管理制度是铁路企业对设备机械管理的有效指导，也是铁路机械设备使用人员的基本准则方针。因此铁路企业在制定机械设备管理制度的时候要考虑铁路企业的实际情况，尤其是侧重对机械设备使用人的规则制度的规定，因为机械设备的管理需要人来实现，只有赋予管理人一定的权限才能在根本上保证机械设备的科学管理；同时要明确机械设备使用与管理的内容，打破传统的机械设备的单一使用性，在制度上提高机械设备在铁路企业内部之间的相互协调使用性。

2.2 建立机械设备有偿使用模式针对铁路企业内部机械设备使用率不高、重复购置的现象，铁路企业可以实施机械设备的有偿使用模式，也就是说需要使用机械设备的企业可以向机械设备的产权方支付一定的经济费用，这样一方面可以避免重复购买机械设备的现象，另一方面可以增强机械设备的价值最大化。同时根据铁路建设以及维修需要铁路企业可以针对不同的机械设备需要，向社会租赁需要机械设备或者向社会出租铁路企业经常闲置的机械设备。

2.3 加强对机械设备的维修与保养铁路企业的机械设备不同与其它企业的机械设备，因为其工作环境复杂、人员管理素质参差不起、机械设备使用要求不同等，铁路企业的机械设备的使用寿命与平时的保养与维修有很大的关系，因此要想提高机械设备的使用寿命，提高其价值，需要在日常的工作中加强对机械设备的保养与维修工作，首先要对机械设备实施精细化检测，实施实时检测制度，保证及时发现机械设备在使用过程中存在的问题，并且尽早的制定相应的解决措施。其次对重点设备进行重点检测。对于重点机械设备要由铁路企业内部具有丰富管理经验的人员与技术人员共同实施检测，并且根据具体的问题给出客观的建议与措施。最后为每一种重要设备制定具有针对性的定检周期，从而实现设备的科学维护与管理，确保设备在工程项目中能够发挥最好的性能。

3 结束语

当前处于我国经济持续发展攀升的时期，铁路系统的路网建设也方兴未艾。目前的铁路建设与维修均已经引入了全面的机械化施工模式，而怎样才能对机械设备进行高效科学的统筹与管理是一个必须解决的问题。铁路机械设备管理的模式随着铁路工程的具体情况而有所差别，并存在着许多行之有效的管理方法，但是只有遵循科学化、客观化的管理原则和可持续发展的管理理念，才能最终实现机械管理工作的顺利开展。

参考文献：

[1]潘洪军.铁路工程机械设备安全管理探讨[J].世界华商经济年鉴·城乡建设版，2013（2）.

[2]杨厚军.浅谈铁路机械设备管理[J].西部大开发·中旬刊，2012（3）.

[3]於孝江.武咸城际铁路工程施工机械设备管理研究[J].城市建设理论研究，2012（29）.

铁路机械动力管理系统篇3

1 系统体系结构

本系统采用三层C/S结构, 如图1所示, 三层结构是最简单的多层应用, 开发出的三层C/S应用系统的逻辑结构更为清晰, 能提高系统和软件的可维护性和可扩展性[2]。三层分布式应用程序的开发主要包括三部分:

1.1 客户应用程序 (Client Application) , 它存放在用户计算机上, 用于实现用户的接口。

1.2 应用程序服务器 (Application Server) , 提供公共的数据服务, 它存放于客户端访问的中心计算机上。

1.3 远程数据库服务器 (Remote Database Server) , 用来存储应用程序的数据资料的关系数据库。

2 系统功能需求

2.1 工作流程。

作业人员通过工号及密码等相关权限, 通过验证后进行相关流程的操作。检修作业人员负责选择某台大机并处理相关作业任务。作业人员完成作业的信息和该作业人员的信息一起存入数据库。每完成一步, 系统会调用工作流相关数据来分析流程的进行状态, 根据转换条件自动进入流程的下一环节。

2.2 功能需求。

根据大型养路机械检修实际要求, 大型养路机械检修管理系统应具备以下功能:2.2.1大机状态监测:显示当前库内检修大机最新的检修状态以及该大机当前的故障信息。2.2.2显示大机检修过程中某项流程的注意事项, 提示检修工作人员注意相关操作。2.2.3检修库电子地图显示:显示大机在库内的停留、调整股道及停留位置。2.2.4实现大机检修作业控制:对整个大机检修作业进行管理、控制, 包括大机入库, 大机预检, 分活, 常规检修, 状态检修, 大机验收, 大机出库等环节。2.2.5对当前库内大机检修情况和历史检修情况进行查询。2.2.6大机临修和抢修管理。对大机临修记录和大机抢修记录进行管理。2.2.7实现大机故障分析的图表统计。统计内容有:时段内的故障发生的件数, 各作业班组发现处理的故障, 各部件发生的故障比率, 同期对比分析, 各个大机对比分析。2.2.8系统维护及安全。系统采用严密的安全管理模式, 设置不同的用户等级, 保证系统数据的安全性。

3 软件系统整体设计与功能描述

3.1 三层C/S模式。

三层应用体系把客户端和数据库服务器隔离开, 这样客户端就可以不包含任何的业务规则, 客户端对数据的修改, 只需在中间层进行相应的更新就可以提交给后端数据库服务器进行处理。这样, 可以在中间层搭配多台应用服务器分别连接客户端, 从而增加用户数目, 提高系统效率[3]。

3.2 整体结构与功能描述。

软件系统采用delphi7开发。软件整体系统结构图, 如图2所示。根据功能需求, 将铁路大型养路机械检修管理信息系统划分为5大功能模块, 分别介绍如下:3.2.1作业流程管理模块。实现对整个大机检修作业进行管理、控制, 包括大机入库, 大机预检, 分活, 常规检修, 状态检修, 大机验收, 大机出库等作业流程进行管理、控制, 实现数据的录入、存档与管理。3.2.2作业提示模块。显示最新的检修状态栏, 大机停放位置, 检修状态悬浮窗, 大机检修计划显示。3.2.3信息查询模块。实现库内大机检修情况的汇总, 查询, 支持报表的打印。3.2.4统计分析模块。实现大机在设定时间段的惯性故障及在设定时间段的某种车型的共性故障。3.2.5系统维护模块。实现系统的操作权限设置、系统初始化配置以及数据的备份与恢复。

4 数据库及数据字典

数据库是软件系统的一个极为重要的内容, 数据库的结构如图3所示。系统数据库管理系统采用ORACLE 10g。ORACLE数据库在物理上是存储于硬盘的各种文件。它是活动的, 可扩充的, 随着数据的添加和应用程序的增大而变化。ORACLE 10g关系型数据库能够满足铁路基础信息数据库建库要求, 且ORACLE 10g易于使用和开发。包括基础信息字典、数据字典、系统设置。

