機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)及飛輪調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)9 機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)及飛輪調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)一般情況下，機(jī)械在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中將會(huì)出現(xiàn)速度波動(dòng)，而這種速度波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致在運(yùn)動(dòng)副中產(chǎn)生附加動(dòng)壓力，并引起機(jī)械的振動(dòng)，從而降低機(jī)械的壽命、效率和工作質(zhì)量，這就需要對(duì)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的波動(dòng)及其調(diào)節(jié)的方法加以研究，以便設(shè)法將機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)的程度的波動(dòng)限制在許可的范圍之內(nèi)。本實(shí)驗(yàn)就是測(cè)試機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)組起動(dòng)和停車(chē)過(guò)程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，觀(guān)察機(jī)組速度周期性波動(dòng)現(xiàn)象，理解如何利用飛輪進(jìn)行調(diào)速的原理。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.熟悉機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)工作阻力的測(cè)量方法； 2.理解機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)速度出現(xiàn)周期波動(dòng)的原因； 3.理解飛輪的調(diào)速原理； 4.了解機(jī)組起動(dòng)和停車(chē)過(guò)程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；5.如本課程有飛輪設(shè)計(jì)作業(yè)，實(shí)

2、驗(yàn)所得的壓強(qiáng)轉(zhuǎn)角（）曲線(xiàn)可作為設(shè)計(jì)所必須的原始數(shù)據(jù)。二、設(shè)備與儀器四色繪圖儀CRT顯示器磁帶記錄儀MEC-b機(jī)械動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試儀放大器壓力傳感器同步脈沖發(fā)生器機(jī)組空壓機(jī)電機(jī)圖9-1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖如圖9-1所示，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由下列設(shè)備組成：1.小型空氣壓縮機(jī)組(DS-1型動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)臺(tái));2.MECB機(jī)械動(dòng)態(tài)測(cè)試儀；3.PP40四色繪圖儀4.磁帶記錄儀；（普通家用錄音機(jī)）5.同步脈沖發(fā)生器;6.壓力傳感器(已安裝在空壓機(jī)中); 7.壓力傳感放大器;三、原理與方法1 空壓機(jī)機(jī)組（DSI型動(dòng)力試驗(yàn)臺(tái)）；如圖9-2所示，空壓機(jī)組由空壓機(jī)1、飛輪4及傳動(dòng)軸、機(jī)座組成。壓力傳感器安裝在空壓機(jī)機(jī)身內(nèi)，11為其輸出

3、線(xiàn)。脈沖發(fā)生器的分度盤(pán)7（光柵盤(pán)）固裝在空壓機(jī)的電機(jī)軸上，8為發(fā)生器探頭的輸出線(xiàn)。在開(kāi)機(jī)時(shí)，改變壓縮空氣開(kāi)關(guān)3的角度，即可改貯氣罐上2中的空氣壓強(qiáng)，因而也就改變了機(jī)組的負(fù)載，壓強(qiáng)值可由附于貯氣罐上的的壓力表9上直接讀出。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，可從傳動(dòng)軸上隨時(shí)把飛輪5拆下或裝上，拆下時(shí)注意保存平鍵5，裝上時(shí)應(yīng)放入平鍵，并擰緊端面螺母6。10為空壓機(jī)電機(jī)的開(kāi)關(guān)。2 壓力傳感器和放大器本試驗(yàn)臺(tái)所采用的壓力傳感器是美國(guó)產(chǎn)的MPX系列壓阻型壓力傳感器，如圖9-3所示，其敏感元件為導(dǎo)體力敏器件（膜片），其壓敏部分采用一個(gè)X型電阻四端網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，替代由四個(gè)電阻組成的電橋結(jié)構(gòu)。在氣壓作用下，膜片產(chǎn)生變形，從而改變了電阻

4、值，輸出與壓強(qiáng)對(duì)應(yīng)的電訊號(hào)。傳感器輸出的訊號(hào)過(guò)于微弱，為了與測(cè)試儀匹配，設(shè)置了放大器，放大器的結(jié)構(gòu)如圖9-4所示。在放大器背面設(shè)置調(diào)零和放大倍數(shù)的旋鈕，本公司供貨時(shí)，此鈕已調(diào)好，一般不需重調(diào)。10987111324651空壓機(jī) 2.貯氣罐 3.壓縮空氣開(kāi)關(guān) 4.飛輪 5.平鍵 6.螺母 7.分度盤(pán)8.脈沖發(fā)生器輸出線(xiàn) 9.壓力表 10.動(dòng)力開(kāi)關(guān) 11.壓力傳桿器輸出線(xiàn)圖9-2 空壓機(jī)組簡(jiǎn)圖圖9-3 壓力傳感器351241.電源線(xiàn)（22V）；2指示燈； 3放大器電源開(kāi)關(guān)4輸出插孔 5輸入插孔 圖9-4 壓力傳感器放大器153 MECB機(jī)械動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試儀1110121314654321879圖9-

