逆向制动器综合性能检测试验台的研制

1、硕 士 学 位 论 文MASTER DISSERTATION逆向制动器综合性能检测试验台的研制Reverse Brake System Developed Comprehensive Performance Test 作者叶洪旭导师张 飞 讲 师学 科检测技术与自动化装置中国计量学院二一二年一月Reverse Brake System Developed Comprehensive Performance TestByHong Xu YeA Dissertation Submitted to China Jiliang UniversityIn partial fulfillment of t

2、he requirement For the degree of Master of EngineeringChina Jiliang University January， 2012独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 中国计量学院 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解 中国计量学院

3、 有关保留、使用学位论文的规定。特授权 中国计量学院 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名： 导师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日中图分类号TU375.3 学校代码 10356UDC 624 密级 公开硕 士 学 位 论 文MASTER DISSERTATION逆向制动器综合性能检测系统的研制Reverse Brake System Developed Comprehensive Perfor

4、mance Test作者 叶洪旭 导师张飞 讲师申请学位工学硕士 培养单位中国计量学院学科专业 检测技术与自动化装置 研究方向专用检测设备研制二一二年一月致 谢首先由衷感谢我的导师张飞讲师。在我攻读硕士学位期间，不论是在科研上还是在平时学习生活中，张飞老师都给予我无微不至的关怀。张飞老师渊博的学识，严谨的治学精神，宽厚待人的高贵品格，以及对待科研教育的认真负责态度，都深深影响了我，永远值得我学习，也必将影响我的终身，永远激励着我不断前进。同时还要感谢杨惠忠老师提供的实验环境，为科研工作提供了很多便利。杨老师在科研上对我的悉心指导以及工作上对我的支持，使我的科研工作得以顺利进行。他严谨的治学态度

5、、忘我的工作精神是我今后学习、工作的榜样。还要感谢卿兆波老师对我的悉心指导，他扎实的理论基础、全面深刻剖析问题的能力，使我受益非浅。最后特别感谢我的家人，多年来在我求学的道路中给我始终如一的关心、帮助，支持和信心。在我学业即将完成之际，向我的父母表示由衷的谢意，感谢他们为我能安心完成研究生的学业所作的努力。由于本人经验不足和时间有限，文中尚存不少纰漏以及不足之处，敬请各位老师指正。 叶洪旭2012年1月逆向制动器综合性能检测试验台的研制摘要：块式逆向制动器由于在其正向、反向都能达到良好的制动效果，且结构简单，不容易发生故障等特点，目前被广泛应用。主要应用在大型起重机、带式传输机、电动绞车等起重

6、牵引工具中，作为安全保护装置。结合目前制动器检测技术在国内外的发展现状，根据工厂的实际要求，本文设计了一台检测逆向制动器综合性能的自动化试验台。检测试验台能够自动的对逆向制动器进行检测，并能把测试数据存储和打印，该系统具有限位保护、报警、急停等保护功能。 首先，检测试验台硬件部分设计，硬件设计包括两个方面：检测系统的机械结构，作为试验台的执行机构主要完成对逆向制动器的安装、定位、驱动等；检测系统的电气控制单元，主要功能是实现对测试数据的采集、显示、处理、状态输出、动作控制等。其次，上位机测试软件的编写，通过上位机监控软件的设计完善了检测试验台的功能，检测试验台需要测试的项目包括正向传递效率、逆

7、向制动距离、温升等，上位机监控软件主要对试验台在测试的过程中对测试数据进行监测。另外，为了更好地对采集到的数据进行管理，选用Microsoft Access设计数据库管理系统，它操作简单、使用稳定、可靠，确保了系统对历史数据查询、打印、报表等功能。最后，对检测试验台进行误差分析与系统标定。通过分析系统误差产生的原因，采用最小二乘法原理对检测的数据进行处理，对系统误差进行修正，从而提高了检测系统的可靠性与测量精度。在检测试验台搭建完成之后，进行了多次的实验并得到验证。测量结果表明，本文检测试验台测量精度满足实际要求。关键词：逆向制动器； 检测系统； PLC； 数据采集； 最小二乘法分类号：TP2

8、29Reverse Brake System Developed Comprehensive Performance TestAbstract：The block reverse brake has good forward and backward braking effects, and has a lot of advantages, such as simple structure and less failure rate. Therefore, it is widely used in lifting traction tools, including large cranes,