结束语

为了实现大型养路机械检修信息的自动化管理, 设计了铁路大型养路机械检修管理信息系统。系统采用三层C/S体系结构, 提高了系统工作效率。该系统的设计, 改变了传统单一、低效、费时的工作模式, 大大提高生产效率、作业质量和企业效益, 具有广阔的发展前景。

摘要：结合某大型养路机械运用检修段实施铁路信息化的实际情况, 设计了三层C/S结构的铁路大型养路机械检修管理信息系统。介绍了系统的功能需求, 详细划分了系统功能模块, 对系统的设计、结构、特点及功能实现做了简要的描述。

关键词：C/S结构,铁路信息化,大型养路机械

参考文献

[1]姜华.铁路大型养路机械使用的思考和研究[J].制造业自动化, 2011.2

[2]张亮, 谭瑛, 周小波等.基于三层体系结构的软件应用框架分析与设计[J].太原科技大学学报, 2008, 5

铁路机械动力管理系统篇4

关键词：铁路工程；轨道交通；机械设备；管理策略

中图分类号：U271 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）15-0103-01

我国领土范围辽阔，各地区的经济发展都在一定程度上依赖当地的交通环境，而铁路交通作为货物以及旅客运输的重要方式之一，需要对其提起应有的重视。在铁路工程中的机械设备管理工作，是工程中最为重要的工作项目之一。因此，相关工作人员需要在施工过程中不断优化设备的管理以及使用水平，及时完成设备的更新换代，才能够让这些设备在工程中发挥最大的作用，使整体铁路工程项目的质量以及工程单位的经济收益达到理想标准。

1 铁路和城市轨道施工机械和设备管理

随着我国城市铁路工程施工难度的逐步增加，对铁路施工的工作效率要求也逐渐上升，在这种情况下，如果施工人员想要使自身铁路工程的施工效率以及工程质量能够达到相关标准，就需要优化施工过程中对工程机械设备的管理工作，进而使工程中的机械设备能够发挥最大的作用，完成工程。城市铁路施工机械以及设备有以下三大类：

第一类，大型起重设备其中包括：龙门式起重器、桥式起重机、轨道式起重机可移动模架、桥架机以及提梁机与运梁车等。

第二类，铁路轨道运输设备，其中包括：重型轨道车、冷滑实验车、张力作业车、电气化架子线车、配渣整形设备、卸渣车、铁路岔道车、辅轨机等。

第三类，大型辅助设备，其中包括：风动凿岩机、锚杆台车、旋臂掘进机、凿岩台车、通风机、混凝土搅拌输送车、混凝土泵车、混凝土拌合站、卷扬机、静压桩机、锤击桩机、钻探专用机、长螺旋钻机、自卸汽车等。

2 铁路施工中机械设备管理存在的问题

2.1 设备使用问题

铁路施工单位在其实际工作中，会经常使用到机械设备的工程项目有：土方挖掘工程、隧道挖掘工程、混凝土结构工程、线路设计工程以及铁路焊接工程等。目前很多工程企业中使用的设备都是企业自行购买的，只有在需要使用一些不常用的设备时才会选择临时租赁。这种设备管理习惯中就会产生一些问题，其一般表现为企业中的机械设备比较陈旧或者与其他设备不匹配、由于设备长期闲置，需要投入较多的修理以及维护费用；企业所引进的新设备无法发挥其最大作用；工程单位对临时租赁设备的管理工作存在缺陷，进而产生设备资源浪费，增加企业整体工程成本投入；机械设备的使用缺乏相应规范，形成工程安全隐患，对工程的安全性以及工程质量造成严重影响[1]。

2.2 设备技术问题

铁路工程中相关机械设备的使用寿命，并不完全取决于设备本身的质量，工程中员工使用设备的技术水平也会对工程机械设备的使用寿命产生很大影响。一般情况下，员工都会对每种工程机械设备的经济寿命有一定了解，所谓设备的经济寿命，即是指设备在工程使用中所投入成本的最低年数，在这其中还涵盖了工程中机械设备所产生的折旧费用以及每年设备使用所产生的费用。在工程企业中出现的设备技术陈旧，其主要原因是企业中的技术水平没有与现阶段的铁路工程的技术发展共同更新，在施工使用过程中，自然会对工程机械寿命造成一定的影响。

2.3 管理人才问题

铁路工程企业在人才管理问题中，需要顺应时代发展紧跟工程领域的技术更新，眼下铁路工程的发展日新月异，相关设备的种类也在不断增加，传统工程企业的管理方法，已经无法满足现阶段铁路工程企业在人才管理方面的工作需求。技术水平的不断发展也对铁路工程企业中的人才管理工作提出了更高的要求。目前国内工程企业中人才管理工作的主要问题出现在，机械设备管理以及使用技术相对成熟的员工数量较少，很多在职员工的技术水平没有达到应有标准。由于铁路工程工作量较大，且工程施工时间较长，再加上员工本身专业水平有限，所以工程企业没有空闲时间来组织员工进行培训。因此，无法确保企业中员工的工作水平，便成为了影响交通工程机械设备管理工作质量的问题之一[2]。

3 施工现场管理的内容

3.1 制定设备使用规范

为了确保铁路工程设备在工程进行中的管理工作质量，企业中的管理工作者需要在工程正式开始前根据工程实际情况啊，制定相应的设备使用规范。设备使用规范的内容应当尽量完善，为了确保其规范中没有被遗漏的项目，管理者应当在设备使用规范完成后，召集有关员工开展会议，讨论规范中的内容，并进行适当的修改，或增加新的内容。然后再有各有关部门的管理人员，向其下属员工培训规范中的相关内容，如果有条件的话，应该向所有涉及到工程设备使用的所有员工，派发设备使用规范。此外，为了提升设备使用规范对员工的约束力，管理工作者可以根据规范中的内容制定适当的奖惩措施，以便员工能够从自身利益角度出发，提高对设备管理以及使用工作的责任心。

3.2 定期保养机械设备

设备的寿命以及相应的维修费用会直接决定决定铁路工程项目的投资成本，为了降低在使用现场中的工程设备受到的损害，工程部门应该成立一个完成工程设备管理工作的专项部门。这个部门的主要工作内容有以下几个方面：①负责保存暂时不需要使用的工程设备，并定期进行保养；②统计相关设备的型号以及数量，并定期查看；③在其他部门需要使用相应设备时进行记录，并在其归还时检查设备是否受到破坏，如有破坏则需要进行记录；④在发展现有设备因为不足或者破坏导致设备无法满足工程需求时，需要向上属部门申请采购或者租赁新的设备，以确保铁路额共享项目能够按时完工；⑤起到设备的看护作用，在设备闲置时也要进行周密报关，绝对不允许出现设备遗失现象。

