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离合器实验台的设计与实现
编辑:admin   时间:2018-03-18 20:56

1、前言
离合器的检测项目主要有以下几项:最大寿命检测(即频次测试)、空转摩擦扭矩、离心时的临界速度性能测试及工作状态下温度测试。由于离合器特别是逆止器应用的特殊性,对每个批次生产的高速逆止器都要进行模拟工况检测。传统检测设备的控制是由传感器直接将检测数据传给控制仪表,所以测试结果过于理想化和实际工作环境有很大的区别。
基于传统检测设备的局限性,本文提出一种新的解决办法,开发了一套新的控制系统,其实验台由机械部分和电器部分组成。机械部分主要由驱动部分、加载部分、测力传感部分、支撑部分组成,负载模拟和振动测试是其中的重要组成部分;电器部分由PLC、工控机、显示仪表及检测传感器构成控制系统的核心部件,该系统反应迅速,具备动态显示功能,实时显示测试结果,保证测试数据的可靠性,提高测试效率。
2、机械部分的设计
机械部分主要由驱动部分、加载部分、测力传感部分、支撑部分组成。根据离合器测试要求,用于测试离合器的动态扭矩、工作温度、频次测试。
2.1 产品部夹部分
离合器产品种类多,批量小,要求被测试产品装夹方便、快捷,故采用常规装夹方式。三爪卡盘最为理想,它定心好,方便操作,可靠性高,为做偏心试验提供了条件。虽然承载能力比四爪卡盘差,但所测试的产品尺寸较小,所以影响不大。

2.2 负载模拟
(1)内环负载模拟内环负载能够通过在与内环相连的从动轴上简单地添加负载盘来实现,如图1 所示。内环加载用电磁卸荷加载盘来实现加载控制。通过电磁离合器,我们可以很方便地添加和减少负载,可以轻松地模拟离合器在正常工作状态下突然超载到损坏的全部过程。可以检验在工作状况下离合器的抗超载能力。加载盘按各个扭矩不同分为三类,通过不同搭配来调配测试所需数值。可调偏心块亦如此(主要测试数据:离合器表面温度,振动曲线和扭矩在超载时的变化,测试完成后测量离合器各个部件的主要尺寸)。
用偏心块给离合器进行偏心加载时,注意可变负载盘安装位置,被测试离合器和负载盘中间不能存在支撑点。不然会影响测试精度(主要测试数据:振动曲线,温度,扭矩,测试结束后测量离合器主要尺寸)。由于偏心加载有一定的危险性,加载时注意不要过大的超出离合器的许用载荷。
(2)外环负载模拟
外环模拟和内环用同一系统,只是加载时,需要转换装置,把内环加载系统连接到外环上。利用可变负载盘进行外环加载,测试项目同上。由于间接作用于被测离合器,所以测得数据因连接介质的关系会出现一定的偏差。测试前最好空载运行来测试仪器,重新选择测试基点以便测试时减少三爪传动介质所带来的干扰。

2.3 振动测试
振动测试以机器振动作为信息源,在机械运行过程中,通过振动参数的变化特征来判断运行状况。正常运动下状态如图2。图中振幅M随时间T做有规律的振动。
非正常状态如图3 所示出现突起振幅Mb,如果一段时间后又恢复如图2,表示离合器突然受到加速度或者突然出现负载变化。如果破坏突起没有消失,表示离合器已经出现疲劳症状。这时第一个突起出现时间就是离合器可靠运行时间(突发冲击载荷和加速载荷必须在被测离合器须用范围内)。通过大批次测试我们就可以知道本类型离合器的准确寿命,这里的寿命是可靠性寿命,不是产品最终寿命,破坏突起出现后,离合器一般还能在疲劳状态下工作一段时间,这个时间的长短由频次检测结果决定。
3、电控部分的设计
3.1 硬件设计
根据测试项目,设计了如下的测试系统:核心控制系统由PLC 的I/O 模块、数模转换(A/D)模块、PID 调节器功能及PLC 与工控机进行通信和显示等功能,PLC 输入信号的直流电压由24V 稳压电源提供,检测脉冲信号通过直流继电器进行中间转换后传给PLC 的输入端,再由PLC 的输出端传给控制元件,根据运行方式激活不同的系统和驱动装置。采用压力控制仪表、温度控制仪表实时显示传感器数据,并使仪表数据与工控机保持同步,互相校对、检验。试验台的调节,控制和监控以及为此必需的启动和停机程序都是通过试验台电子控制系统自动执行的。数据采样部分由压力传感器、温度传感器、速度传感器等实现。采用高精度传感器进行数据的采集,保证数据的准确可靠。并备有传感器校准装置可以定期对传感器进行校对。
3.2 操作系统设计
实验台在工控机的控制下运行,储存在工控机上的软件应在Windows7或Windows10 系统的操作界面上运行。操作者通过人机界面完成下列功能:统计测量参数,将其换算成正确规格的物理参数,并在显示屏上显示此物理单位。测量参数实时储存。
3.3 工控机画面设计
在工控机屏幕上设置报警、状况显示窗口、基本设置窗口、超越试验窗口、空转摩擦转矩试验窗口、静扭实验窗口、寿命试验窗口、备注窗口等7个信息页。在显示页上显示所有存在于系统中的测量值和额定值。根据不同形式的测量值或者额定值对象可以将所有参数进行实际整理和显示,做到一目了然。
3.4 软件(梯形图)设计
控制系统的有效实现不仅仅取决于电路的连接,还取决于主芯片根据各个管脚的状态给出正确的命令。该系统的程序开发可根据不同的软件平台来实现,由以下几部分组成:
(1)给定部分本控制系统对温度有一定的要求,必须按照设定的温度曲线进行工作,因此该系统要求用软件实现温度曲线的给定。
(2)控制部分控制系统的工作由控制部分来实现。控制部分主要有启停控制、自动手动控制、信息指示、故障报警等。
(3)模拟信号的处理各传感器的检测信号一般为模拟信号,通过各种变送器转换为4~20mA的电信号输入到PLC中。
(4)PID调节部分在PLC中,具有PID调节功能,只要把给定值和反馈值分别送到指令规定的存储单元中,通过执行PID指令实现PID调节,将计算结果显示到温控仪表及工控机上。
目前我国对离合器测试还没有国家标准及统一的行业技术标准。各个厂家通过多年的行业经验或通过国内的几个大厂家的企业标准进行测试,因而测试系统的设计也是千差万别。本文设计的动态检测平台在设计理念上有很大的突破。


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