起重机教学实验平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种起重机，特别是用于起重方向本科生教学所用液压变频驱动、可进行力、传动测试的起重机教学实验平台系统。
【背景技术】
[0002]起重机专业实验是培养重机机械方向学生运用所学到的相关知识，用实验方法研究起重机械，解决起重机械工程实际问题能力的重要实践环节，也是引导学生能够从结构、传动和控制多方面系统地掌握起重机械性能、操纵方法、作业安全等因素相互作用原理的综合教学方法。为了满足实验课的需要，同时能在楼层内存放，则其必须满足楼板所能承重即:250Kg/m2。该教学实验平台能完成如下的实验1.演示实验:起重机的回转、变幅、起升，让实验者熟悉起重机机构的基本构造，对整体有概念性的了解。对应课程:起重机设计。
2.力学分析综合实验，在不同的控制模式下，通过结构应力测试和分析，掌握载荷、运动、结构受力的相互作用关系。对应课程:起重机设计、结构力学、金属结构、液压传动等。3.开放性实验I)学生自己设计实验步骤、实验目的，得出实验结果；2)自己编写PLC程序，完成起重机某一特定功能。
[0003]目前，已经出现了一些能够用于起重机教学的技术方案，例如专利号CN200820169615.7的技术文献中提到一种桥式起重机半实物模型，能够进行演示实际桥式起重机的操作过程的起重机教学。这类的专利都是仅仅用于演示性的教学，同时由于实验系统较小，采用了机械传动系统，不能很好模拟实际起重机械广泛采用的液压传动的动态特性。一般的金属结构臂架焊接中为了方便焊接进行了工艺处理，如果进行测试其应力，其结果和标准的结构力学模型计算的结果相差较大，不适合本科生实验。现有的实验设备中也没有模拟倾斜工况，同时能动态测试支腿承载分布的实验设备。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是填补了现有起重机模型的不足，提供适用于起重方向本科生教学所用的起重机教学实验平台系统。
[0005]本发明的技术方案:
[0006]—种起重机教学实验平台，该起重机教学实验平台的最大提升载荷50kg最大提升速度0.4m/s，额定回转速度2.0r/min，变幅周期20s，最大起升高度2.5m ;其包括机构、传动和测试三部分；
[0007]起升机构:如图1、图3和图4所示，后滑轮2-1和臂架总成I绕轴转动，后滑轮2-1上缠绕有钢丝绳，前滑轮2-2安装在臂架总成I头部的销轴上，绕轴转动，后滑轮2-1和前滑轮2-2的钢丝绳用于改变钢丝绳的缠绕方向，使其缠绕到卷筒10上；卷筒10连接在起升减速器13的输出轴的左端，起升马达12通过起升马达输入转接盘11连接在起升减速器13的输入端，起升编码器14通过起升编码器转接盘15连接在起升减速器13输出轴的右端；当起升马达12旋转时带动缠绕固定在卷筒10上的钢丝绳8提升砝码9 ;起升机构通过起升减速器13固定在转台3上；
[0008]变幅机构:如图1和图2所示，臂架总成I铰接在转载转台3的销轴上，绕轴转动；变幅液压缸4伸出杆和臂架总成I铰接，变幅液压缸4的尾部和转台3铰接；当液压缸伸长时改变臂架的幅度，臂架在最大幅度成水平，也是臂架的起始位置；
