CN111426471A - 一种节能环保型橡胶传动带自动疲劳寿命试验机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及传送带疲劳试验机技术领域，且公开了一种节能环保型橡胶传动带自动疲劳寿命试验机，主轴电机处设置有被测橡胶传动带，所述传动带远离主轴电机的一端设置有电磁差速器，所述电磁差速器输出轴与作为负载的发电机转子连接，所述主动轮与从动轮之间设置有直线进给装置，所述进给装置上安装拉力传感器。本发明通过对本试验系统进行整体控制方案设计，并分别介绍试验台测控系统的组成与原理，结合本试验系统的试验要求与功能，对试验机测控系统的硬件选型和测控系统的软件部分进行设计，用来完成试验系统的自动控制及人机交互的操作，实现节能、环保、试验精度高的传动带疲劳寿命试验系统的设计。
Description
技术领域
本发明涉及传送带疲劳试验机技术领域，具体为一种节能环保型橡胶传动带自动疲劳寿命试验机。
背景技术
橡胶带作为带传动的核心部件，主要负责将电机或者发动机产生的动力传递给其他机械机构。疲劳断裂、磨损是带常见的两种破坏形式，在传动带的工作过程中，因带失效而造成的损失与事故不容忽视，其中，带在工作时突然断裂造成的后果最为严重，严重时甚至会威胁到相关工作人员的人身安全。传动带在实际使用过程中，带出现一定磨损后，才会更换新带，并不能彻底的解决问题，且存在在更换新带前出现带突然断裂导致安全事故的隐患。一般情况下，传动带在其疲劳寿命内合理使用不会出现问题，故若明确传动带的疲劳寿命，并在超出疲劳寿命前，及时更换，能有效避免因带失效而造成的损失与事故。
传统机械封闭式的传动带疲劳寿命试验台由于工作机理本身的缺陷，难以保证被试带滑差率的准确性，并且试验负载稳定性也比较差，试验条件与传动带实际工作条件的差距比较大，故最后得出的试验结果与实际工作情况有比较大的偏差，且试验效率低，节能效果不明显。为了提高试验精度、同时达到节约能源、降低成本的目的，研制一种多功能、高效率、节能、试验精度高的电封闭传动带疲劳寿命试验系统以期在最短的时间内获得产品的疲劳性能指标，从而改进和提高产品的质量具有十分重要的意义，其意义在于使它可以使国内传动带生产线得以完善，随着疲劳寿命试验机在传动带生产市场的普及，必将提高传动带行业的生产水平和产品质量，现有专利CN201773043U，其缺点在于无法进行自动控制与数据采集，所以我们提出了一种节能环保型橡胶传动带自动疲劳寿命试验机。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种节能环保型橡胶传动带自动疲劳寿命试验机，达到可以进行自动控制与数据采集的目的。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种节能环保型橡胶传动带自动疲劳寿命试验机，包括底座，所述底座上设有电动机、发电机、主动轮张紧器和从动轮张紧器，所述主动轮张紧器上设有主动轴，所述从动轮张紧器上设有从动轴，所述主动轴上设有主动轮，所述从动轴上设有从动轮，所述电动机通过电动机带轮和动力输入轮带动主动轴，所述从动轴通过发电机驱动轮和发电机带轮带动发电机，所述底座上于主动轮和从动轮之间设有试验带张紧架，所述试验带张紧架上设有试验带张紧轮和试验带弯曲轮，所述试验带张紧轮和试验带弯曲轮的位置上下可调，所述试验带绕设在主动轮、试验带张紧轮、从动轮和试验带弯曲轮上，所述底座上设置有测控系统，所述测控系统包括上位机与下位机，所述上位机与下位机双向信号连接，所述下位机包括主轴转速、拉力控制、温度控制、负载转矩和发电机转速，所述主轴转速包括主轴伺服电机控制器、主轴电机驱动器和转速信号，所述下位机输出端与主轴伺服电机控制器输入端信号连接，所述主轴伺服电机控制器与主轴电机驱动器双向信号连接，所述主轴电机驱动器输出端与转速信号输入端信号连接，所述转速信号输出端与下位机输入端信号连接，所述拉力控制包括拉力进给电机控制器、进给系统驱动器和传送带张紧力，所述下位机输出端与拉力进给电机控制器输入端信号连接，所述拉力进给电机控制器与进给系统驱动器双向连接，所述进给系统驱动器输出端与传送带张紧力