多功能转矩转速试验台

在非电量电测技术中,常常需要对各种变换原理的转速传感器(及二次仪表)进行调试试验、校准和标定。在机器的设计制造中,也需要对重要的轴类部件进行扭矩、应力测试,以获取重要的设计参数,进行优化设计。在工程车辆的维修中,需要对发电机、调节器及用于自动控制的测速发电机等进行校准。因此,前述测量技术也就成了工科高等学校一项重要教学内容。本文介绍一个自制的多功能试验台型号为NZ-2000型,可以用于常见的转矩转速传感器的标定和教学实验,还能用于发动机电器元件的性能测试。

1　主要性能参数

电动机功率:1.5kW

主动轴转速:0～1 400 r/min

从动轴Ⅰ转速:0～700 r/min

从动轴Ⅱ转速:0～2 800 r/min

扭矩轴直径:10～32 mm

转矩轴长度:250～400 mm

最大输出转矩:20 Nm

标定转矩:50 Nm

动载转矩:0～100 Nm

2　机械传动部分

如图1所示,机械部分主要由台面、分动箱、联轴器、传感器安装接口、转矩试验轴,加载及标定装置等组成。分动箱内部装有三个齿轮,其主动齿轮与两个从动齿轮的齿数比为:

Z1∶Z2∶Z3= 2∶4∶1(Z1为主动龄轮,Z2,Z3分别为从动齿轮);三个轴的转速比为:n1∶n2∶n3=2∶1∶4 ,其中:n1是主动齿轮的转速,n2,n3分别是从动齿轮Ⅰ和从动齿轮Ⅱ的转速。

这样,可使试验台同时有三个不同的输出,增加了传感器的安装接口,扩大了试验台对不同型式传感器连接及试验能力。也就是说,利用这三个轴,在电机工作条件不变的情况下试验台可输出三个不同的转矩和转速,以便于安装不同类型的传感器。也可同时安装多个不同类型的转速传感器,做对比性试验。

转矩试验轴安装在拖动电机与分动箱之间,靠联轴器与电机轴和分动箱轴连接;电动机在台座上的位置可调整,便于安装不同规格转矩试验轴。转矩试验动态加载装置安装在变速箱主动轴端。转矩传感器标定采用杠杆砝码静态标定方法。动载加载装置为成带式磨擦结构,其结构原理见图2所示。依靠增加或减少加载手轮的旋转圈数来调整摩擦片与制动轮之间的压力,调节动载荷的大小,以适应不同转矩试验的要求。在转矩测量时,旋转轴上的应变式转矩传感器感应的转矩信号通过集流器传送到转矩信号采集器。设计箱体及支架时,充分考虑了各种辅助支架的安装,以便于安装各种类型的传感器(如:测速发电机,电涡流式,光电式,磁电式,红外式,霍尔半导体式等)。利用辅助支架和皮带传动,还可进行车用发电机及调节器的性能试验。

3　电器系统

3.1　电动机

电动机采用Y90L4型三相异步电动机,结构简单,可靠性好,而且转速特性较硬。为了改变电动机的转速,扩大设备的工作范围采用J100-022H型变频器向电动机供电,其频率为0～50Hz,调速的稳定性与调速的平滑性好,能满足一般实验要求。