3.3 加强人才管理与培养

正如前文所提到的，铁路建筑企业很难聚集员工进行相关培训。因此作为铁路企业中的人力资源管理工作者，需要在招收员工时，提升其面试门槛，只招收持有相应的工作资格证书的员工进入企业就职。如果条件不允许，作为铁路建筑企业的管理者就需要自行培养具备相应工作能力的员工。管理工作者需要具备正确的思想意识，只有在企业拥有足够的专业人才时，企业才会有一定的市场竞争力，并且，专业的工作团队是铁路建筑企业中最宝贵的财富。在工程中，应该鼓励技术还不够成熟的员工向老员工学习工作经验，并且尽量在工程时间较为充裕的情况下组织相关的培训学习。在进行培训时需要注意的，最好不要占据员工的休息时间来进行培训，因为这种做法会使员工参加培训的心态发生改变，很难真正将培训内容充分吸收。此外，管理者需要在培训时严明学习纪律，对于学习态度存在问题的员工可以进行适当惩戒[3]。

4 结语

铁路工程项目是我国最为重要的工程项目之一，而铁路工程项目中的机械设备管理工作会直接影响铁路工程的投资成本。在此，希望本文能够通过对铁路施工和轨道交通工程中机械设备管理策略的分析，为我国铁路企业此项工作发展提供一个新的思维方向，进而使我国铁路工程企业发展达到一个新的高度。

参考文献：

[1] 黄宇.浅谈铁路和城市轨道施工中工程机械和设备的管理[J].科技创新与应用，2013，（19）.

[2] 易南福，殷明旻，闻东.孟加拉国铁路轨道工程建设与思考[J].高速铁路技术，2015，（4）.

铁路机械动力管理系统篇5

1 先进的电机控制理论和控制方法

1.1 高性能矢量控制

异步感应电机和永磁同步电机的核心控制算法均采用高性能矢量控制方法, 实现了电机转矩及磁场的准确定向控制, 其中交流异步感应电机采用基于转子磁链定向的矢量控制方法, 实现了准确的转子磁链辨识和转矩控制。

为进一步提高动力总成的效率, 开展优化空间矢量脉宽调制方法 (SVPWM) ———不连续脉宽调制方法的研究, 该方法的基本思想是通过在调制波中加入零序分量, 使得调制波在一段时间内等于三角载波的正峰值或负峰值, 从而使三角波和调制波没有交点, 于是开关状态将保持不变。

利用该方法产生的PWM脉冲是不连续的, 在每个周期内有三分之一的时间开关不动作, 与常规正弦脉宽调制方式SPWM相比, 优化SVPWM调制策略使直流电压的利用率提高了15.47%, 在相同的开关频率下, 开关损耗减少了三分之一。

1.2 SVPWM过调制算法, 扩展恒功率区直流电压利用率

对于车用Y接驱动电机, 其电机线电压基波有效值最大为0.707Udc, 电机的基速受到控制器输出电压限制, 提高直流母线的电压利用率有利于扩大电机的调速范围。

利用SVPWM过调制控制技术可使电机控制器输出的最大线电压基波有效值为正弦调制时输出最大线电压基波有效值的1.1倍, 当工程机械在恒功率区域运行时, 驱动电机的端电压可在较宽的范围内接近电机控制器能输出的最高电压, 电机将在相同转速条件下得到更大的输出转矩和功率。

1.3 最大转矩电流比控制及弱磁控制

永磁同步电机在矢量控制的基础上, 采用最大转矩电流比控制方法 (MTPA) , 实现了同样电流输出条件下的最大转矩输出, 提高了系统的输出容量;采用基于电压控制的弱磁控制方法, 满足了永磁同步电机的宽范围转速运行要求 (1∶3以上) 。

此外, 为了满足混合动力工程机械用电机驱动系统的宽范围转速运行要求, 实现系统准确的转速及转矩控制以及整车复杂工况的控制要求, 通过同步电角度补偿、转矩补偿、动态解耦控制、温度补偿等附加算法, 极大提高了系统性能, 对不同的电机参数均具有良好的鲁棒性和动静态特性。

2 功率管理和故障处理功能

混合动力工程机械电机驱动系统能够结合混合动力工程机械的应用工况, 根据直流母线电压的动态变化及不同工作温度自动调节系统的功率输出, 实现电动及发电两种运行模式下的功率控制管理, 满足混合动力工程机械全天候、全工况运行对电机系统的可靠性要求。

电机控制器内设保护功能, 利用CPLD硬件系统的强大逻辑管理能力和完备的控制算法, 实现了对故障信息的分级管理, 建立系统内部软件及硬件两级处理模式以及报警和保护的不同响应模式。

报警状态包括制动故障、蓄电池电压低和电子热敏继电器保护, 在上述报警状态出现时, 电机控制器只做报警处理, 并不采取进一步的措施。

故障状态包括开关逻辑故障、静止返回空档故障、触点故障、直流母线过电压、控制电源欠电压、控制器输出过电流、驱动电路欠电压、功率器件故障和电机飞车故障, 在上述故障出现时, 电机控制器在向驾乘人员提示报警的同时, 将封锁电机控制器的输出, 断开主接触器, 此时系统必须经过复位才能消除故障, 重新运行。

3 高集成度系统设计

电机控制器拓扑结构采用三相桥式主回路, 应用高集成度的6合1智能功率模块IPM, 低电感叠层母排设计, 以DSP和CPLD为核心的控制回路及可靠的驱动电路设计, 重点关注以下要求:

1) 通用化的速度/位置信号处理电路:该接口电路可兼容光电码盘及旋转变压器的速度/位置信号检测, 转换简易可靠。在位置信号采集方面使用了新型的旋转变压器/数字转换芯片AD2S1200, 该芯片内部集成了一个在线可编程正弦波振荡电路, 用来为解码器提供正弦波触发, 提高了位置采样的精度, 拓宽了转速采集范围, 同时简化了控制电路, 提高了可靠性, 进一步增强了电机控制器的集成度与性能。

2) 电机控制器内集成了电流传感器、温度传感器, 电压采样等信号处理电路, 并结合CPLD和程序文件形成完整的在线和离线故障处理系统, 提高了电机控制器的可靠性。

3) 专用水冷散热器水道通路的优化设计:通过在设计参数的基础上进行热流体分析, 可在满足控制器热容的基础上提高整体散热效率, 使功率模块, 电容等发热元件均工作在合理的温度范围内, 不仅提高了系统的工作效率, 同时也优化了控制器的性能。

4 设计实例

永磁同步电机相比于异步电机其他电机控制系统, 具有体积小、重量轻、功率密度高等优点, 现有的永磁同步电机功率密度甚至可以超过1.4 W/g。以某混合动力工程机械为例, 系统选择的永磁同步电机的技术指标为峰值功率为35kW, 额定功率为18.kW。电机系统的控制原理框图如图1, 其外特性如图2所示。该电机系统已在某混合动力液压挖掘机上部回转机构动能回收系统中得到成功应用。

5 结语

混合动力工程机械电机驱动系统是以系统性能可靠, 结构紧凑, 效率高为基础, 向高集成化和全数字化方向发展。本文介绍了混合动力工程机械电机驱动系统的关键共性技术, 为实际系统的设计提供了依据。

摘要：分析了混合动力工程机械所采用的电机系统控制关键技术及研究现状, 以最具有应用前景的永磁同步电机系统为例进行了电机驱动系统的控制系统设计, 并进行了试验研究。

关键词：混合动力工程机械,驱动电机,永磁同步电机系统

参考文献

[1]金如麟, 李川等.21世纪的电动机控制与电子技术展望.电气时代, 2001.

