基于LabVIEW的3620電子多臂機(jī)測試系統(tǒng)研究

沈 毅，楊 明，鄧文俊

(浙江理工大學(xué)現(xiàn)代紡織裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310018)

基于LabVIEW的3620電子多臂機(jī)測試系統(tǒng)研究

沈 毅，楊 明，鄧文俊

(浙江理工大學(xué)現(xiàn)代紡織裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310018)

以浙江新昌鶴群公司研發(fā)的3620旋轉(zhuǎn)式電子多臂機(jī)為研究對象，設(shè)計(jì)了一種多臂機(jī)性能測試系統(tǒng)，通過Pro-E軟件建立測試臺模型，搭建旋轉(zhuǎn)式電子多臂機(jī)性能測試臺。提出一種多臂機(jī)載荷、力矩及機(jī)械效率測試的可行性方案，通過安裝傳感器測量提綜臂輸出力、多臂機(jī)輸入扭矩、箱體內(nèi)潤滑油溫度等相關(guān)參數(shù)，在LabVIEW平臺上設(shè)計(jì)軟件流程進(jìn)行監(jiān)測試驗(yàn)。該研究可為多臂機(jī)量產(chǎn)提供一定的指導(dǎo)。

LabVIEW；旋轉(zhuǎn)式電子多臂機(jī)；性能測試

0 引 言

與國際紡織業(yè)相比，我國紡織業(yè)主要存在技術(shù)裝備落后、產(chǎn)品開發(fā)不足、高素質(zhì)人力資源匱乏、缺少自主知識產(chǎn)權(quán)等不足。在紡織機(jī)械中，多臂機(jī)是應(yīng)用于無梭織機(jī)的開口裝置，其工作性能優(yōu)劣將直接影響到織機(jī)的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。在日益嚴(yán)峻的形勢下，多臂機(jī)是否具有優(yōu)良的機(jī)構(gòu)特征已成為市場及企業(yè)最為關(guān)注的焦點(diǎn)。我國多臂機(jī)制造技術(shù)相對落后，國內(nèi)技術(shù)密集型產(chǎn)品均落后于發(fā)達(dá)工業(yè)水平國家，國內(nèi)企業(yè)存在規(guī)模偏小、技術(shù)創(chuàng)新能力不足、管理水平落后等問題，這些問題嚴(yán)重制約了我國在高速旋轉(zhuǎn)式電子多臂機(jī)領(lǐng)域的研究。

本研究以浙江新昌鶴群機(jī)械公司與浙江理工大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的3620電子多臂機(jī)為研究對象，目前該電子多臂機(jī)已完成樣機(jī)裝配。量產(chǎn)前的工作性能測試是驗(yàn)證設(shè)計(jì)及裝配質(zhì)量的必要保證，通過測試系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)安全性測試、功能測試和互聯(lián)互通測試，并通過測試數(shù)據(jù)可以繪制曲線，分析討論其主要參數(shù)[1-2]。應(yīng)用虛擬儀器可使測試系統(tǒng)具有更高的效率和精度[3]。本文提出了一種過程監(jiān)測方案，建立了一套完整的測試系統(tǒng)，并采用數(shù)據(jù)采集裝置獲取測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，利用LabVIEW軟件進(jìn)行測試系統(tǒng)過程監(jiān)測設(shè)計(jì)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而得出測試系統(tǒng)實(shí)際工況下的輸出力、輸入扭矩、潤滑油溫度及機(jī)械效率等參數(shù)。試驗(yàn)過程中對測試系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，保證了操作人員安全，縮短了測試周期，也可以實(shí)現(xiàn)耐久性、功能和互聯(lián)互通等測試內(nèi)容。

1 測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本測試系統(tǒng)主要測試傳動(dòng)連桿實(shí)時(shí)載荷、箱體內(nèi)主要部件、潤滑油溫升以及多臂機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩，因此拉力傳感器和扭矩傳感器分別安裝在連桿組件上和多臂機(jī)輸入軸上。通過與數(shù)據(jù)采集設(shè)備和計(jì)算機(jī)相連接，構(gòu)成了測試系統(tǒng)的硬件設(shè)備。