9、belt transmission machines, and electric winches, as safety protection devices. Based on the current development of brake testing technology at home and abroad, and combined with the actual and practical demand for the factory, an automatic comprehensive performance testing system for the reverse br

10、ake has been designed in this paper. The system could automatically test the reverse brake, store and print the experimental data, and has the protective effects as limit protection, alarm, emergency stop, etc.First, test-bed for testing the hardware part of the design, Hardware design consists of t

11、wo units Hardware design consists of two units, Mainly the measured object to complete the installation, positioning, clamping; The electrical unit detection system, Main function is to achieve the test data acquisition, display, processing， output, action control.Second, the preparation of PC test

12、software, PC monitoring software through the design of improved detection capabilities, Detection system to test the efficiency of project delivery, including forward, reverse braking distance, temperature testing . In addition, In order to better manage the data collected, Use Microsoft Access data

13、base management system design, it is simple, stable, reliable, to ensure the system of historical data query functions.Finally, the errors were analyzed and the system was calibrated for the testing bench. By analyzing the causes of the error detection system, this detection system by the least squa

14、re method for the detection of data processing, By analyzing the causes of the error detection system, this detection system by the least square method for the detection of data processing .Correction of systematic errors, thus greatly improving the detection system reliability and accuracy. In the

15、test bed set up after the completion of testing, carried out several experiments and verified, Measurement data show that the detection system accuracy to meet the requirements.Keywords：Reverse brake; Test system ; PLC; Data collection; Least-squares method;Classification：TP229目录摘要IAbstractII目录IV图清单

16、VI表清单VIII1绪论11.1 逆向制动器检测试验台研究的背景和意义11.1.1 课题研究的背景11.1.2 课题研究的意义21.2 逆向制动器简介21.3 逆向制动器检测试验台的国内外发展及应用41.4 本课题研究的主要内容52 逆向制动器结构及检测系统的总体方案设计72.1 逆向制动器的性能评价指标及检测试验台的试验方法72.1.1 逆向制动器性能评价指标72.1.2 逆向制动器综合性能检测试验台检测方法82.2 逆向制动器综合性能检测试验台的总体方案设计92.2.1 逆向制动器综合性能检测试验台的机械结构设计102.2.2 逆向制动器综合性能检测系统电气系统设计112.2.3 逆向制动

17、器综合性能检测试验台上位机的设计122.2.4 逆向制动器综合性能检测试验台基本功能132.3 传感器选型设计142.4 本章小结163 逆向制动器检测试验台的详细设计183.1 逆向制动器检测试验台机械部分的设计183.1.1 逆向制动器检测试验台机械系统设计要求183.1.2 试验台机械部分设计183.2 逆向制动器检测试验台测控系统的设计223.2.1 逆向制动器检测试验台硬件电路的设计223.2.2 数据采集部分设计243.2.3 数据转换单元设计253.2.4 变频调速系统263.2.5 人机界面的设计313.3 本章小结354 逆向制动器综合性能检测试验台的监控软件设计364.1

18、软件的功能及其工作的流程364.2 上位机监控软件的总体设计374.2.1 编程软件的选择374.2.2 上位机监控软件概述384.3 OPC简介394.4 OPC服务器的开发404.4.1 OPC服务器的建立414.4.2 OPC服务器通信444.5 OPC客户端的开发研究474.5.1 连接OPC服务器具体程序设计494.5.2 数据库模块程序设计534.6 本章小结575 检测系统的误差分析及系统标定585.1 误差分析585.2 检测系统的标定方法595.2.1 最小二乘法原理595.2.2 本系统检测模型的建立625.3 检测系统的标定结果635.4 本章小节：656 结论与展望66

19、6.1 结论666.2 展望66参考文献68作者简历71图清单图 1.1逆向制动器结构简图3图 1.2本文逆向制动器原理图4图 1.3逆向制动器实物图6图 2.1检测系统结构框图11图 2.2检测系统的机械结构示意图12图 2.3上位机监控系统结构14图 3.1系统机械结构原理图22图 3.2检测试验台主电路25图 3.3PLC信号输入图25图 3.4电气控制系统主电路图26图 3.5 A/D转换模块机构图27图 3.6数值类型转换程序图28图 3.7变频器程序运行原理框图29图 3.8变频器初始化指令结构图30图 3.9变频器驱动指令结构图31图 3.10变频器硬件接线方式33图 3.11人