5、5 測(cè)試儀正面結(jié)構(gòu)1. 電源開(kāi)關(guān)；2.四路模擬通道入路口（通道號(hào)04）；3.四路數(shù)字通道入口（58）；4.轉(zhuǎn)角閃同步傳感器輸入口（通道9）； 5.外觸發(fā)信號(hào)輸入插口J； 6.同步觸發(fā)信號(hào)輸入插口J；7.鍵盤(pán)； 8.磁帶信息調(diào)入主機(jī)插口J ；9.主機(jī)信息儲(chǔ)存磁帶插口J； 10.六位LED數(shù)碼管上顯示器；11.亮度調(diào)節(jié)； 12.對(duì)比調(diào)節(jié)； 13.幀頻調(diào)節(jié)； 14.行頻調(diào)節(jié)； 15. 5CRT顯示器 7654321圖9-6 測(cè)試儀背面結(jié)構(gòu)1.冷卻風(fēng)扇 2.電源插座 3.保險(xiǎn)插座 4.CRT電源開(kāi)關(guān)5.冷卻風(fēng)扇開(kāi)關(guān) 6.外接CRT插口 7.PP40打印機(jī)接測(cè)試儀的正面結(jié)構(gòu)如圖9-5所示，背面結(jié)構(gòu)如圖9

6、-6所示，該儀器有內(nèi)觸發(fā)和外觸發(fā)兩種采用功能（詳見(jiàn)MECB測(cè)試儀操作說(shuō)明書(shū)）本實(shí)驗(yàn)機(jī)組回轉(zhuǎn)不均率測(cè)定及活塞壓強(qiáng)曲線(xiàn)的測(cè)定均采用外觸發(fā)形式，在測(cè)定回轉(zhuǎn)不均率時(shí)，通過(guò)脈沖發(fā)生器將空VCC壓機(jī)主軸（電機(jī)軸）的角位（、.）信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的觸發(fā)脈沖，并通過(guò)電子開(kāi)關(guān)切換發(fā)出采觸發(fā)信號(hào)，經(jīng)過(guò)測(cè)試儀的處理、運(yùn)算，即可得到主軸的角度變化曲線(xiàn)及回轉(zhuǎn)不均率。開(kāi)機(jī)采樣的起點(diǎn)是由分度長(zhǎng)縫轉(zhuǎn)過(guò)光源時(shí)發(fā)出的，此時(shí)傳感器探頭紅燈熄滅一次。在測(cè)定活塞壓強(qiáng)曲線(xiàn)時(shí)，活塞缸蓋上的壓力傳感器將壓強(qiáng)換成電壓輸出，經(jīng)放大器放大，接入模擬通道，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，開(kāi)始采用為數(shù)字量。開(kāi)始采樣的起始訊號(hào)仍由分度盤(pán)上長(zhǎng)縫轉(zhuǎn)過(guò)光源時(shí)發(fā)出。利用測(cè)試儀的觸

7、發(fā)采樣機(jī)運(yùn)算功能，即可獲得壓強(qiáng)曲線(xiàn)。如乘以活塞面積（實(shí)際上只相當(dāng)于比例尺的改變），也就是總壓力（生產(chǎn)阻力）曲線(xiàn)。 四、實(shí)驗(yàn)步驟1.主軸角速度曲線(xiàn)及回轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)的測(cè)定 (1)將PP40四色繪圖儀接入測(cè)試儀面板插座，打開(kāi)XRT電源開(kāi)關(guān)；(2)測(cè)試儀接通電源，打開(kāi)測(cè)試儀面板開(kāi)關(guān)，數(shù)碼管上顯示“P”，適當(dāng)調(diào)整CRT的亮度及對(duì)比度；(3)若環(huán)境溫度超過(guò)，應(yīng)打開(kāi)測(cè)試儀背面上的風(fēng)扇開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)冷卻風(fēng)扇； 3 1 9 9 T1 采樣間隔代號(hào) 檢測(cè)通道號(hào) 檢測(cè)通道號(hào) 測(cè)試儀功能為不均勻率的代號(hào)(4)將同步脈沖發(fā)生器和輸出插頭插入測(cè)試儀面板上的9通道插座，調(diào)整發(fā)生器探頭的前后的左右位置，將分度盤(pán)片插入探頭的槽口之

