畢業(yè)論文-汽車起動(dòng)機(jī)綜合性能測試臺(tái)的設(shè)計(jì)

1、汽車起動(dòng)機(jī)綜合性能測試臺(tái)的設(shè)計(jì)摘要本畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了微機(jī)控制的汽車起動(dòng)機(jī)性能自動(dòng)測試臺(tái)的設(shè)計(jì)，分析了起動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)的必要性及對試驗(yàn)條件的要求，并著重講述了其工作原理、結(jié)構(gòu)、測試方法及軟件設(shè)計(jì)。該 用微機(jī)驅(qū)動(dòng)可編程控制器（PLC）和相關(guān)測試裝置，模擬起動(dòng)機(jī)實(shí)際工作環(huán)境，通過模糊PID自整定技術(shù)，通信技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)完成起動(dòng)機(jī)和電磁開關(guān)性能的自動(dòng)測試。測試參數(shù)包括起動(dòng)機(jī)的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等測試 具有自動(dòng)加載、數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、打印報(bào)表、繪制特性曲線、數(shù)據(jù)存檔等多種功能，大大提高了測試精度和工作效率。結(jié)合國際與部標(biāo)的有關(guān)規(guī)定，給出了空載性能試驗(yàn)和制動(dòng)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的理論依據(jù)，并對各種測量結(jié)果及原

2、因進(jìn)行了全面分析，為正確評(píng)價(jià)起動(dòng)機(jī)的技術(shù)狀況及不解體檢驗(yàn)起動(dòng)機(jī)提供了依據(jù)。關(guān)鍵詞：汽車起動(dòng)機(jī)；性能測試；數(shù)據(jù)庫AbstractA set of automobile starter performance testing system based on computer is designed, and the systems principle, configuration, testing techniques and software design are described in detail. This system applies PC to communicating with

3、Programmable Logic Controller (PLC) and corresponding instruments, which simulates starters factual working environment to accomplish the test by use of Fuzzy PID self-tuning regulation, communication and database techniques. A computer testing system of starter performances has been developed, whic

4、h can automatically test the performances, including the measuring of voltage, current, rotation speed, torque and so on .It has the functions of automatically loading, acquisition, data calculation, report printing, drawing of performance curves, and data saving etc. It considerably improves the te

5、sting precision and efficiency. In this paper the necessity and requirements of a test for starters after inspection and repair are briefly presented according to international and national standards. The theoretical principles of data analysis under no-load and brake performance tests are given. Th

6、en the measurement results are comprehensively analyzed, which provides a basis for correctly evaluating the technical conditions of starters and inspecting of starters without dismantling. Key words: Starter; Performance test; Database 目 錄摘 要1Abstract2目錄3第一章 引言51.1 概述51.2 課題來源和意義51.3 現(xiàn)階段國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀61.

7、3.1 國外汽車電子的技術(shù)現(xiàn)狀61.3.2 國內(nèi)汽車電子的技術(shù)現(xiàn)狀71.3.3 現(xiàn)階段汽車起動(dòng)機(jī)性能測試系統(tǒng)的研究狀況81.4 畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容9第二章 汽車起動(dòng)機(jī)工作原理102.1 起動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)102.2 起動(dòng)機(jī)工作過程分析102.3 起動(dòng)機(jī)各參數(shù)的確定102.3.1 輸出力矩112.3.2 轉(zhuǎn)速122.3.3 輸入功率132.3.4 從起動(dòng)機(jī)到發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)比142.3.5 電流、電壓的測量142.4 起動(dòng)機(jī)性能要求確定142.4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)對起動(dòng)機(jī)的性能要求142.4.2 起動(dòng)機(jī)的制動(dòng)性能152.4.3 起動(dòng)機(jī)的最大功率點(diǎn)性能152.4.4 起動(dòng)機(jī)性能要求確定實(shí)例15第三章 性能測試臺(tái)設(shè)起動(dòng)機(jī)計(jì)

8、173.1 測試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)173.1.1 測量部分193.1.2 控制部分193.2 測試項(xiàng)目203.2.1 負(fù)載試驗(yàn)203.2.2 斷電試驗(yàn)213.2.3 空載性能實(shí)驗(yàn)213.2.4 制動(dòng)試驗(yàn)243.2.5 注意事項(xiàng)253.3 系統(tǒng)功能說明263.3.1 IPC工控機(jī)系統(tǒng)單元263.3.2 PLC控制單元263.3.3 操作面板27第四章 軟件設(shè)計(jì)284.1 軟件開發(fā)設(shè)計(jì)思想294.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)304.2.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)功能分析304.2.2 數(shù)據(jù)庫分析304.2.3 數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)334.2.4 數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)344.2.5 記錄集的處理354.3 各模塊程序設(shè)計(jì)354.3.1

9、 登記窗口設(shè)計(jì)354.3.2 系統(tǒng)程序主窗口364.3.3 口令修改窗口的設(shè)計(jì)374.3.4 起動(dòng)機(jī)信息管理模塊的設(shè)計(jì)374.4 軟件編譯中遇到的問題38第五章 結(jié)束語39致 謝40參考文獻(xiàn)41第一章 引言1.1 概述 汽車自問世以來，使人類和社會(huì)發(fā)生了很大的變化，然而，汽車受人類和社會(huì)的影響，也在進(jìn)步、發(fā)展。也就是說，現(xiàn)代汽車的性能，是為滿足用戶要求，不斷進(jìn)行改進(jìn)而日趨完善的。隨著人類生活水平的不斷提高和科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，汽車行業(yè)的產(chǎn)品更新也隨之加快，汽車電子立品的介入進(jìn)一步使人們追求安全、舒適、方便和多功能汽車的夢想成為現(xiàn)實(shí)。汽車電子技術(shù)是一個(gè)技術(shù)復(fù)雜、門類多、知識(shí)密集的高科技領(lǐng)域，涉及

10、電子、機(jī)械、計(jì)算機(jī)等多個(gè)學(xué)科，新一代的電子化汽車是汽車工業(yè)與電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是機(jī)電一體化產(chǎn)品的典型實(shí)例。采用電子技術(shù)，可改變汽車的力學(xué)性能、降低耗油量、減少廢氣，能提高汽車的運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性、行駛安全性、乘坐舒適性，能簡化操作程序、減輕駕駛員的負(fù)擔(dān)，為車務(wù)員提供各種信息。汽車電子化程度的高低已成為衡量汽車現(xiàn)代水平的重要標(biāo)志。與此同時(shí)，汽車電子器件的性能也成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。1.2 課題來源和意義隨著汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車的市場需求量不斷增加，國內(nèi)、國外的生產(chǎn)廠家不斷地推出各種新型的汽車起動(dòng)機(jī)以滿足各種層次的需要。為了適應(yīng)市場的要求，作為汽車電器的關(guān)鍵設(shè)備，起動(dòng)機(jī)和電磁開關(guān)在出廠時(shí)或檢修過程中

