1、第 38 卷 2010 年第 12 期 本欄目編輯陸秋云通用36多功能綜合試驗臺的模塊化設計王和偉*陳飛王麗國李海林渠立紅中國礦業大學機電工程學院江蘇徐州221008摘要：通過模塊化思想設計了一臺多功能試驗臺，包括液黏調速啟動模塊、電液盤式制動器模塊和待測液壓絞車模塊，通過不同的模塊組合達到進行不同類型研究試驗的目的。試驗臺采用 PLC 編制控制系統，可靠性高、指令豐富且通信功能完善，便于改造和添加新的控制功能，并根據需要采用不同的數據采集方式。通過現場多項試驗證明試驗臺精度較高，能夠滿足預計試驗的各種要求。關鍵詞：模塊化設計；實驗臺；盤式制動器；液黏傳動；液壓絞車中圖分類號：TH12 文獻標

2、識碼：A 論文編號：1001-3954(201012-0036-04Modularizaiton design of multifunctional comprehensive experimental tableWANG Hewei CHEN Fei WANG Liguo LI Hailin QU LihongSchool of Mechanical & Electrical Engineering, China University of Mining & Technology,Xuzhou 221008, Jiangsu, ChinaAbstract ：A multifu

3、nctional experimental table is designed with modularization theory, hydro-viscous variable speed starting module, module of electro-hydraulic brake disk and module of hydraulic winch to be tested are in-cluded. Different kinds of research experiments can be carried out by various combination of abov

4、e modules. PLC programming control system is applied to the experimental table to obtain high reliability, enriched instruction and perfect communication function, which are convenient for the innovation and addition of new control function as well as data collection with different ways according to

5、 different demands. Various eld experiments show that the experimental table has high precision and can meet each expected requirement of all the experiments.Keywords ：modularization design; experimental table; brake disc; hydro-viscous transmission; hydraulic winch目前，隨著煤礦采掘技術的發展，煤礦機械正朝 著機電一體化及自動化方向

6、高速邁進，其可靠性以及工作效率也越來越高。由于煤礦機械對穩定性以及可靠性有較高的要求，因而針對不同的產品，在設計過程中需要進行相關的試驗。傳統的做法是針對每種不同類型的產品搭建不同的試驗臺進行與之相關的試驗，因此既浪費研究經費，又占用了大量的場地。因而對具有相互關聯關系的試驗裝置進行模塊化設計就顯得尤為重要。采用模塊化思想設計一臺多功能試驗裝置是十分必要的，它應該滿足： 液體黏性調速、傳動試驗； 液壓絞車、帶式輸送機等設備制動及啟動的模擬試驗； 盤式制動器加載裝置加載精度的研究試驗。1多功能試驗臺的組成多功能試驗臺主要由盤式制動器模塊和液黏調速*作者簡介：王和偉，男，1985 年生，碩士研究生

7、，主要從事盤式加載裝置加載精度及盤式制動系統優化設計方面研究。經濟效益。參考文獻1中國機械工程學會鍛壓學會鍛壓手冊 M北京：機械工業出版社，1993.2吉明鍛錘 M北京：機械工業出版社，1977.3陳路新編鍛壓精密技術實用手冊 M北京：科海電子出版社，2003.4任保國，李慶章基于有限元的曲柄優化設計 J機械工程師，2007(6：87-88.(收稿日期：2009-12-23(修改稿日期：2010-04-10GFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGF第 38 卷 2010 年第 12 期 本欄目編輯陸秋云通用 37啟動模塊 2 部分組成，如圖

8、 1 所示。根據試驗需要還可以外加液壓絞車部分進行模擬試驗。液黏軟啟動裝置采用 16FB 液黏裝置，試驗臺所用盤式制動器選用 ADH90 常開式直動液壓制動器，最大工作壓力為 5 MPa，并采用 2 只對稱安裝。電液盤式制動器設計分為液壓系統設計以及電氣控制系統設計等部分。1.1電液盤式制動器液壓控制系統液壓系統原理如圖 2 所示。由圖 1 可知，電磁換向閥 1DT 得電，卷繩馬達工作，此時液壓絞車驅動馬達保持停止狀態；電磁換向閥 2DT 得電，調節電液比例溢流閥進入盤式制動器的油壓，從而實時改變制動力矩。試驗臺壓力控制系統為一個獨立泵站，采用雙聯泵，一個出口壓力控制盤式制動器，另一出口壓力控

9、制液黏傳動調速啟動裝置的推進油缸。1.2電液盤式制動器電氣控制系統盤式制動裝置電控系統的控制器選用西門子公司生產的 S7-200PLC。PLC所選硬件如下：(1 CPU 模塊選用 CPU224，該 CPU 具有 14 入/10 出的本機數字量 I /O， 8 kb 的數據存儲區，6 個高速計數器，1 個 RS-485 通信口；(2 模擬量擴展模塊選用 EM235 模塊，它提供 4 路模擬量輸入信號通道，1 路模擬量輸出信號通道，對電壓信號，提供 10 V 信號輸出，分辨率為 12 位；對電流信號，提供 020 mA 信號輸出，分辨率為 11 位。PLC 主要數字量和模擬量的輸入輸出口地址分配及