输入端信号连接，所述传送带张紧力输出端与下位机输入端信号连接，所述温度控制包括粉尘加热回收控制器、风道电机变频器和温度信号，所述下位机输出端与粉尘加热回收控制器输入端信号连接，所述粉尘加热回收控制器与风道电机变频双向信号连接，所述风道电机变频器输出端与温度信号输入端信号连接，所述温度信号输出端与下位机输入端信号连接，所述负载转矩包括发电机励磁控制器和负载转矩信号，所述下位机输出端与发电机励磁控制器输入端信号连接，所述发电机励磁控制器输出端与负载转矩信号输入端信号连接，所述负载转矩信号输出端与下位机输入端信号连接，所述发电机转速包括发电机差速励磁控制器、发电机和发电机转速信号，所述下位机输出端与发电机差速励磁控制器输入端信号连接，所述发电机差速励磁控制器与发电机输入端信号连接，所述发电机输出端与发电机转速信号输入端信号连接，所述发电机转速信号输出端与下位机输入端信号连接。
优选的，所述主动轴上设有转速传感器，从动轴上设有转矩传感器，试验带张紧轮上设有张紧力传感器。
优选的，所述主动轮、从动轮和试验带张紧架设于加温风箱内，加温风箱内设有温度传感器。
优选的，所述从动轮张紧器和主动轮张紧器采用液压装置对电动机带轮和动力输入轮之间及发电机驱动轮和发电机带轮之间的传动带进行张紧度调节。
优选的，所述下位机为单片机主控系统，上位机为人机交互、数据采集系统。
优选的，所述系统的主电源部分为380V和220V两个电压的电源交流电，三相380V，50HZ的电能供主轴伺服三相同步电机，单相220V，50HZ的电用于系统进给电机驱动器、风道电机变频器以及内部控制电路，其内部控制电路电源通过选用开关直流电源分别为发电机励磁直流电源(110V)和发电机差速控制器直流电源(250V)。
优选的，所述下位机主要基于STM32单片机开发5个相应系统闭环控制系统，分别为主轴伺服电机转速闭环控制、负载发电机转矩闭环控制、传动带张紧力闭环控制、发电机转速闭环控制和传动带温度闭环控制。
优选的，主轴电机处设置有被测皮带，所述皮带远离主轴电机的一端设置有电磁差速器，所述电磁差速器输出轴与发电机转子连接。
优选的，所述主动轮与从动轮之间设置有直线进给装置，所述进给装置上安装拉力传感器。
本发明提供了一种节能环保型橡胶传动带自动疲劳寿命试验机。具备以下有益效果：
(1)、本发明通过对本试验系统进行整体控制方案设计，并分别介绍试验台测控系统的组成与原理，结合本试验系统的试验要求与功能，对试验机测控系统的硬件选型和测控系统的软件部分进行设计，用来完成试验系统的自动控制及人机交互的操作，实现节能、环保、试验精度高的传动带疲劳寿命试验系统的设计。
(2)、本发明实现了橡胶带疲劳试验机在运行过程中的多余能量回收功能，从而有效降低试验机的能耗，具有显著节能降耗的特点。另一方面，控制器上集成了所有驱动电机和发电机的控制，并具有数据实时采集、存储和传送等功能，系统集成度较高。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明传动图；
图3为本发明测控系统的硬件结构图；
图4为本发明测控系统电源原理图；
图5为本发明主轴伺服电机控制原理图；
图6为本发明发电机励磁电流控制原理图；
图7为本发明发电机电磁差速器电流控制原理图；
图8为本发明主控电路电源电路原理图；
图9为本发明丝杠进给电机控制电路原理图；
图10为本发明风道加热电机控制电路原理图；
图11为本发明测控系统软件结构图。
图中：1底座、2电动机、3发电机、4主动轮张紧器、5从动轮张紧器、6主动轴、7从动轴、8主动轮、9从动轮、10电动机带轮、11动力输入轮、12发电机驱动轮、13发电机带轮、14试验带张紧架、15试验带张紧轮、16试验带弯曲轮、17试验带、18转速传感器、19转矩传感器、20张紧力传感器、21加温风箱、22温度传感器。
具体实施方式