11、，對其進(jìn)行性能測試顯得尤為重要。目前國內(nèi)的起動(dòng)機(jī)性能測試系統(tǒng)大多仍延用機(jī)械電器控制，精度低，抗干擾能力差1。因此有必要要開發(fā)一套起動(dòng)機(jī)性能自動(dòng)測試系統(tǒng)，使得整個(gè)系統(tǒng)精度高，抗干擾能力強(qiáng)，人機(jī)界面好，功能完善，適用于起動(dòng)機(jī)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化。1.3 現(xiàn)階段國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀1.3.1 國外汽車電子的技術(shù)現(xiàn)狀在國外，汽車電子技術(shù)的發(fā)展可分為三個(gè)階段：第一階段是從20世紀(jì)60年代中期到70年代末期，這一階段采用的是二極管、離散的晶體管和模擬集成電路；第二階段是從70年代中期到80年代末期，采用數(shù)字集成電路，四位、八位和十六位單片機(jī)微機(jī)處理器；第三階段是從80年代末期一直到現(xiàn)在，這一階段大量使用高性能的功

12、率器件、高性能的傳感器和大容量存儲(chǔ)器。其特點(diǎn)是采用綜合傳動(dòng)系統(tǒng)牽引控制，包括綜合電子制動(dòng)、傳動(dòng)和懸掛、車止診斷、通信與導(dǎo)航、數(shù)字音像等等。2000年全世界的汽車需求量從80年代的4600萬輛，增至6700萬輛左右，市場銷量也從80年代中期的3100萬輛上升至4600萬輛，增值達(dá)48%。到2000年的世界汽車數(shù)將從1985年的3.9億輛增至5.5億輛。目前世界10大汽車生產(chǎn)國：日本、美國、德國、英國、法國、意大利、西班牙、加拿大、俄國、韓國的產(chǎn)量約4000萬輛，幾乎滿足80%的需求，但10國的產(chǎn)量呈現(xiàn)了極度不平衡，日本年產(chǎn)量達(dá)到1200萬輛，為韓國的10倍，經(jīng)過70年代石油危機(jī)的影響，導(dǎo)致需求轉(zhuǎn)

13、向小型節(jié)油汽車，隨著80年代油價(jià)下跌，市場消費(fèi)又轉(zhuǎn)向大型車，68個(gè)氣缸、147KW以上的大型車將在今后一段較長時(shí)間內(nèi)走俏2。美國是汽車電子裝置發(fā)展和應(yīng)用最早的國家，在80年代后期，美國汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制裝置已基本普及，其中怠速控制、空燃比控制及點(diǎn)火正時(shí)控制三項(xiàng)的裝車率已分別達(dá)到42.1%、73.3%和90.1%；在1984年，已經(jīng)在音像、駕駛信息、車輛控制、動(dòng)力及傳遞，安全與操作方便等五個(gè)方面形成一個(gè)復(fù)雜的電控裝置系統(tǒng)。而在近10年，美國花在每輛車上的平均電子裝置費(fèi)用更是由500美元增加到1800美元左右。另外，日本汽車廠商也正在加速推進(jìn)汽車工業(yè)的高科技化，以維持汽車在海外市場的占有率。此外

14、，德國和俄國等汽車生產(chǎn)大國的汽車電子產(chǎn)品也有飛速發(fā)展。由此可知，電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用前景是廣闊和美好的。在國外，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的汽車電子化技術(shù)已是趨成熟，電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用發(fā)展得如此迅速，除了這些國家具有雄厚的電子工業(yè)基礎(chǔ)外，一個(gè)很重要的因素是各國汽車法規(guī)對排放、安全和油耗有越來越嚴(yán)格的要求。隨著我國汽車工業(yè)的高速發(fā)展，對汽車排放安全法規(guī)也將會(huì)越來越嚴(yán)，也必將對我國汽車工業(yè)帶來一次電子化的革新。1.3.2 國內(nèi)汽車電子的技術(shù)現(xiàn)狀根據(jù)一篇題為“中國非娛樂汽車電子市場”的報(bào)告透露，中國的汽車電子市場正在迅速發(fā)展，今后四年，市場銷售將會(huì)增加近30億元。2002年市場銷售總額將會(huì)達(dá)到80億元。這篇

15、報(bào)告還將整個(gè)汽車電子市場分為四類，分別透露了去年的市場銷售情況和2004年的市場預(yù)測情況。傳動(dòng)部分的電子產(chǎn)品市場最大，去年的銷售額為24.5億元，預(yù)計(jì)2004年可達(dá)到33.4億元；防抱死系統(tǒng)和活動(dòng)懸架系統(tǒng)等車輛控制部分的電子產(chǎn)品市場，去年銷售額為11.2億元，2004年將會(huì)增至21億元；駕駛信息部分的電子市場，去年銷售額為9.4億元，2004年將會(huì)升到16.4億元；舒適、方便和安全部分的電子市場，去年銷售額僅為3.7億元，預(yù)計(jì)2004年能達(dá)到9.2億元。目前，汽車電子工業(yè)在我國雖然還不是一個(gè)十分成熟的工業(yè)，但隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，電子技術(shù)在汽車業(yè)上的應(yīng)用勢必將越來越多，與世界先進(jìn)水平的差距也

16、必將越來越小，所以國內(nèi)汽車電子產(chǎn)品的市場是巨大的，發(fā)展前景是十分廣闊的。我國汽車采用電子技術(shù)由于起步不久，因此汽車電子產(chǎn)品的市場和發(fā)展?jié)摿κ呛艽蟮摹?988年，我國各類汽車產(chǎn)量達(dá)到58萬輛這多，目前，我國各類汽車年產(chǎn)量已經(jīng)超過了300萬輛，90年代汽車電子產(chǎn)品的產(chǎn)值達(dá)到5億多元，而且有進(jìn)一步發(fā)展的趨勢。由此可見，汽車電子產(chǎn)品給電子產(chǎn)品提供了一個(gè)碩大的市場。據(jù)西部汽車報(bào)報(bào)道，目前，我國汽車市場呈現(xiàn)六大趨勢：l 汽車生產(chǎn)量與保有量將大幅增加，成為世界重要的汽車市場。l 汽車價(jià)格將有較大幅度下降，長期扭曲的狀況將有所改變。l 社會(huì)購買力將轉(zhuǎn)向轎車、柴油車和輕型車，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)將成為汽車銷售的主

17、要市場。l 隨著人民生活水平的提高，私有汽車市場將迅速發(fā)展。l 汽車運(yùn)輸在運(yùn)輸結(jié)構(gòu)中的比重將加大，貨車與客車需求量將大幅增加。l 人們的消費(fèi)觀念將有所改變，購車不再是奢侈消費(fèi)行為?，F(xiàn)在，我國已經(jīng)加入了“世貿(mào)”，我國的汽車工業(yè)已經(jīng)要面臨“入世”的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，面對競爭日益激烈的國際市場，只有提高汽車產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，才能參與際市場競爭，才能確保我國汽車工業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。而從某種意義上來說，汽車的競爭就是電子技術(shù)的競爭。而我們與國際水平的差距，主要體現(xiàn)在汽車電子產(chǎn)品的應(yīng)用上，因此，“入世”后，我國汽車行業(yè)對電子產(chǎn)品的相關(guān)的電子技術(shù)的需求一定會(huì)進(jìn)一步增加。1.3.3 現(xiàn)階段汽車起動(dòng)機(jī)性能測試系統(tǒng)的研究狀況