[2]王宏华.开关型磁阻电动机调速控制技术[M].北京:机械工业出版社, 1998.

[3]Hyun-Soo Song, Jin-Woo Ahn, Seok-Gyu Oh, Sung-Jun Park.AN APPLICATION OF5KW SR M FOR LSEV DR IVE[C/CD].EVS-19CD.Korea, 2002.

[4]冯江华, 桂卫华, 许俊峰.考虑参数变化的永磁同步电动机弱磁控制研究[J].微电机, 2008.

浅谈机械系统动力学课程教学方法篇6

1 PPT与黑板板书相结合

如今的高等教育中, 幻灯片 (PPT) 已经成为教学过程中非常重要的手段, 它将教师从费力的黑板板书中解放出来, 有更多的时间放在对重要知识点的讲解上, 而且PPT图文并茂的方式多样, 也给学生以更好的视觉效果, 有助于提高学生学习兴趣。虽然PPT授课的方式有很多优点, 但是, 在实际教学过程中发现, 如果在整堂课中都采取PPT的方式授课, 学生会产生疲劳的感觉。在用PPT对知识的讲解过程中, 适当地通过黑板板书, 既可以对知识点做更全面的讲解, 也可以缓解学生对PPT产生的疲劳感觉, 提高学生课堂学习质量。

2 教师和学生互动

由于机械系统动力学属于专业中很重要的课程之一, 很多学生需要学习这门课程, 每次上课的学生人数较多, 课堂纪律也不好管理, 如何提高授课效果亟待解决。鉴于这种情况, 教师应该积极引导学生进入课堂角色, 让其能够跟随教师的思路认真听课。教师要在适当的时候提出问题让学生思考, 并且要学生回答问题, 这就给学生一种紧迫感, 也是一个学生展示自己的机会, 形成教师和学生之间的良好互动。教师和学生都以一种积极的姿态参与了整个教学过程, 教师的授课热情和学生的学习动力都得到感染, 这样也将会有更好的学习效果。

3 必要的实物展示

机械学科是一门十分贴近人们生活的科学, 机械系统动力学研究的大多数问题都来源于工程实际, 通过从工程中提炼出动力学问题及其模型, 然后运用并发展各种科学方法加以研究和解决。因此, 如果某些动力学问题能够给学生展现或部分展现实物, 让学生对问题能够有一个感性认识, 加深对问题的理解, 便于提炼动力学问题并建立模型, 这对学生的课堂学习是十分有益的辅助教学手段。例如在进行齿轮传动系统动力学讲解时, 可以给学生展示一套齿轮传动系统, 一是可以更形象地讲解齿轮副的动力学分析, 二是可以根据实物深入剖析齿轮-转子-轴承系统的动力学研究。

4 动力学仿真软件的运用

4.1 动力学仿真软件介绍

目前, 采用有限元进行机械零部件动力学分析的方法广泛应用, ANSYS、NASTRAN、ADAMS等动力学仿真软件已经商品化, 能够完成较多的动力学问题的分析与求解。其中, ANSYS可进行结构动力学分析, 包括瞬态动力学分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应分析, 并且它还可以分析大型三维柔体运动, 即当运动的积累影响起主要作用时, 可使用这些功能分析复杂结构在空间中的运动特性, 并确定结构中由此产生的应力、应变和变形。NASTRAN也具有动力学分析功能, 包括特征模态分析、直接复特征值分析、直接瞬态响应分析、模态瞬态响应分析、响应谱分析、模态复特征值分析、直接频率响应分析、模态频率响应分析、非线性瞬态分析、模态综合、动力灵敏度分析等。ADAMS软件可以实现多刚体系统动力学建模, 它使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库, 创建完全参数化的机械系统几何模型, 其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法, 建立系统动力学方程, 对虚拟机械系统进行运动学和动力学等的分析。

4.2 仿真软件在机械系统动力学教学中的应用

在机械系统动力学教学过程中, 涉及到大量的工程问题, 如果都采取展现整套实物并完成试验过程的方式, 投入的资金巨大, 难以实现。同时, 要广泛组织学生观看物理试验也并不是一件容易的事情。由于ANSYS等动力学软件仿真功能强大, 并且很容易从网上免费下载具有相当多功能的软件版本, 因此, 将其应用于机械系统动力学教学过程易于实现。教学过程中, 教师可以将建好的动力学仿真模型展示出来, 并演示仿真结果, 加深学生对理论知识的理解。学生可以在课后建立机械系统动力学模型, 通过仿真软件实现, 增大学生学习的自主性。

5 结束语

总之, 通过以上的一系列方法, 以促进学生对机械系统动力学课程的学习兴趣, 提高学习效率, 改善教学质量。

摘要：机械系统动力学是一门研究工程实际问题的学科, 它涉及了机械工程领域的很多问题, 对其的学习具有十分重要的意义。因此, 在高等学校中, 对机械系统动力学课程的教学方法应给与高度重视, 需要做好教学中的各个环节, 力图在提高教学方法的基础上, 促进学生的学习兴趣, 提高课程教学质量。

关键词：机械系统动力学,教学方法,教学质量

参考文献

[1]余伟炜, 高炳军, 陈洪军等.ANSYS在机械与化工装备中的应用[M].北京:中国水利水电出版社, 2006.

[2]杨剑等.新编MD Nastran有限元实例教程[M].北京:机械工业出版社, 2008.

