拖拉机PTO试验台测功机选型分析.pdf

检测鉴定拖拉机PTO试验台测功机选型分析东潍坊鲁中拖拉机有限公司刘风平韩晓荣山东省农业机械技术推广站张仰猛山东金大丰机械有限公司间帅一、拖拉机PTO试验测试设备及特点拖拉机PTO试验测试设备由测功机、控制系统及各测试单元（传感器）等构成。测功机作为加载控制的关键部件，其特性对整套测试设备性能有直接影响。测功机种类有：水力测功机、电涡流测功机、磁粉测功机、直流电力测功机、交流电力测功机。现简要介绍如下：1.水力测功机水力测功机是利用物体在水中运动，水对旋转的转子形成的摩擦力矩吸收并传递动力机械的输出功率装置，分为圆盘式与涡流室式，以涡流室式最为常见。如下图。1214151618191.底座2.左右轴承座3.主轴部件4.联轴节5.轴承压板6.骨架油封7.轴套8、9.双金属轴套1 0.左右轴承外壳1 1.左右侧壳1 2.螺塞1 3.转子1 4.外壳1 5.封水圈1 6.测速齿轮1 7.转速传感器1 8.溢水管1 9.旋塞水力测功机由制动器、测力机构、供水系统和指示控制部分组成，主体为水力制动器，由转子和外壳组成，外壳由滚动轴承支撑，可以自由摆动，固定在外壳上的力臂将作用在外壳上的力矩传递给测力装置。制动器转子被封闭在外壳内，其间充以水，水通过进水孔进入涡流中心，转子使水在涡流室中做旋转运动，通过与外壳的摩擦，使外壳摆动。测功机工作时，水被转子带动获得动量矩并传递给外壳，动力机械加给转子的转矩以同样大小作用于外壳上。动力机械的输出功率通过水分子间的相互摩擦而变成热能。控制阀控制出水量以调节水层厚度，水层越厚，水与外壳的摩擦力矩越大，吸收功越多，外壳摆动角度也越大，测力计上的读数相应增加。水力测功机的特点是，结构简单、造价低廉、高速吸收功率大，运转平稳。缺点是控制不便，测量精度差，难以实现远距离操纵及自动调节，且只能单向加载；需要特制供水管路和水源（如蓄水池），占用空间较大，全系统结构较为复杂。目前主要应用于柴油机台架试验和耐久性试验。2.磁粉测功机磁粉测功机由定子、实心转子、激磁线圈、磁粉介质、支架、底板等组成，当内部线圈通过电流时产生磁场，使内部磁粉按磁力线排成磁粉链，由磁粉链产生拉力变为阻止转子旋转的阻力，该力即为负载力矩。改变励磁电流即可改变负载力矩，励磁电流与负载力矩基本成正比。如下图。磁粉制动器码盘支架转速传感器磁粉测功机的特点是，转子为空心鼓形转子，惯性小，承受离心力大；力矩产生由磁粉链的拉力形成，力矩变化具有缓冲性；静态转矩力矩平滑，没有齿槽波动转矩，无剩磁转矩；无摩擦结构，使用寿命长；操作方便，只需调节激磁电流即可改变测功机的力矩大小；结构较为简单，使用方便。缺点是控制性能尤其是高速性能一般，且要依靠冷却水来消耗能量，适用于转速较低而力矩较大的测试对象，如电动自行车（摩托车）电机、异步电动机、直流减速电机、摇窗电机、雨刷电机等。如下图。温度信号激磁电流电量变送器转速信号转柜信号VLK-3B程控电源TR-2B转矩转速采集仪AI-A电参数采集仪RS485/R5232转换器拉压传感器电信号TEH-2温度采集仪21检测鉴定3.电涡流测功机电涡流测功机是利用涡流产生制动转矩来测量机械转矩的装置，由电磁滑差离合器（见电磁调速异步电动机）、测力计和测速发电机组成。被测动力机械与电磁滑差离合器的输入轴连接，带动电枢旋转，磁极则被安装其上的测力臂住，只能在一定范围内摆动角度，配合测力计就可以由此摆动角直接读出电枢与磁极间作用的电磁转矩。略去风摩损耗等测量误差时，此电磁转矩就等于被测动力机械的输出转矩。电涡流测功机只能产生制动转矩，不能作为电动机运行。一般用于测量转速上升而转矩下降，或转矩变化而转速基本不变的动力机械。如下图。987641当直流电通过与转子同轴装配的励磁线圈时，生成的磁通经过涡流环、气隙和转子形成闭合回路。由于转子和摆动部分由磁性材料制成，磁阻很小，所以磁通密度主要取决于气隙大小。外面是均匀齿和槽，磁场将在气隙和电枢体或涡流环内表面上由任意一点磁感应发生变化时产生，感应产生出涡流电势，并得到涡流电。同时，经过涡流电和磁场涡合，转子上产生了制动力矩，在摆动体上则产生与拖动力矩相同的力矩，其数值可由传感器检测出来。发动机输出功率22被转化成摆动体上满流产生的等值热量，由进入电枢体内表面或涡流环冷却水槽中持续不断的冷却水带走。为保证测功机能长期正常工作，防止测功机冷却室内结垢影响冷却效果，造成测功机损坏，所以冷却水的净化处理极为重要。电涡流测功机的特点是，结构简单、运行稳定、价格低廉、使用维护方便；采用水冷却，噪音低、振动小；输入转速范围宽，可用于变频调速等各类电动机及动力机械的型式试验。缺点是低速加载能力较差，甚至会出现低速无法加载的情况。4.电力测功机（直流电力测功机、交流电力测功机）电力测功机是利用电机测量各种动力机械轴上输出的转3矩，并结合转速以确定功率的设备，分直流和交流两类，目前在拖拉机动力输出轴试验台中用得较多的是直流电力测功机。