机组运转及飞轮调节实验.doc

实验9 机组运转及飞轮调节实验一般情况下，机械在运动过程中将会出现速度波动，而这种速度波动会导致在运动副中产生附加动压力，并引起机械的振动，从而降低机械的寿命、效率和工作质量，这就需要对机械运转速度的波动及其调节的方法加以研究，以便设法将机械运转速度波动的程度的波动限制在许可的范围之内。本实验就是测试机组稳定运转时机组起动和停车过程的运动规律，观察机组速度周期性波动现象，理解如何利用飞轮进行调速的原理。一、实验目的1.熟悉机组运转时工作阻力的测量方法； 2.理解机组稳定运转时速度出现周期波动的原因； 3.理解飞轮的调速原理； 4.了解机组起动和停车过程的运动规律；5.如本课程有飞轮设计作业，实验所得的压强转角（）曲线可作为设计所必须的原始数据。二、设备与仪器四色绘图仪CRT显示器磁带记录仪MEC-b机械动态参数测试仪放大器压力传感器同步脉冲发生器机组空压机电机图9-1 实验系统框图如图9-1所示，本实验系统由下列设备组成：1.小型空气压缩机组(DS-1型动力学试验台);2.MECB机械动态测试仪；3.PP40四色绘图仪4.磁带记录仪；（普通家用录音机）5.同步脉冲发生器;6.压力传感器(已安装在空压机中); 7.压力传感放大器;三、原理与方法1 空压机机组（DSI型动力试验台）；如图9-2所示，空压机组由空压机1、飞轮4及传动轴、机座组成。压力传感器安装在空压机机身内，11为其输出线。脉冲发生器的分度盘7（光栅盘）固装在空压机的电机轴上，8为发生器探头的输出线。在开机时，改变压缩空气开关3的角度，即可改贮气罐上2中的空气压强，因而也就改变了机组的负载，压强值可由附于贮气罐上的的压力表9上直接读出。根据实验需要，可从传动轴上随时把飞轮5拆下或装上，拆下时注意保存平键5，装上时应放入平键，并拧紧端面螺母6。10为空压机电机的开关。2 压力传感器和放大器本试验台所采用的压力传感器是美国产的MPX系列压阻型压力传感器，如图9-3所示，其敏感元件为导体力敏器件（膜片），其压敏部分采用一个X型电阻四端网络结构，替代由四个电阻组成的电桥结构。在气压作用下，膜片产生变形，从而改变了电阻值，输出与压强对应的电讯号。传感器输出的讯号过于微弱，为了与测试仪匹配，设置了放大器，放大器的结构如图9-4所示。在放大器背面设置调零和放大倍数的旋钮，本公司供货时，此钮已调好，一般不需重调。10987111324651空压机 2.贮气罐 3.压缩空气开关 4.飞轮 5.平键 6.螺母 7.分度盘8.脉冲发生器输出线 9.压力表 10.动力开关 11.压力传杆器输出线图9-2 空压机组简图图9-3 压力传感器351241.电源线（22V）；2指示灯； 3放大器电源开关4输出插孔 5输入插孔 图9-4 压力传感器放大器153 MECB机械动态参数测试仪1110121314654321879图9-5 测试仪正面结构1. 电源开关；2.四路模拟通道入路口（通道号04）；3.四路数字通道入口（58）；4.转角闪同步传感器输入口（通道9）； 5.外触发信号输入插口J； 6.同步触发信号输入插口J；7.键盘； 8.磁带信息调入主机插口J ；9.主机信息储存磁带插口J； 10.六位LED数码管上显示器；11.亮度调节； 12.对比调节； 13.帧频调节； 14.行频调节； 15. 5CRT显示器 7654321图9-6 测试仪背面结构1.冷却风扇 2.电源插座 3.保险插座 4.CRT电源开关5.冷却风扇开关 6.外接CRT插口 7.PP40打印机接测试仪的正面结构如图9-5所示，背面结构如图9-6所示，该仪器有内触发和外触发两种采用功能（详见MECB测试仪操作说明书）本实验机组回转不均率测定及活塞压强曲线的测定均采用外触发形式，在测定回转不均率时，通过脉冲发生器将空VCC压机主轴（电机轴）的角位（、.）信号转换成相应的触发脉冲，并通过电子开关切换发出采触发信号，经过测试仪的处理、运算，即可得到主轴的角度变化曲线及回转不均率。开机采样的起点是由分度长缝转过光源时发出的，此时传感器探头红灯熄灭一次。在测定活塞压强曲线时，活塞缸盖上的压力传感器将压强换成电压输出，经放大器放大，接入模拟通道，经过A/D转换，开始采用为数字量。开始采样的起始讯号仍由分度盘上长缝转过光源时发出。利用测试仪的触发采样机运算功能，即可获得压强曲线。如乘以活塞面积（实际上只相当于比例尺的改变），也就是总压力（生产阻力）曲线。 四、实验步骤1.主轴角速度曲线及回转不均匀系数的测定 (1)将PP40四色绘图仪接入测试仪面板插座，打开XRT电源开关；(2)测试仪接通电源，打开测试仪面板开关，数码管上显示“P”，适当调整CRT的亮度及对比度；(3)若环境温度超过，应打开测试仪背面上的风扇开关，启动冷却风扇； 3 1 9 9 T1 采样间隔代号 检测通道号 检测通道号 测试仪功能为不均匀率的代号(4)将同步脉冲发生器和输出插头插入测试仪面板上的9通道插座，调整发生器探头的前后的左右位置，将分度盘片插入探头的槽口之中；用手转动盘片联轴节（切不可搬动盘片以免损坏盘片）当盘片每转过2度（光栅缝的间隔），探头上的绿色指示灯应闪烁一次，当分度盘转一周，盘片上长缝转过探头时，探头上的红色指示类应熄灭一次。