如图1-11所示，本发明提供一种技术方案：一种节能环保型橡胶传动带自动疲劳寿命试验机，包括底座1，底座1上设有电动机2、发电机3、主动轮张紧器4和从动轮张紧器5，从动轮张紧器5和主动轮张紧器4采用液压装置对电动机带轮10和动力输入轮11之间及发电机驱动轮12和发电机带轮13之间的传动带进行张紧度调节，主动轮张紧器4上设有主动轴6，主动轴6上设有转速传感器18，从动轴7上设有转矩传感器19，试验带张紧轮15上设有张紧力传感器20，从动轮张紧器5上设有从动轴7，主动轴6上设有主动轮8，从动轴7上设有从动轮9，主动轮8与从动轮9之间设置有直线进给装置，所述进给装置上安装拉力传感器，在被测试皮带主动轮和从动轮之间安装直线进给装置，进给装置上安装拉力传感器，当被测皮带经过长时间运转变松弛后，拉力传感器会将变化信号传输至控制中心，控制中心对进给装置的伺服电机进行控制，调节被测试皮带主动轮和从动轮之间的距离，从而可对被测试皮带进行张力定位以及自动记录被测试皮带张力失效的长度及疲劳时间，电动机2通过电动机带轮10和动力输入轮11带动主动轴6，从动轴7通过发电机驱动轮12和发电机带轮13带动发电机13，底座2上于主动轮8和从动轮9之间设有试验带张紧架14，主动轮8、从动轮9和试验带张紧架14设于加温风箱21内，加温风箱21内设有温度传感器22，试验带张紧架14上设有试验带张紧轮15和试验带弯曲轮16，试验带张紧轮15和试验带弯曲轮16的位置上下可调，试验带17绕设在主动轮8、试验带张紧轮15、从动轮9和试验带弯曲轮16上，所述底座1上设置有测控系统，测控系统包括上位机与下位机，本发明通过对本试验系统进行整体控制方案设计，并分别介绍试验台测控系统的组成与原理，结合本试验系统的试验要求与功能，对实验机测控系统的硬件选型和测控系统的软件部分进行设计，用来完成试验系统的自动控制及人机交互的操作，实现节能、环保、试验精度高的传动带疲劳寿命试验系统的设计，下位机主要基于STM32单片机开发5个相应系统闭环控制系统，分别为主轴伺服电机转速闭环控制、负载发电机转矩闭环控制、传动带张紧力闭环控制、发电机转速闭环控制和传动带温度闭环控制，上位机与下位机双向信号连接，下位机为单片机主控系统，上位机为人机交互、数据采集系统，下位机包括主轴转速、拉力控制、温度控制、负载转矩和发电机转速，主轴转速包括主轴伺服电机控制器、主轴电机驱动器和转速信号，主轴电机处设置有被测皮带，所述皮带远离主轴电机的一端设置有电磁差速器，所述电磁差速器输出轴与发电机3转子连接，主轴电机带动被测皮带，皮带带动电磁差速器的输入轴，电磁差速器的输出轴带动发电机(发电机相当于系统的负载)的转子，通过控制发电机转子的励磁绕组电流大小来控制发电机作为负载的大小，发电机定子在转子的运动下，从而发电，发出的电通过电力整流模块将电能回馈于主轴电机的直流母线电源，系统工作时，主轴伺服电机为被试带及负载发电机提供动力源，使被试带按规定转速运转，同时，下位机控制器驱动主轴电机驱动器始终维持电机转速恒定，以满足试验要求，下位机输出端与主轴伺服电机控制器输入端信号连接，主轴伺服电机控制器与主轴电机驱动器双向信号连接，主轴电机驱动器输出端与转速信号输入端信号连接，转速信号输出端与下位机输入端信号连接，拉力控制包括拉力进给电机控制器、进给系统驱动器和传送带张紧力，下位机输出端与拉力进给电机控制器输入端信号连接，拉力进给电机控制器与进给系统驱动器双向连接，进给系统驱动器输出端与传送带张紧力输入端信号连接，传送带张紧力输出端与下位机输入端信号连接，温度控制包括粉尘加热回收控制器、风道电机变频器和温度信号，在试验运行过程中，为了模拟橡胶传动带实际的运行环境温度，需要对传动带密闭箱进行温度控制。本项目在机械结构上进行管路设计，通过风道加热电机实现温度和风速的控制，该方法在实现传动带测试环境温度控制的同时，还可以借助风道加热电机的风速将测试产生的粉尘带到到粉尘回收箱，从而达到环保的效果，下位机输出端与粉尘加热回收控制器输入端信号连接，粉尘加热回收控制器与风道电机变频双向信号连接，风道电机变频器输出端与温度信号输入端信号连接，温度信号输出端与下位机输入端信号连接，负载转矩包括发电机励磁控制器和负载转矩信号，主轴伺服电机通过测试橡胶传动带带动发电机运行，意味着负载发电机被动运行，发电机励磁控制发电机的励磁电流大小，从而来控制负载加载的转矩值，使得发电机实现负载加载的功能来模拟传动带的工况负载，将其产生的电磁转矩保持在试验的规定值，下位机输出端与发电机励磁控制器输入端信号连接，发电机励磁控制器输出端与负载转矩信号输入端信号连接，负载转矩信号输出端与下位机输入端信号连接，发电机转速包括发电机差速励磁控制器、发电机和发电机转速信号，为了发电机在运行过程中处于额定工作工况，从而实现发电机将能量回馈至直流母线的最佳运行转换效率。