如下图。14直流电力测功机：由直流电机、测力计和测速发电机组合而成。其定子由独立的轴承座支撑，可以在某一角度范围内自由摆动；机壳上带有测力臂，与测力计配合，可以检测定子所受转矩。当被测动力机械输出轴与直流电力测功机转子连接在一起旋转时，电枢绕组切割定子绕组磁场磁力线，产生感应电动势能，即产生一个与旋转方向相反的制动转矩，此时电机作发电机运行，以实现作为负荷进行测功的目的。相反，当电枢回路有电流通过时，在磁场中会受到电磁力作用产生一个与旋转方向相同的驱动力矩，这时电机作电动机运行，用来拖动动力机械转动。无论作为发电机运行用于测功，还是作为电动机用于拖动，定子通过磁场受到转子转矩作用时，还受到一个与之大小相等、方向相反的反力矩作用，此力矩可由测力机构测出。其控制方式有，负荷电阻控制方式和自动馈网控制方式两类，特性与控制方式有关，要根据动力机械试验目、试验方法以及电源和经济方面多种因素综合考虑，选定测功机的控制方式。交流电力测功机：通常由一台三相交流换向器电动机和测力计、测速发电机组合而成，测功原理与直流测功机相同。电力测功机的特点是：由于采用发电回馈加载，节能效果好；加载特性非常好，在额定转速以下可以保持恒扭矩加载（零转速甚至反转），额定转速以上可以恒功率加载；恒扭矩和恒转速控制稳定度是其他加载器无可比拟，可以在全程转速（甚至在零转速下）和扭矩范围内保持极高的稳定性；可以很方便地实现零扭矩和零转速启动，完成真正对电网和机械的无冲击软启动。二、拖拉机PTO试验台测功机选型分析综上，水力、磁粉、电涡流测功机的基本原理是，将原动机（被测试动力机械）产生的机械能转化为热能，由水冷却后把能量带走，原动机产生的能量不能回收，转换过程亦需消耗能量。电力测功机可以将原动机产生的机械能转换为电能回馈检测鉴定到内部电网，供其他设备使用，加载特性从零转速（或最低转速一拖拉机怠速）至标定转速为恒扭矩特性，标定转速至最高转速为恒功率特性，符合动力机械的负载特性。通常情况下，水力测功机只能在一个方向加载，电涡流测功机虽然可以双向加载但不可以作为动力倒拖原动机，而电力测功机可以方便地实现双向加载且可以作为动力倒拖原动机。水力、磁粉、电涡流测功表1 各种类型测功机特性比较类型水力测功机电涡流测功机控制精度低响应速度低高速性能一般低速性能差低速扭矩小冷却方式水冷系统结构复杂测控系统简单价格低（上接第2 0 页）序号机构名称穴播机（含大豆玉米带状复合种植播种机）单位（精密）播种机（含大豆玉米带状复合种植播种机）四川省农业机械移栽机（油菜移栽机）7鉴定站江西省农农业机育秧（苗）播种设备（秧盘播种成套设备）8械产品质量监督检验二站备注：当所依据的鉴定大纲发生变化或修订时，各机构应及时完成资质认定变更或更新，并将有关材行备案。机都需要水冷却，对水源、水道、水质有很高要求，循环水源一般是大水池，水池容积与原动机功率要成正比。基础设施如防水、防渗、密闭、保温、清淤等工作投入较大，夏天要防止雨水倒灌，冬天要防止水池结冰。水质需要净化以免时间长了结垢堵塞管道，且要经常检查有无渗漏现象。如果在试验过程中冷却水突然断路，此时测功机还处在加载状态，会导致热量不能及时带出，测功磁粉测功机直流电力测功机交流电力测功机较高较高较快较快好一般较差好小中水冷水冷较复杂紧凑一般一般中等较低鉴定范围及所依据的鉴定大纲条播机播种机免耕播种机播种机免耕播种机大豆玉米带状复合种植播种机播种机免耕播种机大豆玉米带状复合种植播种机油菜移栽机打（压）捆机打（压）捆机全混合日粮制备机全混合日粮制备机粮食色选机农产品色选机喂（送）料机（不含自动推料机）喂（送）料机清粪机清粪机微型耕耘机微耕机秧盘播种成套设备脱粒机脱粒机械谷物联合收割机谷物联合收割机机关键部件存在烧坏风险。所以，凭借良好的经济性能、加载性能、可靠性能，直流电力测功机已经逐渐替代了电涡流测功机。各种类型测功机的控制、响应特性及其它特点见表1。拖拉机动力输出轴的输出特点是低转速、大扭矩。从上表看，水力测功机、电涡流测功机在低速时控制性能不好，低速扭矩小，且必须用到冷却水源，系统复杂、冷却不好。由于受自身散热结构限制，磁粉测功机功率适用于小功率或短时间工作；交流电力测功机较高最高较快最快好最好最好一般大中风冷风冷简单复杂一般复杂中等最高控制特性好，精度高，但成本太高，限制了其实际应用；直流电力测功机在低速段扭矩大，控制精度较高，响应速度较快，成本适中，适合拖拉机动力输出轴性能试验。因此，越来越多的PTO试验台选择直流电力测功机作为加载装置。机构地址联系方式四川省成都市金牛区电话：[phone]银沙西街1 9 号传真：[phone]江西省南昌市青云谱电话：[phone]区南莲路6 0 2 号传真：[phone]有效期五年五年23