18、由以上兩點(diǎn)我們可以看出，由于技術(shù)的發(fā)展和潮流的趨勢，汽車及其電子產(chǎn)品的產(chǎn)量將大大增加，而汽車部件的安全性及穩(wěn)定性將是人們關(guān)注的重點(diǎn)。起動(dòng)機(jī)性能測試系統(tǒng)正是針對汽車起動(dòng)機(jī)性能而設(shè)計(jì)的一個(gè)測試系統(tǒng)。隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，對汽車起動(dòng)機(jī)性能提出了越來越高的要求。然而我國大多數(shù)起動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家，對起動(dòng)機(jī)性能測試還是沿用傳統(tǒng)的目測指針式儀表讀數(shù)的方法，試驗(yàn)時(shí)由1人發(fā)令，56人同時(shí)記錄各項(xiàng)測試參數(shù)，然后匯集數(shù)據(jù)，按規(guī)定的公式計(jì)算，手工繪制特性曲線。這種落后的測試方法，除了儀表本身精度不高的因素外，由于幾個(gè)人分別讀數(shù)，誤差大，無法保證測試精度，效率低。雖然已有廠家開始采用程控?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)，但也只能是自動(dòng)采集數(shù)

19、據(jù)，仍需人工加載、人工換算數(shù)據(jù)和手工繪制特性曲線，不能進(jìn)行自動(dòng)測試，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足科研和實(shí)際生產(chǎn)的需要。在特性曲線的測量方法方面，國內(nèi)主要采用傳統(tǒng)的非連續(xù)測量方法。就是使起動(dòng)機(jī)在若干不連續(xù)（逐漸遞升的）負(fù)載轉(zhuǎn)矩下運(yùn)行并記錄各負(fù)載轉(zhuǎn)矩點(diǎn)的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速值，測試方法比較落后，測量準(zhǔn)確度也不高。先進(jìn)和測試手段和測試設(shè)備，對起動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)的可靠性和準(zhǔn)確性起著重要的作用，已成為起動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家十分關(guān)注的問題。1.4 畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容鑒于國內(nèi)起動(dòng)機(jī)性能測試系統(tǒng)的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)開發(fā)一種基于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和PLC控制的測試系統(tǒng)，此系統(tǒng)可自動(dòng)完成包括起動(dòng)機(jī)空載試驗(yàn)、負(fù)載試驗(yàn)、制動(dòng)試驗(yàn)和斷電試驗(yàn)等關(guān)鍵性能的測試，達(dá)到

20、了綜合測試的目的，可以提高汽車起動(dòng)機(jī)的安全性和實(shí)用性，為高質(zhì)量汽車的起動(dòng)機(jī)提供保證。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的另一主要任務(wù)是在完成起動(dòng)機(jī)性能測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，完面測試結(jié)果數(shù)據(jù)信息管理與查詢模塊的軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。第二章 汽車起動(dòng)機(jī)工作原理2.1 起動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)起動(dòng)機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)部分、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部分、操縱裝置部分組成。起動(dòng)是發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入工作的準(zhǔn)備階段。發(fā)動(dòng)機(jī)借助于起動(dòng)機(jī)使曲軸由靜止?fàn)顟B(tài)加速到能進(jìn)行混合氣燃料，進(jìn)入獨(dú)立工作的狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)的工作過程與正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)基本相同，但起動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)是在冷車或停車狀態(tài)下被起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，起動(dòng)過程中曲軸旋轉(zhuǎn)的阻轉(zhuǎn)矩和瞬時(shí)角速度是變化的，開始起動(dòng)時(shí)阻轉(zhuǎn)矩迅速升至最大值，然后下降，經(jīng)

21、過一段時(shí)間后才會(huì)趨于穩(wěn)定值3。2.2 起動(dòng)機(jī)工作過程分析起動(dòng)機(jī)的機(jī)體包含三部分：電磁開關(guān)、開關(guān)線圈和起動(dòng)機(jī)。在汽車的起動(dòng)過程中，當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)接通時(shí)，蓄電池給開關(guān)線圈通電，線圈周圍形成磁場，并隨著輸出電壓的增大而增強(qiáng)。當(dāng)磁場作用達(dá)到某一程度時(shí)，電磁開關(guān)主觸點(diǎn)吸合，起動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)，并且?guī)?dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)在氣壓狀態(tài)下?lián)u轉(zhuǎn)，汽車開始起動(dòng)。當(dāng)起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到某一范圍時(shí)，起動(dòng)機(jī)完全起動(dòng)，這時(shí)候發(fā)動(dòng)機(jī)脫離起動(dòng)機(jī)繼續(xù)工作，起動(dòng)機(jī)則在繼電器作用下蓄電池自動(dòng)斷電，開關(guān)線圈逐漸掉電，磁場作用隨之降低，當(dāng)降到某一程度時(shí)，電磁開關(guān)主觸點(diǎn)斷開，起動(dòng)機(jī)停止工作4。2.3 起動(dòng)機(jī)各參數(shù)的確定現(xiàn)代汽車全部采用電力起動(dòng)機(jī)，起動(dòng)機(jī)的功能就是迅

22、速、可靠地起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作。所以在選擇發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，必須確定好與之配套的起動(dòng)機(jī)；當(dāng)然還必須選擇好起動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳比及適配的蓄電池的電荷量等。為了使發(fā)動(dòng)機(jī)能迅速、可靠地起動(dòng)，起動(dòng)機(jī)必須具有足夠的起動(dòng)力矩和功率，否則，就有可能起動(dòng)不了發(fā)動(dòng)機(jī)，或出現(xiàn)重復(fù)起動(dòng)的次數(shù)增多、起動(dòng)時(shí)間延長、燒毀起動(dòng)機(jī)、消耗過多的燃料等不利的影響。2.3.1 輸出力矩1) 起動(dòng)機(jī)一般輸出力矩起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪啟動(dòng)時(shí)，它的轉(zhuǎn)速是逐漸增大的，速度增加的快慢程度取決于起動(dòng)機(jī)的輸出力矩和飛輪慣量的大小，其關(guān)系可用下列方程表示。 (2-1)式中M起動(dòng)機(jī)的輸出力矩，N·m； J飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·；w起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)