多臂機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能夠平穩(wěn)有序的執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作，多臂機(jī)測試系統(tǒng)測試記錄多臂機(jī)輸入扭矩M、輸出力F、箱體零件溫度T等參數(shù)，并計(jì)算多臂機(jī)運(yùn)行效率，與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，以此來評價(jià)其傳輸性能。輸入扭矩M是電子多臂機(jī)輸入軸扭矩，通過安裝在多臂機(jī)輸入軸端的扭矩傳感器來檢測；輸出力F是多臂機(jī)提綜臂輸出力大小，通過安裝在提綜臂連桿上的拉力傳感器來檢測，溫度T是指多臂機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)主要部件及潤滑油的溫度，用以衡量潤滑效果及判斷失效條件，由安裝在箱體內(nèi)部的溫度傳感器檢測。

通過對輸入扭矩、輸出力進(jìn)行測量，再結(jié)合擺臂的速度，根據(jù)機(jī)械效率計(jì)算公式η=Fv/p，可以計(jì)算多臂機(jī)工作效率。輸入功率P可通過扭矩傳感器測量得到的扭矩T及轉(zhuǎn)速n計(jì)算得到，即T=9550p/n。

根據(jù)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，整套多臂機(jī)測試系統(tǒng)包括傳感器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、虛擬軟件三部分組成，各個(gè)部分組成如圖1所示。

圖1 過程檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在測試過程中，由溫度傳感器、扭矩傳感器、拉力傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)采集設(shè)備輸入到計(jì)算機(jī)，再通過虛擬儀器軟件設(shè)定的相應(yīng)程序進(jìn)行檢測分析，從而實(shí)現(xiàn)對整個(gè)測試過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警處理，保證整個(gè)過程有序進(jìn)行。

2 測試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

多臂機(jī)性能測試臺主要包括測試臺架、測試電機(jī)、多臂機(jī)主體、連桿組件、載荷組件等，其裝配關(guān)系如圖2所示，測試系統(tǒng)實(shí)體如圖3所示。測試臺架上通過螺栓固定多臂機(jī)主體，測試電機(jī)也固定在測試臺架上，并通過帶輪與多臂機(jī)聯(lián)接；多臂機(jī)提綜臂與連桿組件緊固連接，連桿組件聯(lián)接擺臂組件，擺臂組件固定在測試臺架上。

1.測試臺架，2.測試電機(jī)，3.條臂機(jī)主體，4.過桿組件，5.載荷組件

圖3 測試系統(tǒng)實(shí)體

由設(shè)計(jì)理論分析及實(shí)測數(shù)據(jù)可知，輸入功率為2200W；安全系數(shù)選擇S=1，則輸入安全扭矩為35N·m；提綜臂輸出力的仿真結(jié)果最大值為90kg；潤滑油在多臂機(jī)穩(wěn)定過程中最大值不超過70℃。力傳感器選擇上海隆旅電子科技有限公司生產(chǎn)的CFBLS拉力傳感器，其S型外觀適合提綜臂連桿的安裝設(shè)計(jì)，量程范圍為0～300kg，精度為0.03%F·S，工作溫度范圍為-20～80℃，安全過載為150%F·S；溫度測量傳感器選用上滬電氣公司生產(chǎn)的IRTP-200LS紅外線溫度傳感器，測溫范圍為0～200℃，測溫精度為2%，環(huán)境溫度為0～50℃，響應(yīng)時(shí)間為150ms，供電電壓為24VDC，用于對潤滑油的溫度檢測；扭矩傳感器選擇CYB-803S扭矩傳感器，扭矩量程為0～150N·m，供電電壓為15V，轉(zhuǎn)速量程為0～1000r/min，精度為0.5%F·S,環(huán)境溫度為-20～60℃，過載能力為150%F·S，扭矩傳感器還可以測量實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速。

3 基于LabVIEW的測試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

LabVIEW是常用虛擬軟件的圖形化編程語言，用圖標(biāo)代替文本創(chuàng)建應(yīng)用程序[4]，具有開發(fā)簡便、性能擴(kuò)充性好、技術(shù)集成化高、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)[5-6]。本研究采用LabVIEW軟件以實(shí)現(xiàn)對測試系統(tǒng)的過程監(jiān)測設(shè)計(jì)。