铁路机械动力管理系统篇7

1 研究现状

1.1 定量泵设计方法

在早期的工程机械系统设计中,或在小型的工程机械系统中,采用定量泵设计,其设计原则是:系统的最大工作流量(Q)与系统的最大工作压力(P)的乘积经计算转化为系统的最大输出功率(N)不能超出发动机的净功率(Nj),即:

其中,η为液压泵的总效率。

但因在一般工况下功率利用系数太低,且无法施展较强的控制功能,因而性能不佳。目前在小吨位汽车起重机(5 t～50 t),随车吊等产品中仍在使用。

1.2 单泵恒功率控制技术

在单泵控制系统中,通过变量控制机构实现对变量泵排量的控制,在最早的恒功率控制技术中,通过对变量机构两根弹簧弹力的不同设定,实现对变量泵输出流量的控制,其工作曲线为折线,当系统压力达到第一根弹簧设定力后,变量泵排量开始减小;当系统压力克服第二根弹簧设定力后,变量泵变量曲线斜度变化。通过以上控制,使其变量曲线上P,Q乘积的离散值趋近于常数C。并且大大提高了发动机功率的利用系数,又能保证发动机不会因为过载而产生熄火。

1.3 双泵恒功率控制技术

1)分功率控制技术。分功率控制是根据各泵所负责的执行机构实际需用功率将发动机的功率按一定比例分配给各泵。在分功率控制中,每个泵均有其独立的变量控制机构,使其负责的执行机构在其预先设定的工作曲线上工作。但分功率控制存在最大的缺点是不能充分利用发动机功率。2)总功率控制技术总功率控制较分功率控制,发动机功率利用系数大大提高,而且可以实现多泵功率互补,当其中一个泵不工作时,其功率可被其他泵使用。但其最大缺点是能量损失大,另一个缺点是无法实现对多执行机构的不同速度控制。3)交叉传感控制技术。交叉传感控制系统是日本公司于20世纪80年代中期在总功率控制和分功率控制的基础上研制出的一种新型功率控制技术。它是在分功率控制的基础上,通过将两个泵的工作压力互相交叉控制来实现,每个泵具有各自的变量机构,因此其流量可以不同,但同时当其中一个泵的功率利用系数小于总功率的50%时,其多余功率将被另一个泵利用,当两个泵的功率利用系数都达到50%时,两个泵每个都利用50%。交叉传感控制技术集中了总功率控制和分功率控制的优点,同时又摒弃它们的缺点,是一个较为理想的功率控制系统。4)负反馈交叉传感功率控制技术。交叉传感控制技术虽然在某种程度上最大限度地利用了发动机的功率,但其只限于两个主泵之间。而对于多泵控制系统,由于每个泵并不同时处于工作状态,或者虽然每个泵都处于工作状态,但并不同时以最大排量或最大压力点工作,这样还是无法准确确定变量泵的实际应输出功率,易造成功率设定超载或过于保守。

1.4 计算机控制功率优化控制技术

随着现代计算机技术的发展,20世纪90年代以来,国外很多公司将计算机技术成功地应用到动力匹配及控制技术中,取得了良好的效果。传统的恒功率控制中,控制系统与柴油机的匹配非常保守,油泵的输出扭矩要远低于发动机的最大输出扭矩,且当柴油机性能下降时,易使柴油机转速下降导致熄火。浙江大学流体传动及控制国家重点实验室新建的节能实验台,采用的就是计算机功率优化控制系统。它设有多种工作选择模式和怠速模式,用户可按负载大小和实际工作需要进行选择,每一个工作模式对应于一定的油门位置。当设定好一定的工作模式后,电脑同步时电机发出输出指令,给定一个油门开度,同时控制系统可根据工作模式,在系统数据库中查出该油门开度下的柴油机目标转速。同时该系统还有一个输出模式选择,即最大功率模式和最节省燃油模式。在设定了功率模式和输出模式后,通过检测柴油机工作转速的变化对油门和主泵排量进行电比例无级控制,从而使发动机始终处于柴油机目标转速范围内工作。

目前该项研究仅停留在试验阶段,在该控制系统中,工作模式在CPU中进行预先设定,因此用户必须在CPU规定的模式下进行选择,可选模式受到限制,无法满足用户各项使用要求。在混凝土泵车行业,目前三一重工开发出了柴油机转速闭环控制装置,该装置利用PLC中的PID控制指令对柴油机的输出转速进行PID调节,该控制系统有效地减小了发动机工作转速在液压系统输出功率加大后造成的波动,使控制系统在不同负荷下,都能维持同一工作转速。该控制系统的使用提高了整机的输出功率和工作效率,使柴油机在较低转速工作时,不会因为过载而产生怠速或熄火现象,因此使液压系统和柴油机之间的匹配得以优化。

2 当前存在的主要问题

1)目前国内对液压系统动力匹配及控制技术的研究还不够,很多技术的核心还集中在国外专业公司手中,缺乏自主创新能力,无法对已有产品进行必要的改进和提高。2)系统数学模型建立较为复杂,很多研究还集中在定性方面,缺乏理论计算基础。3)液压系统动力匹配及控制技术的研究需要研究者在发动机技术、液压系统控制技术、电气控制(主要涉及PLC控制领域)方面都要全面的理解,对三者进行有效接口,拿出系统控制方案。4)缺乏必要的测试手段,液压系统动力匹配及控制技术的研究在系统编程及调试过程中,需要采集很多输入输出的实践数据和对发动机、液压系统进行测试,但目前测试手段还很缺乏。5)很多研究成果还是在实验室内完成的,只是一种理论成果,并未经实际检验,实验室往往无法完全模仿出实际工作状况。

3 结语

液压系统动力优化匹配控制技术应用到工程机械上以后,大大地提高了机器的很多性能,如工作效率、节能效果等,提高了机器对各种作业工况和作业环境的适应性,使机器操作、使用及维护更具人性化,提升了机器的自动化、智能化水平。

参考文献

[1]刘向阳,子荫.多功能工程机械的发展趋势[J].工程机械,2004,35(9):31-34.

[2]Imanishi E,Yonezawa S,Sugano N.Dynamic simulation of stiffmechanical systems and applications to construction machinery[J].Research and Development Kobe Steel Engineering Re-ports,1998,48(12):14-17.

[3]Li.Y H,Zhang L,Yuan H W.Development in electronic-hy-draulic control of vehicle and construction machinery[J].ChineseJournal of Automotive Engineering,2003,25(3):215-219.