20、机界面与PLC通讯设置34图 3.12人机界面主界面布局图35图 3.13人机界面实时显示数据界面36图 3.14逆向制动器产品参数设置界面36图 4.1上位机监控软件流程图40图 4.2OPC服务器内部结构42图 4.3 PC ACCESS 典型应用43图 4.4PC ACCESS 界面布局图43图 4.5 PG/PC通讯设置44图 4.6添加一个新OPC sever设置44图 4.7添加一个新的项目设置45图 4.8添加一个新的项目设置45图 4.9以太网通讯模块IP地址设置46图 4.10以太网通讯模块地址设置47图 4.11以太网通讯模块与服务器连接设置48图 4.12以太网通讯模块程

21、序配置48图 4.13 PC ACCESS中PG/PC属性设置49图 4.14 OPC客户端监控界面50图 4.15 OPC客户端程序流程图52图 4.16数据库界面56图 4.17历史测试数据界面57图 4.18数据查寻界面58图 4.19逆向制动器报表生成界面59图 4.20测试数据报表界面59图 5.1系统扭矩数据标定结果图66表清单表 2.1本文逆向制动器检测指标21表 2.2扭矩传感器参数表29表 2.3编码器技术参数30表 2.4PT100热电阻技术指标31表 3.1变频器参数设置步骤表44表 5.1逆向制动器综合性能测量数据81表 5.2扭矩值标定列表8274中国计量学院硕士学位

22、论文1 绪论1.1 逆向制动器检测试验台研究的背景和意义1.1.1 课题研究的背景车载牵引电动工具电动绞盘作为一种多领域的安全装置在军警、公安、边防、消防、交通、石油、环保、水文、林业、及其它野外运动中被广泛使用，电动绞盘可安装于农用汽车、越野汽车、ATV运动车、游艇、以及其它特别车辆上为车辆、船只提供牵引，可在各种恶劣环境中进行车辆自救，以及清理障碍、拖拉物品、安装设施等。电动绞盘安装方便，可实现多个位置安装及迅速移位安装。车辆上所使用的电动绞盘，依靠车辆自身的电源驱动绞盘，其优点是可以在车辆熄火的情况下基本正常使用，但由于车辆自身电力系统局限性、自身易发热等原因不能维持长时间的使用，大部分

23、电动绞盘能提供的驱动力较小，只能向一个方向施加力量2。逆向制动器是电动绞车的安全保护装置，其制动性能的好坏，直接影响着车载牵引工具的工作性能。绞车行业的迅速发展，对绞车检测行业和绞车检测设备提出了新的要求，传统的绞车检测方法己经远远不能适应现代的绞车检测了。随着我国加入WTO，绞车的一些标准和法规进一步与国际接轨，国内绞车行业标准绞车制动系结构、性能及试验方法也基本引用欧洲经济委员会绞车制动法规的有关条款。目前，我国逆向制动器检测主要用检测制动力矩的方法来评定逆向制动器的好坏，许多制动性能检测系统还不具备检验逆向制动器综合性能的能力，使检测结果不能准确地反映逆向制动器的实际性能，这个问题应引起

24、足够的重视。因此，严格执行新标准，根据智能化，自动化的应用技术发展趋势，采用先进的设计理念和手段，设计一套功能齐全、性能良好，使用方便，具有高精度和高可靠性的绞车制动性能试验台，对提高绞车制动系统的设计制造水平具有很大有很大帮助3。1.1.2 课题研究的意义本课题的意义主要体现在：1.保障安全。设计一套专门检测逆向制动器专用检测设备，通过研究可以提高逆向制动器各项性能的可靠性，从而保证电动绞车的安全使用，在救灾抢险中起到重大作用。2.提高效率、节省成本。通过设计逆向制动器专用自动化检测系统，提高了逆向制动器的检测效率，降低了人力成本。3.增加经济效益。通过检测逐渐改善逆向制动器性能，提高我国在

25、车载牵引工具应用领域的国际竞争力，提高产品的生产水平，降低生产成本。综上所述，本课题目的是研发一种在车载牵引工具上使用的安全保护装置的专用检测系统，通过理论设计和实际方法验证，获得电动绞盘中逆向制动器的各性能数据，验证所采取的设计方案的合理性，为下一步研发工作打下基础。所设计的检测试验台满足逆向制动器的检测需求。1.2 逆向制动器简介逆向制动器是一种防止逆转和支持重物不动的装置，主要用于起重运输机械。在设备由于各种原因停车时，逆向制动器可以防止设备因负载的自重引起的设备逆转，从而保证设备和人员的安全。逆向制动器是由超越离合器演变而来的，其发展与超越离合器的发展有着紧密联系。超越离合器是机械传动