測試系統(tǒng)監(jiān)測分析流程如圖4所示。實(shí)際操作中，由傳感器測量的信號在采集后作為輸入信號，在虛擬軟件里進(jìn)行諸如放大濾波等一系列處理，然后進(jìn)行分析。分析內(nèi)容包括值域判定、均值求解、警戒預(yù)警、頻域信號周期分析等，分析結(jié)果顯示在面板上。最后結(jié)合已知條件求解傳動(dòng)效率。

圖4 監(jiān)測分析功能流程

3.1 輸出力監(jiān)測程序設(shè)計(jì)

根據(jù)CFBLS拉力傳感器信號類型選擇LabVIEW的仿真信號模塊；根據(jù)實(shí)際輸出力信號類型，設(shè)置輸出力信號為正弦波，并在仿真信號內(nèi)添加均勻白噪聲，以模擬拉力變化信號。通過添加數(shù)值顯示控件、文本輸入及顯示模塊等實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)組件的各個(gè)功能[7]。具體功能流程及軟件設(shè)計(jì)程序如圖5、圖6所示。

圖5 輸出力信號處理流程

圖6 輸出力信號VI程序

根據(jù)實(shí)際工況下輸出力仿真分析，輸出力最大值為90kg，因此設(shè)定預(yù)警值為90kg，通過載荷信號的程序設(shè)計(jì)，連接如圖6所示，可實(shí)現(xiàn)輸出載荷信號的波形顯示，輸出載荷數(shù)值的實(shí)時(shí)紀(jì)錄，以及實(shí)現(xiàn)對提綜臂受載荷的實(shí)時(shí)監(jiān)測等功能。

3.2 輸入扭矩監(jiān)測程序設(shè)計(jì)

根據(jù)選擇的CYB-803S扭矩傳感器，選擇LabVIEW的仿真信號模塊，根據(jù)實(shí)際輸入扭矩信號類型，設(shè)置輸入扭矩信號為三角波，并在仿真信號內(nèi)添加均勻白噪聲，以模擬輸入扭矩信號。通過添加數(shù)值顯示控件、文本輸入模塊等實(shí)現(xiàn)各個(gè)組件的功能。具體功能流程和軟件設(shè)計(jì)程序如圖7、圖8所示。

圖7 輸入扭矩信號功能流程

圖8 輸入扭矩信號VI程序

按圖8所示程序圖連接各個(gè)功能控件，根據(jù)設(shè)計(jì)要求最大安全輸入扭矩為35N·m，將預(yù)警值設(shè)定為35N·m，以此實(shí)現(xiàn)輸入扭矩信號波形顯示，扭矩值變化動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)反映，并對電機(jī)的輸入扭矩進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，判斷輸入扭矩是否在合理變化范圍內(nèi)等功能。

3.3 溫度監(jiān)測程序設(shè)計(jì)

根據(jù)選擇的IRTP-200LS紅外線溫度傳感器，選擇LabVIEW仿真信號模塊，根據(jù)實(shí)際溫度測量數(shù)據(jù)，設(shè)定溫度信號波形為直線，并在仿真信號內(nèi)添加均勻白噪聲，以模擬零件表面溫度變化信號。通過添加數(shù)值顯示控件、文本輸入模塊、文本顯示模塊等實(shí)現(xiàn)各個(gè)組件的功能。具體功能流程和軟件設(shè)計(jì)程序如圖9、圖10所示。

圖9 溫度信號功能流程

圖10 溫度信號VI程序

根據(jù)多臂機(jī)所使用的潤滑油失效最大值測量及內(nèi)部零件性能耐溫分析，將預(yù)警溫度值設(shè)定為66℃，根據(jù)所設(shè)計(jì)的溫度檢測程序，可以實(shí)現(xiàn)溫度信號動(dòng)態(tài)顯示，溫度實(shí)時(shí)記錄，根據(jù)機(jī)器工作情況設(shè)置最高溫限，記錄超溫次數(shù)等功能。