23、動(dòng)角速度，rad/s；起動(dòng)機(jī)及飛輪摩擦力矩和風(fēng)阻力矩。當(dāng)已知飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J、飛輪的角加速度dw/dts、摩擦力矩和風(fēng)阻力矩M0，就可以計(jì)算出起動(dòng)機(jī)的輸出力矩M；如果在測量時(shí)，同時(shí)測出起動(dòng)機(jī)的工作電流，就可以得到起動(dòng)機(jī)的力矩特性曲性M=f（I）。在實(shí)際測量中，角加速度dw/dts可由相鄰兩點(diǎn)的瞬時(shí)角速度w1、w2之差對這兩點(diǎn)時(shí)間間隔t數(shù)值微分近似地表示。 (2-2)這種方法稱為動(dòng)態(tài)微分法，簡便易行，不需要另行增加什么測功裝置和負(fù)載，只需要與起動(dòng)機(jī)同軸安裝一個(gè)已知轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的飛輪和一臺(tái)轉(zhuǎn)速傳感器，在起動(dòng)機(jī)通電后，轉(zhuǎn)速從零開始上升的幾秒鐘內(nèi)以一定的時(shí)間間隔為步長，逐點(diǎn)測量出各點(diǎn)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，經(jīng)計(jì)算就可

24、以得出起動(dòng)機(jī)的輸出力矩。2）起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的最低驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須克服發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)阻力矩主要取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸的工作容積、缸數(shù)、壓縮比、轉(zhuǎn)速和溫度。各型發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)阻力矩應(yīng)由試驗(yàn)方法決定，也可由經(jīng)驗(yàn)公式估算：在0時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的阻力矩MF=C×V (2-3)式中 V發(fā)動(dòng)機(jī)的工作容積；C系數(shù)，不同的發(fā)動(dòng)機(jī)有不同的系數(shù)。所以，起動(dòng)機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的最小起動(dòng)轉(zhuǎn)矩MQ必須滿足MQMF。2.3.2 轉(zhuǎn)速1)起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的最低工作轉(zhuǎn)速起動(dòng)機(jī)必須具有使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)的最低工作轉(zhuǎn)速，即為起動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，而起動(dòng)機(jī)的額定功率P決定于發(fā)動(dòng)機(jī)的最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速nF(單位：r/min)和起動(dòng)阻力矩MF(單位：

25、N·m)，即 (2-4)發(fā)動(dòng)機(jī)一經(jīng)確定，發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)阻力矩和最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速也就已經(jīng)確定。根據(jù)汽化條件，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在020時(shí)的最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速一般為35r/min40 r/min。為了在更低的溫度下保證發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性及考慮各種損耗，以便在第1次爆震后能使發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，一般取汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速為50r/min70 r/min；柴油發(fā)動(dòng)機(jī)靠壓縮點(diǎn)火，最低的起動(dòng)轉(zhuǎn)速要高一些。因?yàn)檗D(zhuǎn)速低時(shí)，由于壓縮時(shí)間長，散熱、漏氣增加，就會(huì)使壓縮行程終了時(shí)空氣溫度降低，使燃料不易點(diǎn)燃，所以柴油機(jī)的最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速比汽油機(jī)要高，其值隨發(fā)動(dòng)機(jī)形式的不同而不同，一般為100r/min200 r/min5。再根據(jù)選擇

26、好的起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪與發(fā)動(dòng)機(jī)的具體齒環(huán)的最佳傳動(dòng)比i(如奧迪轎車的最佳傳動(dòng)比為15:1)，即可計(jì)算出起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的最低驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速nQ，即 (2-5)式中 ZF飛輪齒環(huán)的齒數(shù)；ZQ起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪的齒數(shù)。則 nQ=ZF×i2)實(shí)驗(yàn)中的平均轉(zhuǎn)速被試起動(dòng)機(jī)及飛輪同軸安裝一臺(tái)光點(diǎn)轉(zhuǎn)速傳感器。當(dāng)被試起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)傳感器內(nèi)的光柵盤一起旋轉(zhuǎn)，將轉(zhuǎn)角位移轉(zhuǎn)換成一系列的電脈沖信號(hào)，由單板機(jī)CTC的計(jì)數(shù)與定時(shí)功能測出轉(zhuǎn)速。在t時(shí)間間隔內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速 (2-6)式中 C轉(zhuǎn)速傳感器的光柵數(shù)；t時(shí)間間隔，s；N記錄的光柵數(shù)。設(shè)ni為瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，則 (2-7)在起動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)速由零逐漸上升，上升的快

27、慢取決于起動(dòng)機(jī)的功率和所選取的飛輪動(dòng)慣量的大小。從上述轉(zhuǎn)速計(jì)算公式可以看出，光柵數(shù)C越大，時(shí)間間隔t越短，測量精度就越高。這里所述的這種裝置采用光柵數(shù)為300的傳感器，步上定為0.1s。2.3.3 輸入功率在確定了起動(dòng)機(jī)的最低驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速和最低驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩以后，起動(dòng)機(jī)起動(dòng)起動(dòng)機(jī)的必須功率也就確定，起動(dòng)機(jī)的功率表達(dá)式為： (2-8)式中 M起動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩；n起動(dòng)機(jī)輸出某一機(jī)械轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速。而起動(dòng)機(jī)的任務(wù)就是起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，所以只要起動(dòng)機(jī)的最大功率能滿足起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)就可以了。起動(dòng)機(jī)是短時(shí)工作制，故可以取起動(dòng)機(jī)的最大功率為額定功率點(diǎn)。那么起動(dòng)機(jī)的額定功率就為 (2-9)2.3.4 從起動(dòng)機(jī)到發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)比起

28、動(dòng)機(jī)輸出端與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸通過單級(jí)齒輪傳動(dòng)聯(lián)接，二者之間的傳動(dòng)比是保證起動(dòng)機(jī)機(jī)械特性與發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)特性合現(xiàn)匹配的重要參數(shù)，因此應(yīng)首先確定從起動(dòng)機(jī)到發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)比。從起動(dòng)機(jī)到發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)比I，影響折算到發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上的起動(dòng)機(jī)機(jī)械特性傾斜角。若傳動(dòng)比增大，則折合轉(zhuǎn)矩增大、折合轉(zhuǎn)速降低，起動(dòng)裝置功率的最大值向發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速低的方向移動(dòng)，對起動(dòng)有利。此外，采用大的傳動(dòng)比可減少起動(dòng)機(jī)的外形尺寸，但傳動(dòng)比的增大受起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪強(qiáng)度和飛輪強(qiáng)度和飛輪圈在發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)布置方面的限制。從起動(dòng)機(jī)到發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)比的選擇原則是使起動(dòng)機(jī)最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)速經(jīng)減速后，應(yīng)略高于發(fā)動(dòng)機(jī)最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速，一般柴油機(jī)為810，汽油機(jī)為1317。2.

