蘭勇 ，鄒國杰 ，賈平 ，曹治勇 ，羅紅 ，叢會(huì)文 ，孫承秋

（1.成都飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限公司，四川 成都 610092；2.青島前哨風(fēng)動(dòng)工具制造技術(shù)有限公司，山東 青島266045）

0 引言

目前，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，回轉(zhuǎn)類測試設(shè)備的發(fā)展相當(dāng)迅速，各種轉(zhuǎn)速各種功率的產(chǎn)品層出不窮[1]，但是目前市面上的測功機(jī)功能較單一，測試范圍窄，多數(shù)設(shè)備僅能對中速工具進(jìn)行較準(zhǔn)確測試， 而對低速工具和高速工具不能精確測量，甚至不能進(jìn)行測試[2]。 所以導(dǎo)致市售的測功機(jī)不能滿足工廠的要求。

根據(jù)國標(biāo)GB/T8421-2008《鑿巖機(jī)械與氣動(dòng)工具性能試驗(yàn)的方法》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，我們研發(fā)了一種功能齊全的新型回轉(zhuǎn)類測試設(shè)備，能完成各種轉(zhuǎn)速的回轉(zhuǎn)類工具功率的測定。

1 新型回轉(zhuǎn)類測試設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

功能齊全的新型回轉(zhuǎn)類測試設(shè)備借鑒了原有的功率測試技術(shù)[3]，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)了測試和控制的模塊化。該設(shè)備包括兩個(gè)測試臺(tái)和一個(gè)控制臺(tái)， 兩個(gè)測試臺(tái)共用一個(gè)控制臺(tái)，可以盡可能的提高控制系統(tǒng)的利用率，節(jié)省成本和空間。測試與控制分體設(shè)計(jì)可以避免測試時(shí)的劇烈震動(dòng)對控制系統(tǒng)的影響，以保證測試精度。

低速測試臺(tái)可測試400 -2000 r/min 的工具的功率，中高速測試臺(tái)可測試2000-30000 r/min 的工具的功率。 具體可根據(jù)工具轉(zhuǎn)速的實(shí)際情況，按檔位測試。 中高速測試臺(tái)還可測量工具空載時(shí)的轉(zhuǎn)速。

1.1 低速測試臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

如圖1 所示， 低速測試模塊由磁粉控制器、磁粉制動(dòng)器、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器、支撐桿和測頭組成，其中磁粉控制器在箱體內(nèi)部，另三者之間通過彈性連接軸進(jìn)行連接，并固定在測試臺(tái)的桌面上。 測頭的另一側(cè)還有夾持工具的工裝，起到固定工具的作用，且可以前后、上下移動(dòng)，能夠確保被測工具與測頭同心，避免了手持工具測試時(shí)的不同心引起震動(dòng)，影響測試的準(zhǔn)確性。 磁粉控制器固定在箱體內(nèi)的平板上， 并與磁粉制動(dòng)器相連。

圖1 回轉(zhuǎn)類測試設(shè)備低速測試臺(tái)正面圖

1.2 中高速測試臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

圖2 回轉(zhuǎn)類測試設(shè)備中高速測試臺(tái)正面圖

如圖2 所示，中高速測試臺(tái)由空載測速模塊和加載測試模塊組成?？蛰d測速模塊包含磁敏開關(guān)、磁環(huán)、測試軸、支架，其磁環(huán)固定在支架的測試軸上，磁敏開關(guān)直接固定在支架上，支架通過螺栓固定在桌面上。加載測試模塊包括一個(gè)阻滯器，一個(gè)力臂壓桿，一個(gè)力傳感器、一個(gè)測速裝置和一個(gè)由步進(jìn)電機(jī)和調(diào)壓器構(gòu)成的加載單元。加載測試模塊也是由磁敏開關(guān)、磁環(huán)、測試軸、支架組成，其磁環(huán)固定在阻滯器的測試軸上，磁敏開關(guān)通過螺栓固定在阻滯器的支架上。阻滯器通過力臂壓桿施加在力傳感器上，力傳感器同樣通過螺栓固定在測試臺(tái)的桌面上。中高速測試模塊也配有工裝夾具。