26、系统中的常用部件，它能随着主、从动轴的相对旋转方向的改变而将两者自动接合或脱开，超越离合器被广泛应用于机械传动领域，超越离合器按其工作原理可分为：接触式和非接触式两大类4。接触式逆向制动器就是本文需要检测的逆向制动器，逆向制动机构的功能是在电动绞车的动力突然切断后，通过机械自锁机构实现制动，以确保绞车在负载的作用下不发生逆向运动5。传统电动绞车产品采用摩擦式制动原理实现上述功能，由于本文逆向制动器所应用的电动绞车使用的是尼龙绳，而非传统的钢丝绳，摩擦所产生的热量使绳筒的表面温度升高，导致尼龙绳的强度下降。为解决这一问题，厂家急需研制出一种新型的逆向制动器替代传统的摩擦式制动器，为高强度尼龙绳在

27、电动绞车上的应用提供技术保障。针对传动装置逆转时制动的功能要求，本文涉及的反传动双向逆向制动传动装置，其构造和性能满足下述要求：能产生足够的制动力矩、制动平稳可靠；制动装置零件有足够的强度和刚度、构造简单，操纵灵活，外形紧凑等要求。本文逆向制动器，能够实现正传动双向传递扭矩，反传动通过摩擦自锁实现逆向制动的功能，具有制动迅速、定位准确的发热量小、传递效率高等优点6。逆向制动器包括制动套、制动主动轴、制动从动轴、制动块和弹性件，如图1.1所示。制动套固定在卷筒的轴向中心孔内，制动主动轴的一端与电机的输出端相连，另一端安装在制动套内并具有第一轴向凸出部；制动从动轴，一端安装在制动套内且具有与第一轴

28、向凸出部相对的第二轴向凸出部；制动块设在第一轴向凸出部和第二轴向凸出部之间；弹性件的一端连接到第二轴向凸出部与第一轴向凸出部相对的表面上，另一端与制动块相连且将制动块常推向第一轴向凸出部；该制动器结构简单，制造成本低，制动可靠，逆向制动器结构如图1.1所示。1.制动套 2.输入端刹车轴 3. 弹簧 4.刹车块 5. 输出端刹车轴图 1.1逆向制动器结构简图逆向制动工作的工作原理如下图1.2所示，其中参数扭矩T和转速n具有如下关系式：正向传动运动参数关系：T2=T1N2= N1当正向传递时，运动能够正常传递，由于逆向制动器内部刚性连接所以转速相同。逆向传动运动参数关系：T4=0 T3=实际制动力

29、矩N3=N4=0当运动反向传递时，逆向制动器起到制动的作用，由于本身机械自锁，切断运动的传递，对传递系统起到保护作用。图 1.2本文逆向制动器原理图1.3 逆向制动器检测试验台的国内外发展及应用逆向制动器制动性能检测技术是伴随着绞车技术的发展而发展的。在绞车的发展早期，人们通常采取有经验的维修人员检查绞车的故障，并作针对性的修理，就是过去人们常说的望、闻、问、切方式。随着现代工业控制技术进步，尤其是计算机技术的进步，绞车检测技术也迅速发展。目前人们已经能采用各式各样先进的仪器设备，对绞车进行不拆分检测，而且安全、可靠、准确。台架试验方式是制动器试验方式应用最为广泛的一种。这种方法是通过模拟车辆

30、的制动工况来完成实验的。台架试验的典型代表机型是KRASS试验机。随着现代工控技术的提高，这种试验方法的到了很好应用。目前，台架试验已经有了相应的行业标准。使用试验法是将逆向制动器装配在实际产品中，做成样机应用在实际工况中，经过反复长期试验来评定逆向制动器的综合性能。这种方式虽然最具有对逆向制动器评定的权威性，但由于其使用周期长，试验费用高，必须在批量生产前完成。本文选用台架试验法对逆向制动器进行检测，需要检测的参数包括：正向传递效率，温升，逆向制动距离。逆向制动距离测量用现在广泛使用的编码器即可测得，关于逆向制动器的检测方法，国内外有很多相关方面的研究，主要有下面的一些方法：模拟实际工况：模