通过在发电机与被测传动带之间加入电磁差速器，通过控制差速器的电磁电流大小，使得主轴伺服电机带动传动带的转速与负载发电机之间实现差速，电磁差速器的控制目标是始终让发电机运行在额定转速状态，从而实现能量回馈的最佳效率点，下位机输出端与发电机差速励磁控制器输入端信号连接，发电机差速励磁控制器与发电机输入端信号连接，发电机输出端与发电机转速信号输入端信号连接，发电机转速信号输出端与下位机输入端信号连接，发电机与电源连接系统的主电源部分为380V和220V两个电压的电源交流电，三相380V，50HZ的电能供主轴伺服三相同步电机，单相220V，50HZ的电用于系统进给电机驱动器、风道电机变频器以及内部控制电路，在试验系统运行过程中，保证主轴伺服电机转速恒定不变，施加负载发电机励磁控制后经过长时间的连续运行，基于S型拉力传感器可以获得被测试橡胶传动带的寿命大小。为了测得传动带的寿命，需要设置合理的张紧装置。张紧装置需要将试验所需的张紧力准确地作用到被试带上，还应满足疲劳试验机在不同工况下张紧力可任意调整的要求，从而保证疲劳试验机能够在正常稳定工作的前提下对不同类型、不同长度的传动带进行疲劳寿命试验，其内部控制电路电源通过选用开关直流电源分别为发电机励磁直流电源110V和发电机差速控制器直流电源250V，实现了橡胶带疲劳试验机在运行过程中的多余能量回收功能，从而有效降低试验机的能耗，具有显著节能降耗的特点。另一方面，控制器上集成了所有驱动电机和发电机的控制，并具有数据实时采集、存储和传送等功能，系统集成度较高。
在使用时，试验带绕设在主动轮、测试带张紧轮、从动轮和反向弯曲轮上，通过试验带弯曲轮将试验带的反向弯曲度调节到合适的状态，由电动机输出功率给主动轮，再通过试验带传给从动轮，由发电机吸收功率，所吸收的功率变为电能作为电动机的输入电力。在机器运转过程中，由转速传感器测出试验带线速度，由转矩传感器测出试验带负荷扭矩，由张紧力传感器测出试验带张紧度，由温度传感器测出试验带老化时的温度。
综上可得，本发明通过对本试验系统进行整体控制方案设计，并分别介绍试验台测控系统的组成与原理，结合本试验系统的试验要求与功能，对试验机测控系统的硬件选型和测控系统的软件部分进行设计，用来完成试验系统的自动控制及人机交互的操作，实现节能、环保、试验精度高的传动带疲劳寿命试验系统的设计，实现了橡胶带疲劳试验机在运行过程中的多余能量回收功能，从而有效降低试验机的能耗，具有显著节能降耗的特点。另一方面，控制器上集成了所有驱动电机和发电机的控制，并具有数据实时采集、存储和传送等功能，系统集成度较高。
Claims (9)
1.一种节能环保型橡胶传动带自动疲劳寿命试验机，包括底座(1)，所述底座(1)上设有电动机(2)、发电机(3)、主动轮张紧器(4)和从动轮张紧器(5)，所述主动轮张紧器(4)上设有主动轴(6)，所述从动轮张紧器(5)上设有从动轴(7)，所述主动轴(6)上设有主动轮(8)，所述从动轴(7)上设有从动轮(9)，所述电动机(2)通过电动机带轮(10)和动力输入轮(11)带动主动轴(6)，所述从动轴(7)通过发电机驱动轮(12)和发电机带轮(13)带动发电机(13)，所述底座(2)上于主动轮(8)和从动轮(9)之间设有试验带张紧架(14)，所述试验带张紧架(14)上设有试验带张紧轮(15)和试验带弯曲轮(16)，所述试验带张紧轮(15)和试验带弯曲轮(16)的位置上下可调，所述试验带(17)绕设在主动轮(8)、试验带张紧轮(15)、从动轮(9)和试验带弯曲轮(16)上，其特征在于：所述底座(1)上设置有测控系统，所述测控系统包括上位机与下位机，所述上位机与下位机双向信号连接，所述下位机包括主轴转速、拉力控制、温度控制、负载转矩和发电机转速，所述主轴转速包括主轴伺服电机控制器、主轴电机驱动器和转速信号，所述下位机输出端与主轴伺服电机控制器输入端信号连接，所述主轴伺