[0009]回转机构:回转机构总成6起到连接底座总成7和转台3的作用；如图5所示，回转马达16通过回转马达转接盘17固定在回转减速器19的输入端的左端，动力经回转马达转接轴18传递到回转减速器19，回转编码器22通过回转编码器连接轴20和回转编码器转接盘21，连接在回转减速器19的输入端的右端；回转减速器19为蜗轮蜗杆减速器，其内圈通过回转减速器连接下法兰25和底座24固连，其外圈和转台相连，回转马达16动力经过减速后驱动转台3的回转。如图6所示，左接近传感器23-1和右接近传感器23-2，通过固定架安装并固定在24底座上，关于底座24轴线对称且在一条直线上，回转减速器连接下法兰25焊接在底座24上，并和回转减速器19的内圈相接；
[0010]调平机构:如图7，称重传感器26上部通过法兰连接在底座24上，下部的球头压在支脚内圈28上部的凹槽中，支脚外圈27和内圈28采用M60的细牙螺纹配合；采用圆柱销固定内圈不动，拧动外圈调节支撑高度，模拟起重机倾斜工况；
[0011]变幅机构的臂架结构:如所图8和图9，臂架总成由两个中间臂节30连接起底节29和顶节32，均采用铰接；过卷限位33安装在顶节32上，采用重锤式限位，倾角传感器34安装在底节和臂架整体成45°角；左应变片31-1和右应变片31-2分别贴在第一个中间臂节30的两个上弦杆上表面；
[0012]系统动力源:采用容积调速的液压传动，采用如所图12和13所示，变频电机35固定在油箱盖板42上，油箱盖板42固定在油箱43上；齿轮栗39通过齿轮栗转接盘36固定在变频电机35输出端，变频电机35的输出轴和齿轮栗39的输入轴通过弹性联轴器37以及齿轮栗转接轴套38相连接，其中，变频电机35的输出轴插入弹性联轴器37的主动端的内孔中，齿轮栗转接轴套38的外圈插入弹性联轴器37从动端的内圈；齿轮栗39的输入轴插入齿轮栗转接轴套38中；变频电机35带动齿轮栗39运转，从油箱43中吸油；齿轮栗转接轴套38加粗了齿轮栗的输入轴，使其和所选的联轴器相配合；回油过滤器41安装在油箱盖板42上；溢流阀40接在齿出轮栗39的油口，其T 口和回油过滤器相连，当压力超过设定压力的时候，溢流阀打开，系统的压力油经过回油过滤器41回油箱；
[0013]整机的传动:如图15所示栗站的出油口接控制阀组，控制阀组的油路分别连接回转马达16、起升马达12和变幅液压缸4。控制阀组控制通过控制油路的通断，控制回转马达16、起升马达12和变幅液压缸4的运动，完成实验台的起升、回转和变幅。当需要改变起升、回转和变幅运动的速度及加速度时，通过PLC控制变频器改变变频电机35的转速，进而改变齿轮栗39的转速，即改变了系统的流量，起升、回转和变幅机构的运动速度也随之改变。
[0014]测试部分:系统起升的速度和加速度通过输出轴上的起升编码器14测得，回转速度和加速度通过安装在起升减速器19上的回转编码器22测得，臂架的倾角由安装在臂架上的倾角传感器34测得，变幅速度由安装在液压系统中的流量计测得的流量换算得到，四个支撑脚的荷重由安装在实验台底部的四个称重传感器26测得；起升机构配有过卷限位33，回转机构配有左接近开关23-1和右接近开关23-2，当转台24上焊接的挡板转动到左接近开关23-1或者右接近开关23-2正上方时，回转急停，限制转台24的回转角度在0° -180°内；变幅液压缸4的无杆腔装有压力变送器，用于测定变幅过程系统压力随幅度变化，同时压力变送器连接PLC作为变幅到位的逻辑判断；上述采集到的信号都可通过上位机监测显示。
[0015]所述的系统动力源采用1.5Kw变频电机带动排量为8mL/r定量齿轮栗作为液压变频动力源，回转机构和起升机构采用摆线马达。
[0016]所述的臂架实现三种臂长，除臂架顶节和底节不同外，中间臂节完全相同，加长或缩短臂架，对应不同的要求；在第一个中间臂节上弦杆上部贴有应变片，通过应变仪将动态应力输出到上位机上。
[0017]所述的臂架采用壁厚12*12*0.7的06Crl9Ni