8、中；用手轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)片聯(lián)軸節(jié)（切不可搬動(dòng)盤(pán)片以免損壞盤(pán)片）當(dāng)盤(pán)片每轉(zhuǎn)過(guò)2度（光柵縫的間隔），探頭上的綠色指示燈應(yīng)閃爍一次，當(dāng)分度盤(pán)轉(zhuǎn)一周，盤(pán)片上長(zhǎng)縫轉(zhuǎn)過(guò)探頭時(shí)，探頭上的紅色指示類(lèi)應(yīng)熄滅一次。(5)在未裝飛輪的條件下，打開(kāi)空壓機(jī)電機(jī)開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)貯氣罐開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)角，使氣壓表針達(dá)到某一表壓值（例如0.15MPa）。(6)在LED數(shù)碼顯示器上鍵入指令。鍵入指令后，在CRT上將顯示出角速度動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)（），回轉(zhuǎn)不均勻率值及其它特征值。T的具體數(shù)值見(jiàn)表1所示。若鍵入T=1,則表示每隔觸發(fā)采樣一次，所測(cè)各點(diǎn)角速度值為采樣瞬時(shí)被測(cè)軸每轉(zhuǎn)的平均值。若鍵入T=5,則表示每隔觸發(fā)采樣一次，所測(cè)各點(diǎn)角速度值為采樣瞬時(shí)被測(cè)軸每轉(zhuǎn)的平

9、均值。顯而易見(jiàn)，對(duì)同一被測(cè)對(duì)象，若存在回轉(zhuǎn)不勻問(wèn)題，鍵入T的代碼不同，所得結(jié)果是略有差異的。在一般情況下，T可取3或4。角度代碼T12345分度角轉(zhuǎn)速范圍（r/min）24003800512006160072000 (7)關(guān)掉電機(jī)開(kāi)關(guān)，空壓機(jī)停轉(zhuǎn)。 (8)按PRINT鍵，打印機(jī)即能輸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果（曲線(xiàn)及數(shù)據(jù)）。 (9)為了測(cè)得不同負(fù)載情況下機(jī)組的回轉(zhuǎn)不均勻率，可重復(fù)操作(5)(6)(7)(8)并調(diào)節(jié)貯氣罐開(kāi)關(guān)的角度。使氣壓表達(dá)到下邊的數(shù)值（例如分別為0.3MPa和0.4MPa即可。 （10）安裝飛輪，注意放入平鍵，并旋緊軸端螺母，再重復(fù)(5)(6)(7)(8)三次，并使氣壓表的氣壓仍為0.15M

10、Pa，0.30MPa和0.45MPa。2. 機(jī)組起動(dòng)和停車(chē)階段運(yùn)動(dòng)規(guī)律的測(cè)試A、安裝飛輪的條件下進(jìn)行起動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律測(cè)試。4 0 1 XXX EXEC 標(biāo)定數(shù)通道數(shù)測(cè)試儀滿(mǎn)量程設(shè)定 MON EXEC2 6 1 1 T1 采樣間隔代號(hào) 通道號(hào) 通道數(shù) 定角測(cè)量的指令代號(hào)（1） 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)光柵鍵盤(pán)，一直轉(zhuǎn)到傳感器上的紅綠燈：（這是為了開(kāi)始開(kāi)車(chē)便于開(kāi)始采樣）（2） 鍵入指令“31992”，按回車(chē)鍵（3） 起動(dòng)空壓機(jī)，待屏幕上顯示速度曲線(xiàn)后關(guān)機(jī)。（4） 按PRINT鍵，輸出起動(dòng)階段角速度曲線(xiàn)。B、安裝飛輪條件下進(jìn)行停車(chē)運(yùn)行測(cè)試 0 1 6 6 T1 T2 采樣周期為 通道號(hào) 通道號(hào) 定時(shí)采樣代號(hào)（1） 用

11、“轉(zhuǎn)接線(xiàn)”將測(cè)試儀的J插口與通道6連接。（2） 鍵入指令“31992”， 按回車(chē)鍵，對(duì)本實(shí)驗(yàn)、可取為“02”。（3） 起動(dòng)空壓機(jī)至穩(wěn)定轉(zhuǎn)后，按EXEC鍵，同時(shí)關(guān)空壓機(jī)，在測(cè)試儀屏幕上將顯示出位移角（） 4 0 6 T EXEC 每脈沖所代表的角度 通道數(shù) 脈沖當(dāng)量設(shè)定功能代號(hào)（4）按MON鍵，鍵入指令“EXEC” 本實(shí)驗(yàn)裝置分度盤(pán)發(fā)出的光信號(hào)為2一個(gè)脈沖，T本應(yīng)為2，為避免數(shù)據(jù)溢出，取為0.2，以下由儀器分析所得結(jié)果、相應(yīng)地乘10，才是真實(shí)的結(jié)果。 (5)按MON鍵，鍵入指令“EXEC” 5 1 6 N EXEC 儀器分析的運(yùn)動(dòng)周期數(shù) 通道數(shù) 計(jì)算機(jī)求解功能代號(hào) 本實(shí)驗(yàn)分析的運(yùn)動(dòng)周期較多，取N