10、對應的設備如表 1 所列。1.3數據采集系統設計本試驗臺所需試驗數據采用組態軟件 WinCC 進行采集。WinCC 推出時間較 S7-200 要早，因此沒有集成 S7-200 系列 PLC 的通信驅動程序。基于成本方面的考慮，采用 OPC 方式與 S7-200 實現通信，所需 OPC Server 可以通過 S7-200 PC Access 軟件來實現，這樣 WinCC 與 PLC 的通信只需一根成本很低的 PPI 電纜就可以完成。首先建立 WinCC 與 PLC 的連接，激活運行 WinCC 項目，就能將試驗過程中 PLC 相應地址中的數值采集進上位機，其間定義的過程變量的意義及在 PLC

11、中對應的地址分別為：oil_p：實測油壓，VD200；T_actual：實測扭矩，VD216。2各試驗的設計原理2.1液黏傳動調速啟動試驗液黏裝置在啟動過程中可視為恒扭矩設備，因此本試驗系統采用盤式制動器來模擬帶式輸送機作為調速啟動的加載裝置，試驗裝置示意見圖 1。基本動作如下：主電動機 6 通過液黏傳動調速啟動裝置 7、減速器 8 帶動驅動滾筒 9，而驅動滾筒 9 通過鋼絲繩 5 帶動測試滾筒 4，測試滾筒 4 通過增速齒輪 3 帶動制序號1234567地址I0.0I0.1I1.2Q0.4Q0.5AIW0AQW0說明停止信號啟動信號扭矩信號1DT 得電，控制卷繩馬達2DT 得電，控制盤式制動

12、裝置液壓系統油壓信號調節比例閥對應設備紅色按鈕綠色按鈕扭矩傳感器電磁換向閥電磁換向閥壓力變送器比例放大器 VT-2000S表 1PLC 數字量和模擬量輸入輸出分配Tab 1 Input and output distribution of digital data and analogdata of PLC1. 盤式制動器2. 扭矩傳感器3. 增速齒輪4. 測試滾筒5. 鋼絲繩6. 驅動滾筒7. 減速器8. 電液比例控制系統9.液黏傳動調速啟動裝置10. 主電動機圖 1多功能試驗臺組成Fig 1 General structure of multifunctionalexperimental

13、table1. 油箱2. 粗濾油器3. 電動機4. 齒輪泵5. 精濾油器6. 壓力表7. 壓力變送器8. 盤式制動器油缸9. 電磁換向閥10. 卷繩馬達11. 電液比例溢流閥圖 2液壓系統原理Fig 2 Schematic of hydraulic system第 38 卷 2010 年第 12 期 本欄目編輯陸秋云通用 38動盤 1，盤式制動器產生的扭矩作為負載并由扭矩傳感器 2 測出。輸出轉速由裝在液黏傳動調速啟動裝置箱體上的速度傳感器測出，而推進油缸的壓力由安裝在電液比例控制系統 10 中的壓力變送器測出。電液比例控制系統 11 用于控制盤式制動器油缸壓力，以改變負載。2.2液壓絞車、帶

14、式輸送機等設備制動模擬試驗在帶式輸送機相關試驗中，考慮到試驗場地等實際情況，采用液壓絞車滾筒代替帶式輸送機驅動滾筒，模擬重載工況下的帶式輸送機荷載，利用盤式制動裝置完成制動的過程。圖 3 為試驗臺結構示意，其中 16 為盤式制動模塊，712 為液壓絞車加載部分。以液壓絞車驅動馬達 10 為動力裝置，通過減速器 9、開式齒輪對 8、絞車卷筒 12 通過鋼絲繩 13 帶動小卷筒 6 以一定轉速轉動。小卷筒 6 就是模擬下運帶式輸送機的驅動滾筒，轉動力矩由絞車驅動馬達控制，此力矩即是對重載工況的下運帶式輸送機的負阻力矩的模擬。機械傳動系統通過盤式制動裝置 4、開式齒輪對將制動力矩傳遞給小卷筒 6 以

15、完成制動過程。盤式制動裝置的制動力矩計算公式為M z = 2 (p - 2.5 300 B (N·m，式中：p 為盤式制動液壓站提供的油壓，Pa；B 為有效摩擦半徑，0.195 m。用于絞車測試時，如果直接測試該扭矩，扭矩傳感器的量程太大，成本高。為此采用增速的方法來降低扭矩。開式齒輪對的傳動比 i I = 3.75，它將盤式制動裝置提供給小卷筒的制動力矩放大了 3.75 倍。液壓系統額定工作壓力為 P = 50 Pa，制動力矩為 2.743 kN ·m，采用 2 個制動器可產生的制動力矩 F = 5.486 kN·m，由此可以得到傳遞到小滾筒的扭矩為20.573