铁路机械动力管理系统篇8

1.1 机械设备更新换代与熟练操作技术工人短缺的矛盾日趋紧张

铁路勘察企业, 随着铁路建设的快速发展, 勘察中使用的机械设备数量不断增多, 新型机械设备大量购置, 操作人员和设备的矛盾逐渐凸显, 其次, 勘察项目时间短工期紧, 工作环境恶劣, 出现了操作人员短缺的现象。施工现场机械设备的操作人员素质参差不齐, 上岗前的三级安全教育工作过于形式化, 培训的内容是千篇一律, 对新设备、新环境的针对性不强, 加之有些操作人员技术水平低, 缺乏应有的安全知识和安全防护意识等, 缺乏设备相关专业知识, 对安全操作规程不熟悉, 都会埋下安全隐患。特别是既有线施工, 不但会影响设备人员的安全, 而且会威胁正常的铁路公路运输。

1.2 项目的管理目标与机械设备管理目标的不一致性存在冲突

项目管理追求的目标是“质量、进度和效益”, 机械设备的安全管理和正确使用则处于次要地位, 生产组织者为加快进度会使设备超负荷运转, 形成了忽视机械设备的日常保养, 经常带着小毛病作业, 等到出现问题进行修理的时候, 不得不进行大范围修理工作, 不少时候要更换总成, 既浪费大量的时间, 又无形之中提高了设备的修理成本。项目管理的短期利益行为透支了机械设备远期的安全状态。

机械设备管理往往对项目管理做出让步, 施工人员与指挥人员只一味的追求施工进度, 对设备只注重使用, 而对其维护保养工作不闻不问, 操作人员为了完成施工指挥人员指定的工作任务, 没有时间对所操作的机械设备进行保养, 管理人员对现场设备的运转鞭长莫及, 使现场的机械设备安全管理被大大削弱。

1.3 机械设备维护、维修、不到位, 老旧设备淘汰制度不健全

铁路勘察企业的特点是:工程施工大部分是在远离城区的野外、山区, 设备分散, 新旧设备并存, 专业维修人员很难到达现场或设备零部件不齐。因此设备的维护、维修工作由操作人员去完成, 但由于现场条件和技术水平限制, 仅限于日常维护和简单维修。

老旧设备会因磨损、老化带来性能、可靠度的下降, 而临界报废的机械设备会埋藏更大的安全事故隐患, 而且这些设备故障率高, 现场维修不及时, 会造成怠工延误工期。

1.4 基础管理工作薄弱, 使机械设备安全管理缺少章法

机械设备安全管理体制不完善, 除了部分特大型企业与工程外, 普通现场的设备管理以安全管理所代替, 多数的现场安全管理人员不懂各类设备的构造原理与设备的管理。日常管理松懈, 设备管理人员不清楚设备的安全运转监控措施的内容, 对机械设备状况不掌握。

2 做好机械设备安全管理要点

2.1 以人为本, 建立健全选拔、教育、培训、考核、监督、检查及奖惩制度

2.1.1 选用个人素质高、具备较高学历的操作人员

应优先选择心理素质稳定、做事严谨认真、爱岗敬业、安全意识和自我保护意识较强的人员作为操作人员。

2.1.2 做好操作人员安全培训关

积极地组织安排职工参加各级、各类技术岗位培训, 提高工作质量和科学管理水平, 把施工组织设计中的安全措施落实到具体的工作中。在目前机械设备大发展和新型机械设备不断进入铁路勘察行业的情况下, 老的“传帮带”观念已不能适应现代施工生产的需要。对操作人员进行设备主管单位、项目部和施工班组三级安全教育。要有针对性、适用性和可操作性;对新购置的机械设备, 应邀请设备生产厂家的技术人员到使用现场, 对机械操作人员和机械维修人员进行培训。对操作人员、维修人员定期或不定期的进行技术、业务培训, 提高他们的技术理论水平。设备操作人员应做到“四懂, 三会”即懂结构、懂原理、懂性能、懂用途、会使用、会保养、会排除一般故障。

2.1.3 加强施工安全规章培训

既有线铁路施工时, 应邀请建设单位安全人员针对既有线施工安全规章进行专门培训, 未经培训或培训不合格不能上岗, 把有关注意事项编制成册, 发放到每名操作人员手里, 定期学习, 对有地下埋藏物地段施工时, 制定相应的要求, 严格按要求操作, 加强施工现场的警戒防护, 做好施工现场外围的警告标识。

2.1.4 建立奖惩机制

将其义务和责任与经济利益挂钩, 坚持安全操作未发生事故奖, 发生责任事故的奖惩机制, 使其上岗的员工自觉树立安全风险意识。

2.1.5 加强管理干部培训

必须加强对设备管理干部进行现代化设备管理方法的培训, 提高他们的业务水平。

2.2 加大机械管理在项目管理中的力度

(1) 建立安全领导小组, 设备的安全管理归口到安全小组, 由项目经理或生产组织者任安全小组组长, 并加大安全巡查力度, 严防设备带病工作。

(2) 操作人员做好设备运行保养记录, 作为设备管理部门收取设备折旧费的依据, 对于超负荷工作设备, 增加收取设备折旧费, 杜绝只管用不管养的现象。

(3) 项目结束时, 由专业人员验收机械设备, 对未达到验收标准的设备进行维护、维修, 所发生的费用由项目部承担, 制止透支设备安全的现象。

2.3 做好对机械设备空闲时的“诊断”与保养, 做好年度计划淘汰更新设备

2.3.1 建立机械运转台帐

准确记录该机械的运转性能, 使之成为设备档案和病历, 便于查看设备的保养周期维护维修记录, 责任到人, 使其处于良好的工作状态。

2.3.2 定期对设备进行年审或年检

特别是特种机械设备的安全技术状况, 必须经技术检测部门检测合格取得合格证后才能投入使用, 一切使用设备均按技术要求或有关部门的规定, 执行审验制度, 绝不能漏检或不检。

2.3.3 做好日常维护保养工作

在机械保养工作方面, 施工单位应严格要求机械操作人员按标准、规范要求做好设备每天开机前、作业中和停机后的“一日三检”的例行保养工作, 发现问题和隐患及时予以排除, 确保设备在完好状态下安全运行。对于定期维护工作, 根据设备运转累计时间, 及时进行设备一、二级维护, 从以上两方面保证, 有效避免了设备故障的出现, 减少了因机械设备而出现的怠工, 又有效地控制了设备的维护成本, 从而也就避免了机械设备的超负荷运转与带病作业。同时要严把材料、配件的质量关, 选择有质量保证的合格的原厂或大厂生产的材料配件, 确保维修质量。

2.3.4 做好设备报废工作

对达到报废期限的设备要强制报废, 不能抱丝毫侥幸心理去凑合使用。对未达到报废期, 但由于产品缺陷或因使用不当造成维修困难或维修成本过高的设备, 也应提前报废。

2.4 完善机械设备安全管理体制建设

(1) 完善管理体制。机械设备安全管理是安全生产重要组成部分, 安全工作要坚持“安全第一, 预防为主”的方针建立一整套机械设备安全管理体制。查找存在的不安全因素强化基础管理工作, 是保证建设项目, 安全生产、提高经济效益的重要保证。所以, 搞好并完善机械设备的安全管理体制, 提高机械设备的利用率, 使机械设备经常处于良好的工作状态, 操作人员严格按照操作规程操作, 杜绝违章作业, 是管理工作的重点。

