低功耗轉(zhuǎn)軸功率及拉壓力一體化測試裝置研究.pdf

1、轉(zhuǎn)軸廣泛存在于各種動力機(jī)械和機(jī)械加工裝備中，是動力傳動系統(tǒng)的重要組成部分，對系統(tǒng)的動力特性起著承上啟下的作用。轉(zhuǎn)軸的工作特性參數(shù)直接反映了系統(tǒng)的動力特性、工作穩(wěn)定性和能效特性。轉(zhuǎn)軸的正常運(yùn)轉(zhuǎn)對機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性具有重要的意義。中國智造和工業(yè)4.0概念的提出，對動力機(jī)械和機(jī)械加工裝備的智能化提出了新的要求，對于轉(zhuǎn)軸運(yùn)行狀況各項參數(shù)的準(zhǔn)確測量一方面有助于實(shí)現(xiàn)動力源和動力設(shè)備之間的精確閉環(huán)控制，達(dá)到運(yùn)行平穩(wěn)和降低能耗的效果，

2、也可以確保系統(tǒng)工作的安全性。同時，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控及運(yùn)行數(shù)據(jù)的云記錄，為大數(shù)據(jù)分析及優(yōu)化生產(chǎn)工藝提供指導(dǎo)或參考。因此本文結(jié)合實(shí)際需要，開展轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速、扭矩、拉壓力等參數(shù)一體化低功耗測試技術(shù)和裝置的研究，以提高我國動力機(jī)械及其裝備的智能化水平。
　　本文在查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程的實(shí)際工況和測試目的，對扭矩和拉壓力之間的耦合關(guān)系進(jìn)行了理論分析，給出了解耦方法；對于轉(zhuǎn)速測量，闡述了脈寬計時法和脈沖計數(shù)法二種

3、測試方法，提出了結(jié)合二者優(yōu)點(diǎn)的轉(zhuǎn)速自適應(yīng)測速方案，解決了在實(shí)際轉(zhuǎn)速測試中轉(zhuǎn)速未知情況下，測速方法難以選擇的問題。為解決轉(zhuǎn)軸的供電問題，采用基于ICPT技術(shù)的無線供電方案，同時轉(zhuǎn)子上的測試電路著重于低功耗設(shè)計。
　　論文采用了“轉(zhuǎn)子?定子?PC→web”的四級架構(gòu)設(shè)計了轉(zhuǎn)軸功率及拉壓力的測量、傳輸、顯示、存儲平臺。轉(zhuǎn)子負(fù)責(zé)測試扭矩及拉壓力測量，其以 ATmega單片機(jī)為核心結(jié)合 nRF24L01模塊實(shí)現(xiàn)與同樣配有該模塊的定子部分無線

4、通訊，ATmega依據(jù)收到的測試命令中包含的配置參數(shù)，通過控制DAC與數(shù)字電位器配置信號調(diào)理放大電路的硬件參數(shù)，實(shí)現(xiàn)測量范圍可調(diào)，增強(qiáng)了適應(yīng)性?；贗CPT技術(shù)對轉(zhuǎn)子無線供電，經(jīng)過整流穩(wěn)壓后驅(qū)動轉(zhuǎn)子電路正常工作；定子以 STM32核心使用uCOS-II嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多任務(wù)，在轉(zhuǎn)速測量的同時，通過定子側(cè)的nRF24L01模塊接收來自轉(zhuǎn)子的扭矩及拉壓力數(shù)據(jù)，為盡可能降低誤碼數(shù)據(jù)采用曼徹斯特編碼。STM32對數(shù)據(jù)解碼處理后實(shí)時發(fā)送到PC端

5、的上位機(jī)；上位機(jī)軟件使用C#編寫，根據(jù)扭矩及轉(zhuǎn)速值計算出功率，在軟件面板上以文本形式顯示四個測量結(jié)果的值，并更新到數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫在提供數(shù)據(jù)存儲作用的同時也是基于web的網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時監(jiān)控的數(shù)據(jù)源。
　　為了驗證測試裝置的實(shí)際性能，于實(shí)驗室環(huán)境設(shè)計了數(shù)種試驗方案，完成了低功耗分析及無線供電能力實(shí)驗、無線信號傳輸實(shí)驗、扭矩標(biāo)定實(shí)驗、轉(zhuǎn)速測量實(shí)驗。實(shí)驗結(jié)果表明測試裝置可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的對轉(zhuǎn)軸功率及拉壓力的低功耗一體化測試，達(dá)到了設(shè)計的測試精度