對應(yīng)于測試臺(tái)桌面上的阻滯器，在測試臺(tái)內(nèi)部有它的加載單元。其步進(jìn)電機(jī)固定在調(diào)壓器的上部，并通過齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)調(diào)壓器，使其電壓增大或減小。

1.3 控制臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

圖3 回轉(zhuǎn)類測試設(shè)備控制臺(tái)正面圖

控制臺(tái)包括一套西門子的PLC 模塊[4]，由北京亞控組態(tài)王編寫的上位機(jī)軟件和軸加載控制單元。PLC 模塊主要有ST224XP.PLC、稱重模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、 擴(kuò)展I/O 口模塊和A/D 模塊組成； 組態(tài)王編寫的上位機(jī)軟件包括工作測試界面、數(shù)據(jù)管理界面和數(shù)據(jù)查詢界面等，由顯示器顯示； 軸加載控制單元包含PLC 脈沖輸出和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。另外控制臺(tái)還有多個(gè)繼電器和保護(hù)裝置，以保證設(shè)備安全性。

2 新型回轉(zhuǎn)類測試設(shè)備的工作原理

測試低速工具時(shí)，將工具夾在工裝上，工具轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)，PLC 發(fā)出指令，磁粉控制器驅(qū)動(dòng)磁粉制動(dòng)器輸出與指令成正比的阻力作用于轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器，傳感器輸出轉(zhuǎn)速和扭矩信號給PLC，根據(jù)公式求出被測工具的功率。

圖4 新型回轉(zhuǎn)類測試設(shè)備的工作原理框圖

測試中高速工具時(shí)， 被測工具通過連接軸，帶動(dòng)渦流阻滯器[5]轉(zhuǎn)動(dòng)。測試開始后，PLC 單元輸出脈沖控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)使電壓調(diào)壓器電壓升高，整流后施加在阻滯器上，給被測工具施加阻力，并通過力傳感器和稱重模塊把反作用力檢測出來并在PLC 地址VD110 顯示。

光電編碼器同步輸出被測設(shè)備的轉(zhuǎn)速脈沖，PLC 接收脈沖并通過高速計(jì)數(shù)程序在VD120 上顯示出來。PLC 根據(jù)轉(zhuǎn)化后的功率公式求出即時(shí)功率，并通過比較程序得出最大功率，同時(shí)形成測試曲線在上位機(jī)上顯示。

3 結(jié)束語

新型回轉(zhuǎn)類測試設(shè)備是我們自主研發(fā)的回轉(zhuǎn)類工具測試設(shè)備，首先它具有測試范圍廣的特點(diǎn)；其次兩個(gè)測試臺(tái)共用一個(gè)控制臺(tái)，既提高了資源利用率，又節(jié)省了空間和成本，測試與控制的分體設(shè)計(jì)可以避免測試中的震動(dòng)對控制系統(tǒng)的影響； 再次低速測試臺(tái)采用磁粉控制原理，而中高速采用渦流加載原理， 能夠合理的揚(yáng)長避短； 最后測試臺(tái)基于PLC 和組態(tài)的設(shè)計(jì)可對測試結(jié)果做出合理的分析和處理。

[1]王建祖.我國氣動(dòng)工具產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢的分析[J].鑿巖機(jī)械氣動(dòng)工具，2014（2）.

[2]李宗帥，董春，劉顏.國內(nèi)外電力測功機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2007（）.

[3]宋延善.回轉(zhuǎn)式氣動(dòng)工具特性綜合測試臺(tái)簡介[J].鑿巖機(jī)械氣動(dòng)工具，1990（1）.

[4]向曉漢.西門子 S7-200PLC 完全精通教程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

[5]田穎，曾賢波，盧青春.電渦流測功機(jī)控制器控制算法研究[J].內(nèi)燃機(jī)工程，2005（6）：58-60.