(2) 加强日常管理。近年来, 随着公路、铁路建设的不断发展, 机械化程度越来越高, 机械的种类、数量在不断增加, 设备安全管理力度也应相应地增大, 在日常的机械设备管理中, 应做好每项维修保养记录, 我们要根据现场的实际情况, 因地的制宜地对机械设备采取一些防护措施, 保障机械设备在不同工作环境中的安全;加强现场机械设备的保养、维修, 探索日常检查与保养、定期维护检测、按需维修的制度。

(3) 加强机械设备管理。应以质量、职业安全健康、环境体系为指导, 建立各项记录, 它包括了对设备制作厂家的监造, 以及出租公司的各项设备资质资格的查验, 设备的进场准入检验, 以及维修、检测记录。准入的检验是保证设备技术性能和安全性能的重要环节, 这个状态的记录直接反映到施工中设备的运转状况, 直接影响到设备在施工中的安全保障, 使 (下转134页) (上接122页) 用过程中例行与定期不定期检测的标准及规范, 地方准入准运备案等也应纳入企业“三标”体系控制程序

(4) 机械设备管理中特种设备, 必须经技术检测部门检测合格取得合格证后才能投入使用, 对目前已经投入使用的特种设备 (包括劳务协作单位的设备) 也要逐一进行调查登记, 对未取得检测合格证的特种设备立即停止使用, 需要继续使用的必须立即进行检测, 取得合格证后才能继续投入使用, 不合格的清退出场。对那些已经超过使用期限, 又无法检测合格的设备强制报废。

3 结束语

由于目前工程项目设备管理大多主要依赖出租方与分包方自身, 现场缺少专业设备管理人员, 设备的保养与维修失去了体系与制度的保证, 依靠施工安全管理又未能保证设备良好的技术状态, 这就给施工埋下隐患, 完善设备管理体系, 提高设备管理能力不但是勘察项目各项工作能否顺利进行的前提, 也是勘察任务按期完成的关键所在, 甚至关系到企业的生死存亡。只有用创新的管理模式和手段来适应新的形势, 充分发挥先进机械的优势, 对机械设备的安全管理高度重视, 舍得下力气和资金投入这样才能实现, “安全就是效益”的目标, 也才能使我们未来勘察工作的顺利进行, 为企业赢得最大化的经济效益, 使企业保持持续发展后劲。

参考文献

[1]GB50231-98[S].机械设备安装工程施工及验收通用规范.北京:中华人民共和国建设部.

[2]铁道部设备办公室.铁路机械设备安全管理标准与法规编[M].北京:中国标标准出版社, 2004.

铁路机械动力管理系统篇9

在农业机械的研究设计、性能试验和产品质量检测中,需要在实验室和田间工作条件下对机具运行中的扭矩、转速、功率输出、拉压力等动力学参数进行测试,从而全面地考核、评价机具的主要性能,为产品改进设计和质量监督提供依据。因此,先进农机测试方法和手段的持续研究与开发,必将对多功能农机装备的发展和进步起到有力的支撑作用。

虽然集线器在一定场合可以用来解决旋转部件和往复运动机件的应变测量问题,但它的安装、调整和维护都比较麻烦,特别是噪音干扰较大、易磨损,而无线遥测法信躁比高、耐冲击和振动,还能摆脱连接电缆的累赘,因此通过根据不同测量需要配套开发相应的专用无线传感器、信号处理及数据采集发射器、接受主机等[1],从而创新研制通用的农业机械动力学参数田间试验遥测系统是十分必要的。

1 遥测系统结构原理

遥测系统的各传感器配置示意图如图1所示。

1.四通道信号采集及无线发射装置 2.拉杆拉压力传感器 3.上拉杆 4.拖拉机后桥 5.下拉杆 6.万向轴7.转速数据采集及无线发射装置 8.单通道信号采集及无线发射装置 9.扭矩传感装置 10.下悬挂销轴剪切力传感装置 11.农机具悬挂架

该系统的研制任务要求扭矩额定载荷150kgm、牵引力的额定载荷为3 000kg,上拉杆拉压力最大为2 000kg,各传感器输出灵敏度1mV/V。扭矩传感变送装置通过法兰盘与万向轴组成动力输出轴一体化无线扭矩传感器,并采用霍尔转速传感器检测牵引车(拖拉机)动力输出轴转速;上拉杆拉压力传感装置、上拉杆角度传感器、左与右下悬挂销轴拉压力传感装置,构成无框架三点悬挂[1]牵引力传感器组。

遥测系统无线采集处理器可实现对传感器输出的电压信号进行放大、滤波、模数转换、数据处理以及无线发射[3,4,5],单通道与四通道信号采集[6]及无线发射装置原理如图2和图3所示。

遥测系统无线接收及数据处理主机原理,如图4所示。

2 传感器的理论设计与实际应用

2.1 应变片的选择

现在农机测试中多采用箔式应变片,以往120Ω应变片应用较普遍,而目前较大阻值应变片(最大到2 500Ω)[7]的生产和使用已越来越广。大阻值应变片具有通过电流小、自热引起的温升低、持续工作时间长、动态测量信噪比高等优点,镍铬铝铜合金材料在20℃时电阻率高达1.3μΩ·m左右,温度系数只有约≤±20 ×10-6/℃[8],因此为该系统所有传感器设计统一选用350Ω的镍铬铝铜合金应变片。

2.2 供桥电压选定

各传感器的非电量测量采用直流电桥。供桥电压较低时测量灵敏度也较低,供桥电压过高则又会使应变片滞后和蠕变增大,产生零点漂移。因此,结合所选用的应变片敏感栅面积、电阻值、试件的散热能力和环境温度等,可由下列公式确定最佳供桥电压(V) [9],即

$u = 2 \sqrt{R Ρ g^{'} F g}$

式中 R—应变片电阻值(Ω),R=350;

Fg—敏感栅面积(mm2),Fg=4×6;

Pg′—敏感栅上的功率密度(W/mm) ,该应变片使用参数表上标明为(3.1～7.8)×10-3。

则u≈2×(5.1～8.1)≈10.2～16.2

故选择定制12V标准的锂电池组作为各传感器电桥直流供电电源,并配套设计安装锂电池稳压和充电电路。

2.3 电桥平衡元件选择以及正负极性判断

由于各应变片的阻值间必然存在些微偏差,接触电阻和导线电阻也可能有差异,因而为提高测量精度,需要设计平衡电路来使电桥处于平衡状态,即测量前电桥输出为0时,测量中采用在电桥电路中增加电阻R5和电位器R6的平衡电路,如图5所示。

R6的大小影响调平衡速度,R6愈小则平衡调整的速度愈快。

由电工学理论推出R5,R6并联后R1和R2的阻值最大变化公式[9],即

Δ $R 1_{\max} = \frac{R 1^{2}}{R 1 + R 5}$

Δ $R 2_{\max} = \frac{R 2^{2}}{R 2 + R 5}$

R5的大小决定平衡调整范围,R5越小调节范围越大。但R5,R6值不能太小,过小桥臂电阻减少太多,带来较大的测量误差。一般R5和R6均为10kΩ以上。R6一般选10～30kΩ,选择30kΩ。