3.4 程序主界面設(shè)計(jì)

根據(jù)各個(gè)流程圖的設(shè)計(jì)及VI程序軟件設(shè)計(jì)，完成了多臂機(jī)測試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)工作。該軟件程序主界面如圖11所示。

測試時(shí)，首先設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)速，在不同轉(zhuǎn)速下測試多臂機(jī)運(yùn)行工況，設(shè)定測試時(shí)間區(qū)間，記錄此區(qū)間內(nèi)傳感器信號輸出，采集信號并保存。按輸入扭矩、輸出載荷、電機(jī)轉(zhuǎn)速等實(shí)時(shí)參數(shù)確定多臂機(jī)機(jī)械效率。通過改變轉(zhuǎn)速大小來分別記錄結(jié)果并比較結(jié)果，確定多臂機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的合理轉(zhuǎn)速，各參數(shù)超預(yù)警值時(shí)報(bào)警。觀察當(dāng)測試電機(jī)轉(zhuǎn)速分別在200、400r/min和600r/min三個(gè)數(shù)值下多臂機(jī)工作情況并記錄數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)械效率，繪制效率曲線，找出多臂機(jī)在最大效率時(shí)工作的輸入轉(zhuǎn)速。并且通過對不同轉(zhuǎn)速下的機(jī)械工作情況進(jìn)行記錄觀察，實(shí)現(xiàn)對電子多臂機(jī)工作情況全面監(jiān)測。對出現(xiàn)過高的輸入扭矩、輸出載荷和超溫情況給予及時(shí)的排查分析，并在此基礎(chǔ)上對多臂機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程可能出現(xiàn)的不穩(wěn)定情況予以改進(jìn)設(shè)計(jì)。

4 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)了一種3620旋轉(zhuǎn)式電子多臂機(jī)性能測試系統(tǒng)，提出了一種過程監(jiān)測試驗(yàn)方案，將測試系統(tǒng)用數(shù)據(jù)采集裝置與計(jì)算機(jī)相連，利用虛擬儀器軟件LabVIEW進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的分析處理，從而確定多臂機(jī)機(jī)械效率,并在耐久性試驗(yàn)過程中實(shí)現(xiàn)對工作過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)耐久性、功能等測試要求。由于研發(fā)進(jìn)度的限制，本研究只通過信號模擬進(jìn)行了輸入扭矩、輸出力及箱體內(nèi)潤滑油溫度的監(jiān)測程序設(shè)計(jì)。在今后硬件條件滿足情況下，只需將仿真信號替換成研華DAQ-NAVI模塊并在此基礎(chǔ)上對設(shè)計(jì)的程序簡單設(shè)定即可。本文研究在模擬信號的基礎(chǔ)上證實(shí)了方案可行性，對多臂機(jī)的量產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)價(jià)值。

圖11 測試系統(tǒng)軟件主界面

[1] 季學(xué)勝,唐 濤.CTCS-3級列車運(yùn)行控制系統(tǒng)綜合測試平臺研究[J].鐵道通信信號,2007,7(7)：1-3.

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(責(zé)任編輯：康 鋒)

Research on 3620 Rotary Electronic Dobby Test Based on LabVIEW

SHENYi,YANGMing,DENGWenjun

(Zhejiang Province Key Laboratory of Modern Textile Machinery Technology,Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

Based on the 3620 rotary electronic dobby which is developed by Hequn Company in Xinchang, Zhejiang, we design a dobby test system, establish test board model through Pro-E software and set up rotary electronic dobby function test board. Besides, a feasible plan to test dobby load, torque and mechanical efficiency is proposed. Output load, input torque and temperature of lubricating oil in the box are measured through installing the sensor. Besides, software process is designed on LabVIEW platform to monitor the test. This study can provide certain guidance for mass production of dobby.

LabVIEW; rotary electronic dobby; function test

2014-11-10

沈 毅(1963—)，男，浙江杭州人，教授，碩士，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)及理論、CAD及運(yùn)動(dòng)仿真方面的研究。

TS103.133；TH112.2

A

1009-265X(2015)04-0024-05