29、3.5 電流、電壓的測量根據(jù)起動(dòng)機(jī)特性曲線測量的要求，必須要在測量瞬時(shí)ni、Mi、Pi的同時(shí)，測量出起動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)工作電流Ii及工作電壓Ui。為了測量工作電流Ii，在起動(dòng)機(jī)供電回路中串接一只分流器，分流器的輸出信號(hào)經(jīng)直流放大器放大后，送入A/D轉(zhuǎn)換器，將起動(dòng)機(jī)的輸入電壓經(jīng)分壓、電壓跟隨后，送入A/D轉(zhuǎn)換器的另一通道，當(dāng)每次讀出CTC的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)的同時(shí)，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，測出電流、電壓。2.4 起動(dòng)機(jī)性能要求確定起動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)應(yīng)保證起動(dòng)系統(tǒng)部件特性的協(xié)調(diào)，使電源得到充分利用。2.4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)對起動(dòng)機(jī)的性能要求1）起動(dòng)機(jī)必須提供足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，保證在一定的環(huán)境溫度下均能克服發(fā)動(dòng)機(jī)最大起動(dòng)阻轉(zhuǎn)矩，使

30、曲軸旋轉(zhuǎn)。2）起動(dòng)機(jī)必須具有在最低轉(zhuǎn)速以上時(shí)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的能力，即起動(dòng)機(jī)必須具有足夠的功率，使其克服發(fā)動(dòng)機(jī)平均阻轉(zhuǎn)矩時(shí)具有足夠的轉(zhuǎn)速，以順利起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。2.4.2 起動(dòng)機(jī)的制動(dòng)性能起動(dòng)機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst（單位N·m）應(yīng)滿足下式。 (2-10)式中 s起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪傳動(dòng)效率，一般s=0.850.9在制動(dòng)狀態(tài)下，運(yùn)動(dòng)機(jī)件加速度為0，因此最大起動(dòng)阻轉(zhuǎn)矩中的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)件慣性阻轉(zhuǎn)矩TI=0。2.4.3 起動(dòng)機(jī)的最大功率點(diǎn)性能起動(dòng)機(jī)最大功率點(diǎn)對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩Tpmax（單位N·m）應(yīng)滿足以下關(guān)系式。 (2-11)起動(dòng)機(jī)最大功率點(diǎn)對應(yīng)的轉(zhuǎn)速npmax（單位r/min）應(yīng)滿足以下關(guān)系式。npmax

31、nminis (2-12)起動(dòng)機(jī)最大輸出功率Pn（單位：kw）可按下式確定。 (2-13) 2.4.4 起動(dòng)機(jī)性能要求確定實(shí)例下面以奧迪牌100型轎車永磁起動(dòng)機(jī)為例，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)參數(shù)確定的起動(dòng)機(jī)性能要求和奧迪牌100型轎車永磁起動(dòng)機(jī)的實(shí)測性能對比如表2.1所示。表2.1 本文確定的性能要求和電動(dòng)的實(shí)測性能對比項(xiàng)目Tu/(N·m)Tpmax/(N·m)Npmax/(r·min-1)PN/kw實(shí)測要求19.68.015001.246性能要求16.67.3213501.035表2.2 奧迪牌100型轎車永磁起動(dòng)機(jī)的性能要求項(xiàng)目空載最大功率點(diǎn)制動(dòng)電流/A75650轉(zhuǎn)矩/

32、(N·m)7.516轉(zhuǎn)速/(r·min-1)30001500確定汽車發(fā)動(dòng)機(jī)對起動(dòng)機(jī)的性能要求是起動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的依據(jù)。通過理論分析，以上所述的汽車起動(dòng)機(jī)性能要求確定方法是比較系統(tǒng)、準(zhǔn)確的，可為汽車起動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和起動(dòng)機(jī)性能測試方法提供一定的理論依據(jù)。第三章 性能測試臺(tái)設(shè)起動(dòng)機(jī)計(jì)起動(dòng)機(jī)通過的電流大，工作短時(shí)，對測試系統(tǒng)要求嚴(yán)格。根據(jù)使用廠家提出的技術(shù)要求，測試系統(tǒng)必須達(dá)到下列指標(biāo)：檢測精度：電壓為±0.5%；電流為±0.5%；轉(zhuǎn)速為±2%；力矩為±0.5(N·m)。起動(dòng)機(jī)加載，電壓1s內(nèi)穩(wěn)定，穩(wěn)定精度為±0.5%；電流2s內(nèi)

33、穩(wěn)定，穩(wěn)定精度為±1%。本起動(dòng)機(jī)性能測試系統(tǒng)要求對起動(dòng)機(jī)的空載、負(fù)載及制動(dòng)三方面的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩值進(jìn)行測量。那么由起動(dòng)機(jī)測試要求可知，其試驗(yàn)有其一定的時(shí)序和項(xiàng)目選擇。因此，在起動(dòng)機(jī)性能測試系統(tǒng)的硬件配置的選擇上要嚴(yán)格和靈活。下面就先來介紹本測試平臺(tái)的硬件結(jié)構(gòu)。3.1 測試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，系統(tǒng)采用微機(jī)控制，構(gòu)成包括機(jī)械部分、氣動(dòng)裝置、測量系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和大功率直流電源等。微機(jī)選用研華工控機(jī)IPC-6806，配用功能采集卡PLC-812PG和相應(yīng)的端子板PLCD-782及PLCD-880，完成數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的輸入/輸出。其中由PC機(jī)、A/D、D/A功能模塊、外部傳

34、感器、顯示器和打印機(jī)組成的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，主要完成數(shù)據(jù)的設(shè)置、采集、校對、處理和分析，并根據(jù)需要，對測試結(jié)果進(jìn)行記錄、查尋、統(tǒng)計(jì)和打印。由于PLC具有豐富的輸入/輸出接口和較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力6，采用模塊化結(jié)構(gòu)，用于儲(chǔ)存程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)數(shù)與計(jì)算操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC和數(shù)字量輸入/輸出等測試儀表完成外圍設(shè)備開關(guān)信號(hào)和狀態(tài)的設(shè)置與讀取，以實(shí)現(xiàn)所需狀態(tài)和環(huán)境。各參數(shù)變送器、磁粉制動(dòng)器、自動(dòng)設(shè)計(jì)的控制器等部分組成本性能測試系統(tǒng)?？紤]系統(tǒng)檢測精度的要求，傳感器選用高精度的儀器，其中電壓傳感器精度為0.2級(jí)，電流為0.

35、5級(jí)，力矩為0.2 N·m。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。起動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行。試驗(yàn)臺(tái)架是由安裝起動(dòng)機(jī)的夾具系統(tǒng)、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)和加載系統(tǒng)等部分構(gòu)成。系統(tǒng)的檢測原理是微機(jī)通過控制電路，用改變磁粉制動(dòng)器的激磁電流的方式改變負(fù)載轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加載，把各負(fù)載轉(zhuǎn)矩點(diǎn)的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的模擬量，通過相應(yīng)的變送器轉(zhuǎn)換成05V的模擬直流電壓信號(hào)，送至模入板，然后由微機(jī)進(jìn)行自動(dòng)采樣和數(shù)據(jù)處理。鍵盤激磁電源工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 多功能數(shù)據(jù)采集卡 開關(guān)量輸入(自動(dòng)、手動(dòng)、夾緊操作、松開操作、夾緊到位等) PLC開關(guān)量輸出(狀態(tài)指示、狀態(tài)輸出等)開關(guān)量輸入(按鈕、狀態(tài)信號(hào)等)D/A制動(dòng)器大功率電源D