12、=9指令鍵入后，屏幕上將顯示出角位移曲線(xiàn)（）、角速度曲線(xiàn)（）、角加速度曲線(xiàn)（）及有關(guān)數(shù)據(jù)。如前所述，這些數(shù)據(jù)必須乘10才是真實(shí)值。C、拆去飛輪，重復(fù)上述起動(dòng)，停車(chē)過(guò)程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律測(cè)試。五、思考題 1.空壓機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，為什么有周期性的波動(dòng)？2.隨著工作載荷的不斷增加，速度波動(dòng)出現(xiàn)什么變化，為什么？3.加飛輪與不加飛輪相比，速度波動(dòng)有什么變化，為什么？ 4.取空壓機(jī)主軸（曲柄）作為等效構(gòu)件，作用于活塞上的工作阻力F的等效阻力矩如何計(jì)算？5.在安裝飛輪的情況下，轉(zhuǎn)速較平穩(wěn)，可設(shè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩為常數(shù)，可以測(cè)回轉(zhuǎn)不均勻率，并求等效阻力矩，如何計(jì)算等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J？J應(yīng)比飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大還是?。坎话惭b飛輪時(shí)機(jī)

13、組原有的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是多少？ 6.分析機(jī)組在各種狀態(tài)（加飛輪、不加飛輪；加負(fù)載、不加負(fù)載；啟動(dòng)、停車(chē)階段）運(yùn)動(dòng)規(guī)律。上述狀態(tài)實(shí)際上與各種機(jī)械均有相似之處，如柴油機(jī)、沖壓機(jī)、起重機(jī)、軋鋼機(jī)、甚至自動(dòng)式武器等，因此上述方法也供研究其它設(shè)備之用。六、實(shí)驗(yàn)要求 不同負(fù)載條件下測(cè)定：1. 活塞阻力曲柄轉(zhuǎn)角（）曲線(xiàn)；2. 阻力矩曲柄轉(zhuǎn)角（）曲線(xiàn)；3. 有、無(wú)飛輪狀態(tài)下機(jī)組啟動(dòng)轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)，停車(chē)止動(dòng)轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)；4. 有、無(wú)飛輪狀態(tài)下機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)曲線(xiàn)、最大轉(zhuǎn)速、最小轉(zhuǎn)速、回轉(zhuǎn)不均率系數(shù)。壓強(qiáng)曲線(xiàn)（）的標(biāo)定：空壓機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，汽缸內(nèi)的壓強(qiáng)周期變化，如圖9-7a所示，期縱向坐標(biāo)以一定的比例尺，U代表壓強(qiáng)值。參閱9-7b，分析

14、空壓機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)情況。當(dāng)曲柄位置從a點(diǎn)轉(zhuǎn)到b點(diǎn)，活塞為回程。此階段汽缸內(nèi)壓強(qiáng)迅速下降，至某位置d點(diǎn)時(shí)，曲線(xiàn)不在下降，此時(shí)汽缸進(jìn)氣閥打開(kāi)，也就是汽缸內(nèi)壓強(qiáng)迅速上升，直某位置e點(diǎn)時(shí)排氣閥，往貯氣罐輸氣，此時(shí)缸內(nèi)壓強(qiáng)不再上升。為了使排氣閥持續(xù)打開(kāi)，缸內(nèi)壓強(qiáng)應(yīng)比貯氣罐的壓強(qiáng)（即貯氣罐氣壓表的表壓值S）高U.P2，由圖7（a）顯然可得： 圖9-7 壓強(qiáng)曲線(xiàn)（）的標(biāo)定 （1）為了求得（），完全打開(kāi)貯氣缸開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)空壓機(jī)，此時(shí)氣壓表為零，重復(fù)操作（7）（8）（9），測(cè)得表壓為零時(shí)的壓強(qiáng)轉(zhuǎn)角曲線(xiàn)如圖7(c)所示。由于此時(shí)表壓為零，顯然： （2）將（2）式代入（1）式即得： 因此： （3） 式中S貯氣罐的表壓值，以值代入： 、 圖9-7a中讀出的數(shù)值；圖9-7c中讀出的數(shù)