31、拟绞车正常使用过程中的各种工况，来搭建检测系统的平台，模拟逆向制动器的实际工作转速，输入扭矩，实际负载等，能够正确的反应出逆向制动器的各项性能指标，对逆向制动器的进一步设计和改进起到重要作用。模拟实际制动力矩就是单独对逆向制动器的制动性能进行检测，由于逆向制动器通过减速箱后实际的制动力矩只有几个牛米，国内一些逆向制动器生产商在对逆向制动器进行检测的时候，只是对逆向制动器的实际逆向制动力矩进行了测试，这种测试并没在逆向制动器的正常使用工况下进行，对测试的结果缺乏可信度，检测的方法有待于进一步改进。伴随着工业控制技术的发展，机械制造工业和自动控制技术的成熟，逆向制动器综合性能检测技术在与之前的检测

32、方法比较之后有了很大的提高，现在检测平台的搭建，采用了很多先进的设备，计算机，工控机，触摸屏，都广泛应用于现代检测系统当中，现代逆向制动器检测技术迅速发展，在应用技术上已实现了“制度化”，在管理上实现了“标准化”，在基础技术正向“智能化、自动化”方向发展2。我国的绞车行业发展较晚，研发能力还没有达到国际先进水平，不过目前我国绞车行业正呈现一种迅速追赶的态势。与此同时，制动器性能检测技术的发展也从引进国外技术、引进国外检测设备，到自主开发、应用推广的阶段，并且发布相关的逆向制动器行业标准，获得了很大的提高，但与发达国家先进水平相比，还有一定差距。我们应该加强逆向制动器检测基础理论的研究，引进发达

33、国家的先进设计技术，制造经验。在逆向制动器检测基础技术的标准化、逆向制动器检测设备的智能化、检测管理的网络化等方面进一步展开研究，尤其要在测试设备的综合性能、测量精度、使用可靠性、稳定性、操作智能化和自动化等方面多花时间进行研究，才能适应逆向制动器工业迅速发展的需要。1.4 本课题研究的主要内容本文针对逆向制动器的发展趋势，在阅读了大量关于制动器的基本原理和逆向制动器各参数检测技术资料的基础上，按照企业对检测系统的设计要求对绞车用逆向制动器检测系统进行了全面深入的研究。图 1.3逆向制动器实物图系统需要检测的参数是温度、输入输出扭矩、制动距离。本课题将从检测系统机械工作台、电气控制系统、计算机

34、数据采集与处理等多个方面进行全面设计及论述。所研究的被测逆向制动器如上图1.3所示本文研究内容如下：（1）检测系统硬件模型的搭建。包括实验台总体结构的机械系统设计和硬件电路系统的设计，检测系统中选用西门子EM235来采集传感器输出的信号，并进行模数转换输入到工控机。然后编制程序对采集的数据进行处理，选用西门子PLC226来进行一些数字量的输入输出控制。通过工作台上的位置检测开关的数字量信号来确定当前系统工作状态，控制电机起动、停止、正转、反转、加速、减速，以及总开关和急停按钮等。（2）上位机监控系统的设计。本文监控系统采用客户端与服务器的模式，采用VC+进行客户端应用程序的设计，PC Acce

35、ss进行服务器端应用程序的设计，监控系统需要实现对整个检查过程进行在线控制。上位机软件需要监控测试过程中的测试数据并进行采集和实时显示，还要在测试之前对逆向制动器的测量次数进行设置，对于测试的数据，系统会自动存储到微软公司的Access数据库当中，并对测试的数据进行管理，本文检测试验台监控系统是具有数据采集、检测、参数设置功能的计算机监控系统。（3）误差分析、系统标定以及实验验证。首先进行误差分析，由于采集的数据存在误差，和一些其他不稳定性因素，需要对测试过程中可能产生的误差的环节进行分析，然后选用最小二乘法对系统进行标定，给出检查试验台精度。最后通过试验来验证检测试验台的可靠性和测量精度。利