服电机控制器与主轴电机驱动器双向信号连接，所述主轴电机驱动器输出端与转速信号输入端信号连接，所述转速信号输出端与下位机输入端信号连接，所述拉力控制包括拉力进给电机控制器、进给系统驱动器和传送带张紧力，所述下位机输出端与拉力进给电机控制器输入端信号连接，所述拉力进给电机控制器与进给系统驱动器双向连接，所述进给系统驱动器输出端与传送带张紧力输入端信号连接，所述传送带张紧力输出端与下位机输入端信号连接，所述温度控制包括粉尘加热回收控制器、风道电机变频器和温度信号，所述下位机输出端与粉尘加热回收控制器输入端信号连接，所述粉尘加热回收控制器与风道电机变频双向信号连接，所述风道电机变频器输出端与温度信号输入端信号连接，所述温度信号输出端与下位机输入端信号连接，所述负载转矩包括发电机励磁控制器和负载转矩信号，所述下位机输出端与发电机励磁控制器输入端信号连接，所述发电机励磁控制器输出端与负载转矩信号输入端信号连接，所述负载转矩信号输出端与下位机输入端信号连接，所述发电机转速包括发电机差速励磁控制器、发电机和发电机转速信号，所述下位机输出端与发电机差速励磁控制器输入端信号连接，所述发电机差速励磁控制器与发电机输入端信号连接，所述发电机输出端与发电机转速信号输入端信号连接，所述发电机转速信号输出端与下位机输入端信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种节能环保型橡胶传动带自动疲劳寿命试验机，其特征在于：所述主动轴(6)上设有转速传感器(18)，从动轴(7)上设有转矩传感器(19)，试验带张紧轮(15)上设有张紧力传感器(20)。
3.根据权利要求1所述的一种节能环保型橡胶传动带自动疲劳寿命试验机，其特征在于：所述主动轮(8)、从动轮(9)和试验带张紧架(14)设于加温风箱(21)内，加温风箱(21)内设有温度传感器(22)，试验机的测控系统通过温度传感器(22)反馈的温度数据可以时时调节加温风箱(21)内的加热器，可实现温度控制。
4.根据权利要求1所述的一种节能环保型橡胶传动带自动疲劳寿命试验机，其特征在于：所述从动轮张紧器(5)和主动轮张紧器(4)采用液压装置对电动机带轮(10)和动力输入轮(11)之间及发电机驱动轮(12)和发电机带轮(13)之间的传动带进行张紧度调节。
5.根据权利要求1所述的一种节能环保型橡胶传动带自动疲劳寿命试验机，其特征在于：所述下位机为单片机主控系统，上位机为人机交互、数据采集系统。
6.根据权利要求1所述的一种节能环保型橡胶传动带自动疲劳寿命试验机，其特征在于：所述系统的主电源部分为380V和220V两个电压的电源交流电，三相380V，50HZ的电能供主轴伺服三相同步电机，单相220V，50HZ的电用于系统进给电机驱动器、风道电机变频器以及内部控制电路，其内部控制电路电源通过选用开关直流电源分别为发电机励磁直流电源(110V)和发电机差速控制器直流电源(250V)。
7.根据权利要求1所述的一种节能环保型橡胶传动带自动疲劳寿命试验机，其特征在于：所述下位机主要基于STM32单片机开发5个相应系统闭环控制系统，分别为主轴伺服电机转速闭环控制、负载发电机转矩闭环控制、传动带张紧力闭环控制、发电机转速闭环控制和传动带温度闭环控制。
8.根据权利要求1所述的一种节能环保型橡胶传动带自动疲劳寿命试验机，其特征在于：主轴电机处设置有被测橡胶传动带，所述传动带远离主轴电机的一端设置有电磁差速器，所述电磁差速器输出轴与作为负载发电机(3)转子连接，发电机发出的交流电经整流模块回馈到主轴电机的直流母线电源，实现节能。
9.根据权利要求1所述的一种节能环保型橡胶传动带自动疲劳寿命试验机，其特征在于：所述主动轮(8)与从动轮(9)之间设置有直线进给装置，所述进给装置上安装拉力传感器，通过拉力传感器可以时时检测被测传送带的张紧力突变，可通过直线进给装置来调节主动轮(8)与从动轮(9)之间的距离，实现被测传送带的自动定位，并可将被测传送带定位和张紧力数据反馈至测控系统，从而使被测传动带的性能测试数据实现自动记录和保存。
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