经试验标定,该扭矩传感器的扭矩负载与应变之比(N/με)约为94%,即1 500 N·m约为1 596με。考虑能正反向旋转时,可令平衡调整范围为±1 500με,应变电桥的桥臂电阻选350Ω时,当R1承受3 000με时其阻值变化ΔR1为

ΔR1=Rkε=2.1Ω

其中,k为应变片灵敏系数,该应变片为2.06。

平衡调整范围2.1Ω,此时平衡电阻R5为

$R 5 = \frac{R 1^{2} - 4 R_{\max} R 1}{Δ R 1_{\max}}$ =40.737kΩ

取R5=47kΩ。

设应变片R1承受应变力为1 000με,可求出平衡电阻47kΩ所引起的测量误差。

增加平衡电阻R5后桥臂电阻R1变为

$R 1 5^{'} = \frac{R 1 R 5}{R 1 + R 5}$ =347.413Ω

在应变片又产生1 000με后,则

ΔR1=Rκε=0.7Ω

桥臂电阻R1变为

$R 1 5^{'} = \frac{(R 1 + Δ R 1) \times R 5}{(R 1 + Δ R 1) + R 5}$ =348.103Ω

则桥臂电阻变化为

ΔR′=R15′-R15=0.69Ω

电桥反映出的应变为

$ε^{'} = \frac{Δ R^{'}}{k R 15}$ =993.054με

测量误差为

Δ $ε = \frac{ε - ε^{'}}{ε} \times 100 %$ =0.69%

选取的平衡电阻R5引起误差极小,可经过标定后消除。

2.4 电桥调零及正负极的判别方法

采用了偏位调零法[7],在直流电桥中直接用零点平衡电位器调偏一个正向电压偏位值UA,工作时电桥变化Ua,则电桥输出为UA+Ua;如果电桥变化-Ub,电桥输出为UA- Ub。以UA为新的零点,则当遥测系统主机接收到的输出电压值在零点以上为正输出,在零点以下为负输出。偏置电压值UA应大于或等于所测负载的最大应变输出电压以防输出电压超出量程。

2.5 传感器弹性元件确定

在额定载荷下传感器弹性元件的最大工作应变力应处于材料的弹性线性阶段,一般应变量大致要求在500～1 000με之间为宜。根据农业机械的工作特点采用了高强度、耐冲击、精度高的30CrMnSi结构合金( E=2×10kg/mm2)[8]钢作为弹性元件,在专业工厂设计制造了传感器。前已论述,当传感信号εmax为1 600με时,便可确保实际量程大于1 500N·m,因采用了全桥接法,每应变片贴片区域实际最大应变ε0为εmax的1/4,即为400με,30CrMnSi材料的弹性极限为1 080με,则材料过载能力为270%。

遥测系统出厂前应对各传感器依次进行机械标定,用机械加载设备(如材料试验机、扭矩标定仪、砝码等)来施加相应的负载值,系统主机无线接收后处理显示数据参数,得到相应的标定值N/字、Nm/字。在测试现场,还可采用电标定方法,即测试前调整平衡电阻使电桥输出一个1mv的标准信号,则可得到字/mv,然后根据各传感器的不同灵敏度确定 N/字、Nm/字、με/字。

3 扭矩传感器设计

测量扭矩最常用的弹性元件是圆轴[10],工作时弹性元件受扭转外,还可能受轴向力和弯矩的作用,为了消除它们引起的误差,并提高输出灵敏度,将4个同一型号应变片在圆轴的圆周上每隔90°作均匀分布,接成全桥。

3.1 弹性元件直径的确定

依据电桥原理以及传感器输出灵敏度达到1mv/v的技术要求,全桥测量应变值[9]为

$ε_{测} = \frac{4 Δ U}{U Κ} = \frac{4 \times 1}{1 \times 2.06}$ =2 000με

则单应变片应变值为

$ε = \frac{ε_{测}}{A}$ =500 με

其中,A为桥臂系数,全桥为4。

根据材料力学理论,按强度条件,实心圆轴横截面上的许用最大扭矩为

$Μ_{Κ} = \frac{π D^{3}}{16} \frac{E}{(1 + V)} \cdot ε$

式中 E—弹性模量,30CrMnSi为2×104kg/mm2;

V—波桑系数,V=0.285 1。

则实心圆轴直径应为

$D \geq \sqrt[3]{\frac{16 Μ_{k} (1 + V)}{π E ε}}$ ≈46.14mm

选D=50mm。

3.2 强度校核

由第四强度理论知,实心圆轴在纯扭转时,圆断面合成应力为

$σ_{合} = \sqrt{3 (\frac{E}{1 + V} ε)^{2}}$ =13.479kg/mm2

而最大许用应力为

$[σ] = \frac{σ_{B}}{Κ}$ =53.3kg/mm2

式中 σB—弹性元件材料的强度极限应力,30CrMnSi为160kg/mm2;

K—安全系数,设为3。

则σ合<[σ]。

所以,该传感器的设计是非常安全、可靠的。

4 结论

无框架三点悬挂牵引力传感器以及牵引式机具牵引力传感器等限于篇幅,不在此篇文章叙述。该遥测系统现已陆续完成第一轮、第二轮样机的试制和试验, 2008年1-10月份第1轮样机试用于东北农业大学收获机底盘田间试验中变速箱输出扭矩测试与水稻整株秸秆还田机参数设计试验;2009年2月第2轮样机在中国农业机械化科学研究院呼和浩特分院试验基地及进了场地试验。定制的各传感装置出厂检定测量准确度标称为0.5%,各点锂电池电源充电后正常供电工作时间为12h以上,遥测距离在无金属遮蔽情况下可达50m。

摘要：针对播种、收获、整地、植保等农业机械的研发需要依靠大量季节性田间试验,而相关试验检测手段却相对薄弱的现状,笔者研制了该系统。系统各传感器全面采用无线传输技术,上悬挂杆传感器和牵引拉力板分别配用角度传感器检测瞬时空间位置,并结合动态应变测试、嵌入式计算机等技术,在牵引车内无线实时接收机具扭矩、水平牵引力与垂直分力、机架载荷、转速等动力学信号,处理、分析并显示旋转功率、全功率等测试结果。同时,简单介绍了遥测系统的组成结构,对传感器电桥、应变片、电源、平衡元件等的参数选择进行了理论分析,介绍了电桥调零、正负极性判断、弹性元件材料确定、标定等采用的技术方法。最后,以动力输出轴一体化扭矩传感器为例详细阐述了农机测试专用传感器的设计与计算依据。

关键词：农机测试,田间试验,遥测,传感器

参考文献

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