36、用监控软件对历史数据及当前测量数据进行分析，总结规律，以便对逆向制动器进行改进。2 逆向制动器结构及检测系统的总体方案设计近年来，国内外许多牵引、起吊工具的设计研究部门和制造厂家非常重视提高牵引、起吊设备可靠性和安全性，并将合格性能其作为减少事故的重要手段之一。绞车是牵引工作方面的主要设备，逆向制动器是绞车的安全制动装置，它的性能好坏关系到绞车的可靠性，因此，需要设计逆向制动器试验台来检测制动器综合性能。研制电动绞车逆向制动器试验台之前，首先需了解逆向制动器的组成、工作原理及基本性能要求。并确定需要检测的参数，并以此制动器为样本，研制试验台5。随着检测技术的进步以及电动绞车行业标准的提升，国内

37、很多逆向制动器生产厂家使用的制动力矩检测系统已经完全不能满足生产的需要，急需开发新型的逆向制动器综合性能检测试验台。2.1 逆向制动器的性能评价指标及检测试验台的试验方法2.1.1 逆向制动器性能评价指标本文涉及逆向制动器是目前应用最普遍的块式制动器，它的核心是靠两个对称布置的制动轴和一个制动块，在力矩反向传递时通过制动块产生偏心，实现自锁达到制动效果的。通常作为高速端的工作制动器，根据逆向制动器的工作原理与设计要求。对逆向制动器的综合性能提出以下几点要求：（1）要有足够的制动力矩，这是保证逆向制动器安全、可靠的前提条件；（2）制动块所产生的制动力矩要稳定，在受到外界环境（速度、温度、湿度、驱

38、动力等）的变化也要尽可能小；（3）散热性好，防止制动刹车套表面温度过高；（4）工作中噪音低、对周围环境的影响小；（5）具有一定的可靠性，要有一定的安全使用寿命；（6）传递效率要高，减小能量损失。根据本文逆向制动器的工作原理和设计要求，依据绞车用逆向制动器检测的行业标准，本系统对逆向制动器的以下参数进行测量9。表 2.1本文逆向制动器检测指标测试项目测试目的测试指标测试参量输出结果空载测试空载情况下，将被测逆向制动器安装在试验台上，电机以额定转速旋转3分钟，查看试验台运行是否正常，以及各个参数的变化。温升传递效率温度t刹车距离输入扭矩输出扭矩输入输出扭矩的曲线图，温度随时间变化的的曲线图负载测试

39、将被测逆向制动器安装在试验台上，在额定逆向制动力矩下进行100次逆向制动，检测是否有不可靠的情况。温升传递效率制动距离温度输出扭矩输入扭矩刹车距离输入输出扭矩的曲线图，温度随时间变化的曲线图寿命测试将被测逆向制动器安装在试验台上，在被测试验台上进行10000次逆向制动，然后检查制动器上是否出现腐蚀，裂纹，和变形。逆向制动次数温度t输入输出转速n输入输出扭矩T刹车距离L2.1.2 逆向制动器综合性能检测试验台检测方法本文逆向制动器试验方式选用有台架试验法。台架试验方式是制动器试验方式应用较广泛的一种。这种方式是通过模拟车辆的制动工况来完成实验的。模拟实际工况：模拟绞车正常使用过程中的各种工况，来

40、搭建检测系统的平台，模拟实际逆向制动器的工作转速，输入扭矩，实际负载等，能够正确的反应出逆向制动器的各项性能指标，对逆向制动器的进一步设计和改进起到重要作用8。根据逆向制动器的工作原理和国内绞车行业标准，本逆向制动器综合性能试验方法10。具体如下：（1）逆向制动器正向传递效率的测定将被测试的逆向制动器安装并加紧，使整个传动系统处于接合状态，由于在被测制动器的输入端和输出端各装有一个扭矩传感器，在测试时使系统在空载情况下跟额定负载的情况下进行测试，被测制动器的传递效率等于输出端的功率与输入端功率的比值，由于系统传动部分是刚性连接，传递效率就等于输入输出扭矩的比值。（2）逆向制动距离的测定启动试验

41、台达并设置到达额定转速，并带动额定负载，由于电机驱动装置与被测逆向制动器之间由电磁离合器连接，并有程序控制接合的时间，记录配重负载每次停止时向下滑动的距离，设置启停的次数。比较制动器第一次制动距离值与经过N次制动以后制动距离的变化。（3）寿命测试将被测逆向制动器安装在试验台上，在检测验台上以额定负载进行10000次启动停止测试，并观察制动距离是否在行业标准规定10mm之内，然后检查制动器上是否出现腐蚀，裂纹和变形。（4）温升测试本文逆向制动器工作在电动绞车中，电动绞车的工作性质属于短时工作制，一般电动绞车的工作时间为1-3分钟，所以本系统对温度检测时间也为3分钟，使逆向制动器在额定工作转速的情