(5)在未装飞轮的条件下，打开空压机电机开关，调节贮气罐开关的转角，使气压表针达到某一表压值（例如0.15MPa）。(6)在LED数码显示器上键入指令。键入指令后，在CRT上将显示出角速度动态曲线（），回转不均匀率值及其它特征值。T的具体数值见表1所示。若键入T=1,则表示每隔触发采样一次，所测各点角速度值为采样瞬时被测轴每转的平均值。若键入T=5,则表示每隔触发采样一次，所测各点角速度值为采样瞬时被测轴每转的平均值。显而易见，对同一被测对象，若存在回转不匀问题，键入T的代码不同，所得结果是略有差异的。在一般情况下，T可取3或4。角度代码T12345分度角转速范围（r/min）24003800512006160072000 (7)关掉电机开关，空压机停转。 (8)按PRINT键，打印机即能输出实验结果（曲线及数据）。 (9)为了测得不同负载情况下机组的回转不均匀率，可重复操作(5)(6)(7)(8)并调节贮气罐开关的角度。使气压表达到下边的数值（例如分别为0.3MPa和0.4MPa即可。 （10）安装飞轮，注意放入平键，并旋紧轴端螺母，再重复(5)(6)(7)(8)三次，并使气压表的气压仍为0.15MPa，0.30MPa和0.45MPa。2. 机组起动和停车阶段运动规律的测试A、安装飞轮的条件下进行起动运动规律测试。4 0 1 XXX EXEC 标定数通道数测试仪满量程设定 MON EXEC2 6 1 1 T1 采样间隔代号 通道号 通道数 定角测量的指令代号（1） 逆时针转动光栅键盘，一直转到传感器上的红绿灯：（这是为了开始开车便于开始采样）（2） 键入指令“31992”，按回车键（3） 起动空压机，待屏幕上显示速度曲线后关机。（4） 按PRINT键，输出起动阶段角速度曲线。B、安装飞轮条件下进行停车运行测试 0 1 6 6 T1 T2 采样周期为 通道号 通道号 定时采样代号（1） 用“转接线”将测试仪的J插口与通道6连接。（2） 键入指令“31992”， 按回车键，对本实验、可取为“02”。（3） 起动空压机至稳定转后，按EXEC键，同时关空压机，在测试仪屏幕上将显示出位移角（） 4 0 6 T EXEC 每脉冲所代表的角度 通道数 脉冲当量设定功能代号（4）按MON键，键入指令“EXEC” 本实验装置分度盘发出的光信号为2一个脉冲，T本应为2，为避免数据溢出，取为0.2，以下由仪器分析所得结果、相应地乘10，才是真实的结果。 (5)按MON键，键入指令“EXEC” 5 1 6 N EXEC 仪器分析的运动周期数 通道数 计算机求解功能代号 本实验分析的运动周期较多，取N=9指令键入后，屏幕上将显示出角位移曲线（）、角速度曲线（）、角加速度曲线（）及有关数据。如前所述，这些数据必须乘10才是真实值。C、拆去飞轮，重复上述起动，停车过程的运动规律测试。五、思考题 1.空压机在稳定运转时，为什么有周期性的波动？2.随着工作载荷的不断增加，速度波动出现什么变化，为什么？3.加飞轮与不加飞轮相比，速度波动有什么变化，为什么？ 4.取空压机主轴（曲柄）作为等效构件，作用于活塞上的工作阻力F的等效阻力矩如何计算？5.在安装飞轮的情况下，转速较平稳，可设电机驱动力矩为常数，可以测回转不均匀率，并求等效阻力矩，如何计算等效转动惯量J？J应比飞轮转动惯量大还是小？不安装飞轮时机组原有的转动惯量是多少？ 6.分析机组在各种状态（加飞轮、不加飞轮；加负载、不加负载；启动、停车阶段）运动规律。上述状态实际上与各种机械均有相似之处，如柴油机、冲压机、起重机、轧钢机、甚至自动式武器等，因此上述方法也供研究其它设备之用。六、实验要求 不同负载条件下测定：1. 活塞阻力曲柄转角（）曲线；2. 阻力矩曲柄转角（）曲线；3. 有、无飞轮状态下机组启动转速曲线，停车止动转速曲线；4. 有、无飞轮状态下机组平稳运转时曲线、最大转速、最小转速、回转不均率系数。压强曲线（）的标定：空压机运动时，汽缸内的压强周期变化，如图9-7a所示，期纵向坐标以一定的比例尺，U代表压强值。参阅9-7b，分析空压机的机构运动情况。当曲柄位置从a点转到b点，活塞为回程。此阶段汽缸内压强迅速下降，至某位置d点时，曲线不在下降，此时汽缸进气阀打开，也就是汽缸内压强迅速上升，直某位置e点时排气阀，往贮气罐输气，此时缸内压强不再上升。为了使排气阀持续打开，缸内压强应比贮气罐的压强（即贮气罐气压表的表压值S）高U.P2，由图7（a）显然可得： 图9-7 压强曲线（）的标定 （1）为了求得（），完全打开贮气缸开关，启动空压机，此时气压表为零，重复操作（7）（8）（9），测得表压为零时的压强转角曲线如图7(c)所示。由于此时表压为零，显然： （2）将（2）式代入（1）式即得： 因此： （3） 式中S贮气罐的表压值，以值代入： 、 图9-7a中读出的数值；图9-7c中读出的数值；