低功耗轉軸功率及拉壓力一體化測試裝置研究.pdf

1、轉軸廣泛存在于各種動力機械和機械加工裝備中，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。轉軸的正常運轉對機械設備運轉的安全性、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，對動力機械和機械加工裝備的智能化提出了新的要求，對于轉軸運行狀況各項參數(shù)的準確測量一方面有助于實現(xiàn)動力源和動力設備之間的精確閉環(huán)控制，達到運行平穩(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)網技術，可實現(xiàn)遠程監(jiān)控及運行數(shù)據(jù)的云記錄，為大數(shù)據(jù)分析及優(yōu)化生產工藝提供指導或參考。因此本文結合實際需要，開展轉軸轉速、扭矩、拉壓力等參數(shù)一體化低功耗測試技術和裝置的研究，以提高我國動力機械及其裝備的智能化水平。
　　本文在查閱國內外相關文獻資料的基礎上，結合工程的實際工況和測試目的，對扭矩和拉壓力之間的耦合關系進行了理論分析，給出了解耦方法；對于轉速測量，闡述了脈寬計時法和脈沖計數(shù)法二種

3、測試方法，提出了結合二者優(yōu)點的轉速自適應測速方案，解決了在實際轉速測試中轉速未知情況下，測速方法難以選擇的問題。為解決轉軸的供電問題，采用基于ICPT技術的無線供電方案，同時轉子上的測試電路著重于低功耗設計。
　　論文采用了“轉子?定子?PC→web”的四級架構設計了轉軸功率及拉壓力的測量、傳輸、顯示、存儲平臺。轉子負責測試扭矩及拉壓力測量，其以 ATmega單片機為核心結合 nRF24L01模塊實現(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理放大電路的硬件參數(shù)，實現(xiàn)測量范圍可調，增強了適應性。基于ICPT技術對轉子無線供電，經過整流穩(wěn)壓后驅動轉子電路正常工作；定子以 STM32核心使用uCOS-II嵌入式操作系統(tǒng)實現(xiàn)多任務，在轉速測量的同時，通過定子側的nRF24L01模塊接收來自轉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)解碼處理后實時發(fā)送到PC端

5、的上位機；上位機軟件使用C#編寫，根據(jù)扭矩及轉速值計算出功率，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的網絡化實時監(jiān)控的數(shù)據(jù)源。
　　為了驗證測試裝置的實際性能，于實驗室環(huán)境設計了數(shù)種試驗方案，完成了低功耗分析及無線供電能力實驗、無線信號傳輸實驗、扭矩標定實驗、轉速測量實驗。實驗結果表明測試裝置可以實現(xiàn)預期的對轉軸功率及拉壓力的低功耗一體化測試，達到了設計的測試精度