42、况下测试，查看他的温升是否会影响到尼龙绳的工作性能。2.2 逆向制动器综合性能检测试验台的总体方案设计逆向制动器综合性能试验台的检测平台主要由机械系统、电气控制系统及上位机监控系统三大部分组成。本部分主要对检测系统进行理论设计与原理分析。在制动器试验过程中通常要完成对检测系统的驱动、加载、以及运行过程中信号调整、处理、显示等进行各种控制，以保证检测及试验过程的正确进行和数据采集的准确。逆向制动器综合性能试验台的具体构成还将在后面分别加以阐述，一下对检测试验台进行总体方案设计，图2.1为检测试验台的结构框图。图2.1检测系统结构框图2.2.1 逆向制动器综合性能检测试验台的机械结构设计机械系统主

43、要由驱动装置、加载装置、传动装置以及支撑装置组成。 图2.2所示为试验台的机械结构示意图14。简述如下。1.驱动装置逆向制动器的性能综合性能检测需要在不同转速的情况下进行测试，系统选用的电机速度必须可调。本文检测试验台选择的是三相异步交流电机作为传递系统的驱动源。2.加载系统有多种方法可以模拟负载，采用加载的方式不同，对加载装置的设计也但不相同，现在模拟负载的采用的普遍方式是，机械加载、液压加载、磁粉加载等等。不论采用哪一种方式加载，加载装置都要遵循稳定、简单等原则。在本文逆向制动器综合性能检测系统中，采用机械加载的方式进行加载。通过设定不同的配重块，能够较稳定的达到加载目的。3.支撑装置支撑

44、装置主要是由工作台面和支架两部分构成，工作台面是用来安装电机，减速机，传动机构，被测逆向制动器支架，及倒绳装置及传感器等。支架用来搭建系统平台还有一个其他的功能就是用来安装配重行程的导轨，使配重块能在导轨上下自由滑动。4.传动装置被测制动器T=5-15N.m电机电磁离合器绳筒配重减速机扭矩传感器扭矩传感器限位编码器图 2.2检测系统的机械结构示意图2.2.2 逆向制动器综合性能检测系统电气系统设计逆向制动器综合性能检测试验台的测试项目有正向传递效率、逆向制动距离、温升、使用次数等。逆向制动器综合性能检测试验台电气控制原理如图2.3所示。电气控制系统主要包括以下几个单元构成：PLC单元、人机界面

45、单元、变频控制单元、数据采集单元、动作控制单元、以太网通讯单元等。PLC单元由S7-200/226 (24输入，16输出)、完成测试台开关量输入、状态信号输出，实现对检测试验台运行状况控制；人机界面单元KTP178与PLC之间以PPI协议通讯，完成测试参数的设定和检测数据的显示；变频控制单元由西门子公司MM420变频器构成，采用USS协议通过PLC程序完成控制面板对交流电机变频控制，以太网通讯单元由西门子公司专用以太网通讯模块CP243-1构成，主要完成PLC采集到的数据上传到上位机OPC服务器。图 2.3检测系统测控部分原理框图2.2.3 逆向制动器综合性能检测试验台上位机的设计采用OPC技

46、术对测试数据进行采集，由于PLC通过传感器在底层获取数据，这些数据不能直接上传到上位机上供VC+应用调用。所以必须通过西门子公司推出的软件PC Access在中间创建OPC服务器，服务器中有功能强大的通信协议，既可以实现对底层数据的提取，又可以实现对上层C+应用完成数据的上传。这样就可以把PLC上测到的数据量实时的显示在上位机上了。利用OPC技术可以有效地把两种工具结合起来，上位机采用VC开发应用程序作为OPC客户端，程序通过PC Access间接地与下层现场PLC进行通信，完成数据的实时显示，并实现了数据打印，存储和报表。下图2.4为上位机监控系统结构。VC+应用程序VB应用程序定制接口口口