36、I起動(dòng)機(jī)電壓、電流、轉(zhuǎn)速、力矩傳感器及變送器單元顯示器打印機(jī)A/D圖3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖由于測試系統(tǒng)不可能使用真正的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，也不可能重現(xiàn)起動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程，因此只能模擬起動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作環(huán)境，簡化實(shí)際工作過程以方便測試。為了真實(shí)反映實(shí)際工作情況，可以利用直流電源的磁粉制動(dòng)器分別代替電瓶的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，作為起動(dòng)機(jī)工作電源的起動(dòng)機(jī)的負(fù)載，拖動(dòng)起動(dòng)機(jī)工作。起動(dòng)機(jī)的測試原理如圖3.2所示。圖3.2 測試原理圖3.1.1 測量部分1)直流電壓變送器。對電壓、電流測量儀器的選擇，主要考慮與微機(jī)接口具備隔離、匹配的需要。起動(dòng)機(jī)端電壓的測量采用FZ12型直流電壓變送器，精度0.2級(jí)，可將015V的直流電壓

37、變換成05V的標(biāo)準(zhǔn)模擬電壓輸出，送入模入板的1通道，其輸入與輸出電隔離，可確保微機(jī)的安全。2)直流電流變送器。起動(dòng)機(jī)大電流的測量，采用FS18型直流電流變送器，精度0.5級(jí)，外配0.2級(jí)量限為750A的FL-27型固定式定值分流器，可將0750A的直流電流變換為05V的標(biāo)準(zhǔn)模擬電壓輸出，送至模入板的通道。輸入與輸出電隔離。3)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量。轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量采用JCIA型傳感器和與其配套使用的JSGS-1型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀，系統(tǒng)精度優(yōu)于±1%。轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速信號(hào)由傳感器送入測量儀，由該測量儀的轉(zhuǎn)速模擬輸出和轉(zhuǎn)矩模擬輸出電壓分別送入模入板的兩個(gè)通道，大大提高了儀器的反應(yīng)速度，適應(yīng)被測參數(shù)的快速

38、變化，滿足測試要求。3.1.2 控制部分由于PLC體積小，可靠性高，且整機(jī)抗干擾能力強(qiáng)，利用其內(nèi)部的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器、移位寄存器，可方便地使試驗(yàn)檢測過程自動(dòng)化，從而減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。1)加載控制電路。起動(dòng)機(jī)試驗(yàn)采用CZ型磁粉制動(dòng)器作加載器，用可調(diào)穩(wěn)流器作為制動(dòng)器的激磁電源。磁粉制動(dòng)器是根據(jù)電磁原理和使用磁粉傳遞力矩而制造的新型制動(dòng)器件。其工作原理是在定子與轉(zhuǎn)子間隙中填入磁粉，當(dāng)激磁線圈接通直流電流時(shí)產(chǎn)生磁通，磁粉立即沿磁通連接成鏈狀，這時(shí)磁粉間的結(jié)合力和磁粉與工作面間的摩擦力產(chǎn)生制動(dòng)力矩，該力矩與激磁電流基本成正比，因此改變激電流就可獲得被測起動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩負(fù)載。自動(dòng)加載系統(tǒng)由控制電

39、路、可調(diào)穩(wěn)流器、磁粉制動(dòng)器組成?？刂齐娐返妮斎攵私幽３鲭妷和ǖ?，輸出接穩(wěn)流電源。為防止模出通道剛接通電源時(shí)所產(chǎn)生的+10V電壓輸出對磁粉制動(dòng)器的影響，本控制電路調(diào)試到當(dāng)輸出電壓大于+9.5V時(shí)使輸出電壓小于0.2V，這種對磁粉制動(dòng)器將不會(huì)產(chǎn)生任何影響。通過運(yùn)行程序，根據(jù)試驗(yàn)要求逐漸改變輸出電壓，即可控制穩(wěn)流器輸出激磁電流的大小，實(shí)現(xiàn)逐級(jí)加載控制。2)報(bào)警電路。為完善控制系統(tǒng)的功能，增設(shè)了聲光報(bào)警電路。由于PLC的DO模出通道數(shù)有限，報(bào)警信號(hào)通過微機(jī)的輸出口輸出，經(jīng)功率放大、光電耦合、驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)顯示燈及揚(yáng)聲器。3.2 測試項(xiàng)目為了檢測出廠起動(dòng)機(jī)的電磁開關(guān)性能，測試系統(tǒng)應(yīng)提供斷電測試；為了檢測電

40、機(jī)性能，則須提供負(fù)載、制動(dòng)和空載方面的測試。3.2.1 負(fù)載試驗(yàn)負(fù)載試驗(yàn)是在保證起動(dòng)機(jī)電壓 、電流穩(wěn)定在所要求范圍時(shí)，檢測起動(dòng)機(jī)的輸出力矩和轉(zhuǎn)速是否滿足規(guī)定條件。負(fù)載實(shí)驗(yàn)分低速和高速兩點(diǎn)來進(jìn)行測試工。這是通過起動(dòng)機(jī)在不同的額定電壓的額定力矩下的轉(zhuǎn)速來劃分的。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢；轉(zhuǎn)速越高，反向電動(dòng)勢越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率(或速度)的增大而減小，從而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降，反之，電機(jī)轉(zhuǎn)速小力矩增大。不同的電機(jī)有不同的負(fù)載試驗(yàn)測試條件，根據(jù)不同的測試條件進(jìn)行相應(yīng)的測試。如對于S114-842電機(jī)，電機(jī)輸入電壓U=(8.4±0.1)V，輸入電流

41、I=(250±2)A，檢測電機(jī)輸出力矩T和轉(zhuǎn)速N，當(dāng)力矩7.25 N·m，轉(zhuǎn)速1200rpm時(shí)為合格品，否則為不合格品(以上參數(shù)均可以參數(shù)設(shè)置模塊中設(shè)置)。起動(dòng)機(jī)電壓由大功率直流穩(wěn)壓電源提供，計(jì)算機(jī)先送出一個(gè)電壓基準(zhǔn)值U1(一般為參數(shù)設(shè)定值的80%90%)給大功率直流穩(wěn)壓電源，同時(shí)送出電流基準(zhǔn)值(一般為參數(shù)設(shè)定值的80%90%)給繳磁電源7。電機(jī)起動(dòng)后，電機(jī)流過一定的電流，待電機(jī)電壓逐漸上升穩(wěn)定到電壓設(shè)定值時(shí)，通過調(diào)整負(fù)載使電流快速到達(dá)電流設(shè)定值，此時(shí)檢測電機(jī)負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)速，判斷電機(jī)是否合格。電壓、電流調(diào)節(jié)原理如圖3.3和圖3.4所示。圖3.3 電壓調(diào)節(jié)過程功能框圖圖3.4