16、 kN ·m，可以滿足試驗要求。1. 加速度傳感器2. 電液盤式制動器3. 扭矩傳感器4. 增速齒輪5. 減速器6. 液黏傳動調速啟動裝置 7. 電液比例控制系統8. 主電動機圖 4電液盤式加載裝置系統結構Fig 4 Structure of electro-hydraulic disk typeloading device圖 5扭矩變化曲線Fig 5 Fluctuation curve of torsion在此基礎上添加必要的傳感器亦可進行電液盤式制動器制動性能試驗。2.3電液盤式加載裝置加載精度的研究試驗電液盤式加載裝置系統結構，如圖 4 所示。系統采用液黏調速啟動裝置，模擬電液

17、盤式加載裝置的動力部分。其中加速度傳感器安裝于制動背板外側。加載裝置為一個比例開環控制系統，給定載荷譜通過 PLC 轉換為對應的電壓信號，送入電液比例控制系統中的比例放大板，控制電液比例溢流閥的輸出油壓，從而控制盤式制動器油缸壓力以改變加載力矩，加載力矩的大小由扭矩傳感器獲得。給定載荷譜主要是一些典型的輸入信號，如斜坡函數、脈沖函數、正弦函數和階躍函數等，或者按照給定的變化要求設定載荷譜。采用恒扭矩，壓力為 1.5 MPa 時，由扭矩傳感器測出的盤式制動器產生的扭矩，如圖 5 所示。由圖 5 可知，扭矩不是一個固定值，而是在理論計算值附近波動，這種波動一方面是由盤式制動器自身的因素如摩擦材料、

18、制動盤加工精度等產生的，另一方面則來源于扭矩傳感器的測試精度，因此對其1. 開式齒輪對2. 卷繩馬達3. 電液比例控制系統4.盤式制動裝置5.扭矩傳感器6.小卷筒站7. 旋轉編碼器8. 開式齒輪對9. 減速器10. 絞車驅動馬達11. 絞車液壓站12. 絞車卷筒13. 鋼絲繩圖 3實驗臺結構示意Fig 3 Structure schematic of experimental table第 38 卷 2010 年第 12 期 本欄目編輯陸秋云通用39加載精度進行研究是十分必要的。然而進行加載精度試驗時，需要對采集到的信號作相關的信號分析，例如對于加速度傳感器采集到的振動信號進行頻譜分析，采用

19、WinCC 編制的采集程序最高采集速度為 0.5 s /次，明顯滿足不了要求，因此改用 NI 公司生產的 PCI-6221 插卡式多功能數據采集卡，它具有 16 路模擬輸入，24 路數字 I /O 端口，單通道最高采樣速度 250 kS/s。測試過程中以圖形化編程語言 LabView 軟件為軟件開發平臺，配合傳感器和數據采集卡組成信號采集系統。結語綜上所述，該模塊化試驗臺，采用了 PLC 編程控制系統，它可靠性高、指令豐富且通信功能完善，便于修改和添加新的控制功能，能夠滿足多種試驗要求，并且該試驗臺裝置投入使用后效果良好，可擴展性強，功能完善。參考文獻1孟慶睿液體黏性傳動調速啟動及其控制技術研

20、究 D北京：中國礦業大學，2008.2岑華，張娜，王立端模塊化設計 綠色設計的一種創新思維綠色設計 J生態經濟，2008(5：162-165.3王濤，朱文堅摩擦制動器 M廣州：華南理工大學出版社，1992.4賈延林模塊化設計 M北京：機械工業出版社，1993.5龍華偉，顧永剛 LabView 8.2.1 與 DAQ 數據采集 M北京：清華大學出版社，2008.6柳昌慶，王啟廣測試技術與試試驗方法 M北京：中國礦業大學出版社，2001.7廖長初PLC 編程及應用 M北京：機械工業出版社，2008.8張思振動測試與分析技術 M北京：清華大學出版社，1992. (收稿日期：2010-01-06GFG

21、FGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGF 回爐料添加量對超高錳鋼錘頭組織及性能的影響*張長濤1,2謝敬佩1王文焱1王愛琴1李洛利11河南科技大學材料科學與工程學院河南洛陽4710032河南省有色金屬材料科學與加工技術重點實驗室摘要：通過掃描電鏡對添加不同回爐料的超高錳鋼組織及斷口形貌進行分析，并且測試沖擊功及磨損性能。優化出合理的回爐料添加量。試驗結果表明，回爐料添加量為 25% 時，晶粒細小，超高錳鋼錘頭的沖擊功較好，耐磨性能好。在實際生產中取得了很好的應用效果。關鍵詞：回爐料；超高錳鋼；錘頭中圖分類號：TG135+.6 文獻標識碼：A 論文編號：1001-3954(201012-0039-03Effect of returns content on microstructu