47、口自动化接口OPCserver硬件设备PLC工业以太网图 2.4上位机监控系统结构2.2.4 逆向制动器综合性能检测试验台基本功能根据逆向制动器综合性能检测试验台的实际应用情况和现场操作人员的要求，检测试验台应具备以下功能：能够实现对输入转矩，输出转矩、温度、逆向制动距离、制动次数等数据的采集，并显示到人机界面和监控界面上。对采集到的数据能够实时显示，实现对数据的分析、报表、并上传到上位机数据库并能够实现对历史数据的查询等功能。检测系统具备报警功能，对采集来的制动距离数据加以分析、判断是否达到或超过了警界限，如果达到并超过警界限，立刻给予报警，检测试验台自动停机。并会记录故障发生的时间、检测到

48、的参数数据、相关产品参数设置数据等。自动生成异常数据数据库，以备将来使用。逆向制动器综合性能检测试验台是在模拟实际工况下进行测试的，测量的数据对研究逆向制动器的综合性能和使用寿命具有极其重要的意义。根据现场操作人员对检测试验台提出的要求，整个试验台分为三大功能：1.参数设置功能参数设置功能包括输入逆向制动器参数(如检测产品编号，预订运行次数，采样间隔等)、运行参数等进行手动设置(如输入扭转、输出扭矩、频率、刹车距离、温度等)。2.手动测试功能手动测试功能主要用于逆向制动器的安装，由于不能确定逆向制动器以是否安装可靠，需要手动控制一下来检查，确定安装可靠之后进行自动测量。在对逆向制动器进行温升测

49、试时，由于逆向制动器是属于短时工作制，有时对逆向制动器进行检测试验时需要手动测量。另外在进行自动测量之后，对配重块的位置调整需要手动测量。3.自动测试功能在触摸屏上输入需要检测的次数和测试的编号，把逆向制动器安装在测试台上。加载配重，这一些列的准备工作完成之后，设定电机的供电电源频率，最后按下控制柜上自动测试按钮，系统会对被测工件自动的进行检测。在这期间不需要人为操作，如果发生故障，系统会自动报警，停止测试台工作。如果配重行程超出限位，检测试验台有限位保护功能，系统也会停止测试。自动检测功能和手动检测功能主要由操作面板上各种按钮操作控制，而参数调整功能需要输入数据，并对程序初始化的参数进行修改

50、，采用触摸屏予以实现。检测系统功能框图如图2.5所示。图 2.5检测系统功能框图2.3 传感器选型设计1.传感器选型的基本要求：（1）灵敏度高，输入与输出之间成比例关系，直线性好；（2）漂移、滞后误差小；（3）不因其接入而对被检测的对象受到影响；（4）较强的抗干扰能力，受被测对象之外的其他因素的影响小；（5）重复性好，有互换性；（6）耐腐蚀性好，稳定性高；（7）维修方便和校准简单。2.传感器的选择原则：传感器在功能与结构上差别很大，即便对于同一种类的被测量也可选用不同工作方式的传感器，因此，要根据要求选用最合适的传感器。如何根据具体的测量要求、被测对象以及测量环境合理地选取传感器，是在对被检测

51、量测量时首先需要的问题。当传感器型号确定之后，与之相配套的检测方法和检测设备也就可以确定了。测量结果的好坏，在很大程度上关系于传感器的选用是否合适。要进行一个具体的测量项目，首先要考虑所采用传感器的工作原理，这需要了解多方面的因素之后方能确定。因为，即使是检测同一物理量，也有很多种原理的传感器可以选择，哪种原理的传感器更适合本系统，需要根据被检测量的工作特点和传感器的使用环境考虑以下一些具体问题，量程的范围；传感器体积对被测位置的影响；测量方式选择为接触式还是非接触式；信号的输出电流信号还是电压信号，有线还是非接触测量；传感器的厂家，国外生产还是国内生产进口，价格是否合理。在考虑综上所述问题之后才能确定选用何种型号的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。（1）扭矩传感器本系统采用的是北京天宇恒创科技传感器有限有限公司的型号CYT-302旋转扭矩传感器。该传感器具有以下技术特点，既可以测量静止扭矩，也可以测量动态扭矩，检测精度高、稳定性好、抗干扰能力强，体积小、重量轻、易于表 2.2扭矩传感器参数表指标名称 参数规格 指标名称参数规格量 程030N.M 环境温度-2060供电电源DC24 过载能力150%扭矩信号05V 频率响应100ms安装，即可连续测量正反扭矩，可高转速长时间运行，应变弹性体强度大，可承受150%强度