42、 電流調(diào)節(jié)過程功能框圖3.2.2 斷電試驗(yàn)這項(xiàng)試驗(yàn)主要檢測電機(jī)電磁開關(guān)的通斷性能。在電磁開關(guān)吸合、起動(dòng)機(jī)電壓與電流達(dá)到負(fù)載試驗(yàn)要求的情況下，立即切斷電機(jī)電磁開關(guān)上的線圈電壓，檢測電磁開關(guān)是否能馬上斷開，以判斷電機(jī)是否合格。斷電測試是在電磁開關(guān)已經(jīng)吸合的情況下，直接斷開開關(guān)電源，檢測開關(guān)觸點(diǎn)是否能迅速斷開。3.2.3 空載性能實(shí)驗(yàn)1）試驗(yàn)方法及測量容量按實(shí)際安裝方式將起動(dòng)機(jī)固定在專用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，按圖3.5連結(jié)實(shí)驗(yàn)線路。接通電路，待起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，測量起動(dòng)機(jī)的空載電壓、電流和轉(zhuǎn)速。圖3.5 起動(dòng)機(jī)性能測試接線圖 圖3.6 起動(dòng)機(jī)性能測試等效電路2）理論分析依據(jù)為了便于分析，作如下處理和假設(shè)：忽略電

43、壓表的電流分量；雖然電樞電流與保位圈電流之和等于電路總電流，但由于電樞電流比保位圈電流大得多（空載時(shí)前者為后者的48倍，制動(dòng)時(shí)則達(dá)幾十倍），因此假設(shè)電路總電流全部為電樞電流，這樣既便于分析又不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性；實(shí)驗(yàn)電源為大功率直流電源。根據(jù)上述處理和假設(shè)繪出起動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)和等效電路，如圖3.6所示。起動(dòng)機(jī)穩(wěn)定動(dòng)轉(zhuǎn)時(shí)，有如下平衡公式：E=U+Ir (3-1)E=cøn+I(r+R) (3-2)Mf =cøI (3-3)U起動(dòng)機(jī)兩端電壓；式中 E蓄電池電動(dòng)勢；I電樞電流；r 起動(dòng)機(jī)以外的電阻；R起動(dòng)機(jī)內(nèi)電阻；C電機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)；ø通過點(diǎn)數(shù)繞組的平均磁通量；n起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

44、；Mf起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的阻力距。起動(dòng)機(jī)空載性能試驗(yàn)時(shí)轉(zhuǎn)速很高，激磁電流大小近似成正比。設(shè)比例常數(shù)為c1，再串激電流與電樞電流相等，則下式成立：ø=c1I (3-4)將(3-4)式代入(3-3)式并整理得 (3-5)將(3-5)式分別代入(3-1)、(3-2)式并整理，得（） (3-6) (3-7)在起動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)一定時(shí)，電機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)c主要由電樞繞組的有效匝數(shù)決定，電樞繞組如果發(fā)生短路、斷路或搭鐵故障將使c值減??；比例常數(shù)c1主要由激磁繞組的有效匝數(shù)決定，激磁繞組如果發(fā)生故障將使c1值減小；起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的阻力矩Mf主要由電刷對換向器的壓力及軸承松緊程度（電樞軸與軸承的配合間隙）決定，電刷的壓力

45、越大，Mf越大，軸承越緊，Mf值也越大；起動(dòng)機(jī)內(nèi)電阻R主要由電樞繞組電阻、激磁繞組電阻、電刷與換向器接觸電阻及主接柱與接觸盤的接觸電阻來決定。蓄電池的電動(dòng)勢E主要由蓄電池的充電情況決定。充足電時(shí)E值最高，隨著蓄電池的放電，E值不斷下降。起動(dòng)機(jī)以外的電阻r主要由蓄電池內(nèi)電阻和電流表電阻及連接導(dǎo)線電阻來決定，蓄電池額定容量越上，虧電越嚴(yán)重，則蓄電池內(nèi)電阻越大。由(3-5) 、(3-6)、 (3-7)式可以看出：Mf、cc1、E、r、R中不同的參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，測量數(shù)據(jù)I、n、U也相應(yīng)地發(fā)生不同的變化。根據(jù)測量數(shù)據(jù)與相應(yīng)技術(shù)條件的差異，通過(3-5) 、(3-6)、 (3-7)式就能分析出相應(yīng)參數(shù)的變

46、化，從而判明故障所在。3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析空載性能測試主要用來檢查起動(dòng)機(jī)裝配的送進(jìn)程度，定性反映起動(dòng)機(jī)電氣故障，并通過觀察換向器表面火花的強(qiáng)弱判斷換向器表面的圓整程度和情節(jié)情況等。設(shè)空載性能實(shí)驗(yàn)技術(shù)條件為：轉(zhuǎn)速不低于n。，電流不大于I。，端電壓不低于Uo。3.2.4 制動(dòng)試驗(yàn)制動(dòng)試驗(yàn)是在起動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)情況下，判斷起動(dòng)機(jī)是否“卡死”而不被燒壞。輸給起動(dòng)機(jī)制動(dòng)試驗(yàn)規(guī)定的電壓值時(shí)，檢測起動(dòng)機(jī)的輸出力矩和輸出電流是否滿足規(guī)定條件。不同的電機(jī)有不同的制動(dòng)試驗(yàn)條件，對于S114-842電機(jī)，電機(jī)輸入電壓U=（3±0.1）V時(shí)，檢測電機(jī)電流和轉(zhuǎn)矩。電流I660A，輸出力矩M17.1N·m時(shí)，電機(jī)

47、為合格品，否則為不合格（以上參數(shù)均可在參數(shù)設(shè)置模塊中設(shè)置）。測試過程是計(jì)算機(jī)首先送出電壓基準(zhǔn)值U2（一般為參數(shù)設(shè)定值的80%90%）給電機(jī)。當(dāng)檢測到電磁開關(guān)吸合后，立即送最大負(fù)載給激磁電源，激磁電源把信號(hào)轉(zhuǎn)換為024V的直流電壓給磁粉制動(dòng)器，使電機(jī)堵轉(zhuǎn)。測試時(shí)，為了安全起見，先送出滿制動(dòng)力矩，然后判斷起動(dòng)機(jī)在額定電壓下電流和力矩是否滿足要求。1）試驗(yàn)方法及測量內(nèi)容按實(shí)際安裝方式將起動(dòng)機(jī)安裝在專用試驗(yàn)臺(tái)上，用專用夾具將起動(dòng)機(jī)小齒輪夾緊。按圖3.5連接試驗(yàn)線路；接通電路，迅速讀取制動(dòng)電壓、電流和轉(zhuǎn)矩。2）理論分析依據(jù)為了便于分析，對試驗(yàn)電路所做的處理和假設(shè)通空載性能一樣，等效電路如圖3.6所示。制

48、動(dòng)試驗(yàn)過程中，起動(dòng)機(jī)電樞不能轉(zhuǎn)動(dòng)，無反電動(dòng)勢產(chǎn)生，有下列平衡方程：E=IR+Ir （3-8）U=IR （3-9）M= cøI （3-10）式中 M制動(dòng)轉(zhuǎn)矩整理(3-8) 、(3-9)、 (3-10)式得(3-11) 、(3-12)、 (3-13)式： (3-11) (3-12) (3-13)因?yàn)檫M(jìn)行起動(dòng)機(jī)制動(dòng)性能試驗(yàn)時(shí)，激磁電流很大，磁場進(jìn)入飽和狀態(tài)，這時(shí)磁極磁通量的大小不再隨激磁電流增大而增大，這樣通過電樞的平均磁通量ø就主要由電樞與磁極的間隙來決定。電樞與磁極的間隙越小，ø值越大；電樞與各個(gè)磁極間的間隙越均勻，ø值越大。由(3-11) 、(3-12)

49、、 (3-13)式可以看出：E、R、r、c、ø中不同的參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，測量數(shù)據(jù)I、U、M也相應(yīng)地發(fā)生不同的變化。根據(jù)測量數(shù)據(jù)與相應(yīng)技術(shù)條件的差異，通過(3-11) 、(3-12)、 (3-13)式就能分析出相應(yīng)參數(shù)的變化，從而判明故障原因。3）試驗(yàn)結(jié)果分析起動(dòng)機(jī)制動(dòng)性能試驗(yàn)，一方面檢查單向離合器是否打滑，另一方面主要是檢查起動(dòng)機(jī)內(nèi)部有無機(jī)械或電氣故障。如果試驗(yàn)時(shí)小齒輪不轉(zhuǎn)而電樞軸旋轉(zhuǎn)則表明單向離合器打滑。在單向離合器正常的情況下，設(shè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)反別為：制動(dòng)轉(zhuǎn)矩M、電流I及電壓U，相應(yīng)技術(shù)條件為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩量小值M0、電流最大值I0及電壓最小值U0。3.2.5 注意事項(xiàng)1）連接試驗(yàn)線路時(shí)，電壓

50、表一定要接在起動(dòng)機(jī)的兩端，這樣電壓表計(jì)數(shù)與電流表計(jì)數(shù)之比才能比較準(zhǔn)確地反映起動(dòng)機(jī)內(nèi)電阻的大小；如果需要進(jìn)一步辨明蓄電池內(nèi)電阻和導(dǎo)線連接部分電阻的大小，可以在蓄電池兩端接一個(gè)電壓表來測量蓄電池的端電壓。蓄電池電壓與動(dòng)動(dòng)機(jī)端電壓的差值即為導(dǎo)線連接部分電阻的電壓降。2）做起動(dòng)機(jī)空載性能試驗(yàn)時(shí)，如果用手持式轉(zhuǎn)速表來測量起動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速表觸頭對軸端的壓力要適當(dāng)。壓力過大將增大起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測量前后電流表計(jì)數(shù)無明顯變化即可。3）起動(dòng)機(jī)制動(dòng)性能試驗(yàn)時(shí)，如果制動(dòng)電流比規(guī)定值低得多，通過3樞繞組的平均磁通量就不能再近似為常數(shù)3，而是隨著激磁電流的減小而減小。因此試驗(yàn)時(shí)應(yīng)盡可能保證蓄電池容量足夠、充足電，線路連接正

51、常，使制動(dòng)電流盡可能高，以保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。3.3 系統(tǒng)功能說明3.3.1 IPC工控機(jī)系統(tǒng)單元本單元完成以下功能：1）運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視屏幕顯示。計(jì)算機(jī)顯示器提示運(yùn)行狀態(tài)，如有故障則報(bào)警提示。2）人機(jī)操作界面。由計(jì)算機(jī)鍵盤和鼠標(biāo)控制測控過程，進(jìn)行和退出操作，以及人為斷開停止測試過程。3）數(shù)據(jù)采集功能。由計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速在空載、負(fù)載、制動(dòng)及綜合測試過程的數(shù)據(jù)。4）控制功能。由計(jì)算機(jī)控制PLC控制器的操作，并接收PLC控制器的反饋信號(hào)。5）數(shù)據(jù)處理功能。由計(jì)算機(jī)將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分類，提供在線打印測試結(jié)果以及后臺(tái)管理數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表打印等功能。3.3.2 PLC控制單元

52、本單元完成以下功能：1) 接收IPC工控機(jī)控制信號(hào)，并反饋信號(hào)給IPC，完成對答信號(hào)處理。2) 控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，操作電磁閥、磁粉制動(dòng)器等動(dòng)作。3) 提供操作方式選擇，包括手動(dòng)、單步、半自動(dòng)、全自動(dòng)等四種方式。4) 提供聲光報(bào)警，提示操作人員在不同的操作動(dòng)作中應(yīng)注意的情況，以及機(jī)械故障報(bào)警處理。3.3.3 操作面板操作面板設(shè)置于操作臺(tái)上。完成功能如下：1） 電源開關(guān)及急停保護(hù)。2） 操作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)，完成手動(dòng)、單步、半自動(dòng)、全自動(dòng)功能轉(zhuǎn)換。3） 報(bào)警燈及報(bào)警器，完成聲光報(bào)警。4） 其他各種操作按鈕。第四章 軟件設(shè)計(jì)Visual C+具有功能強(qiáng)大、應(yīng)用靈活以及實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)，利用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)

53、計(jì)方法實(shí)現(xiàn)的測試系統(tǒng)軟件具有可擴(kuò)充性和開放性。本性能測試系統(tǒng)軟件采用結(jié)構(gòu)化和模塊化的設(shè)計(jì)方法，主要包括：1）主程序模塊提供歡迎屏及主函數(shù)。2）庫程序模板提供窗口操作函數(shù)。3）參數(shù)設(shè)置模塊設(shè)置初始值，提供軟件調(diào)零、上下值限制、操作方式功能。4） 能測試模塊包括負(fù)載性能測試、制動(dòng)性能測試和斷電性能測試等。5） PLC控制模塊提供與PLC控制器的通訊，約定通訊編碼信號(hào)。6） 數(shù)據(jù)操作功能模塊完成數(shù)據(jù)庫形成、存儲(chǔ)以及查詢功能，提供輸出報(bào)表。7） 打印模塊完成微型打印機(jī)的在線打印功能，包括測試時(shí)間、產(chǎn)品編號(hào)等原始數(shù)據(jù)。模塊間的數(shù)據(jù)關(guān)系如圖4.1所示。對一被測試的起動(dòng)機(jī)需要在測試前在參數(shù)設(shè)置模塊中輸入它的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)，以便選擇測試順序及判斷測試結(jié)果。另外還可以根據(jù)需要改變測試參數(shù)，如：產(chǎn)品起始編號(hào)、遇到不合格項(xiàng)是否繼續(xù)等。在測試模塊中，將根據(jù)所定的參數(shù)，調(diào)用數(shù)據(jù)采集單元和校對數(shù)據(jù)，自動(dòng)完成測試過程，并對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)查詢模塊將根據(jù)產(chǎn)品編號(hào)、出產(chǎn)日期等方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。待測參數(shù)有力矩、轉(zhuǎn)速、電流值、電壓值、功率和效率。其中功率