一种磁流变调速离合器综合性能动态测试平台及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及离合器性能测试平台领域，具体是一种磁流变调速离合器综合性能动态测试平台及方法。
【背景技术】
[0002]磁流变调速离合器利用磁流变液作为工作介质，以调节磁场强度为控制手段，可用于机电设备的无级调速以及起、制动过程的柔性控制等，具有动态响应快、调速范围宽、控制简单、能耗低以及工作部件磨损小等优点。美国专利US20120085613公开了一种可调节式磁流变扭矩/力传动装置，中国专利201320101279.8公开了一种层叠式大功率磁流变液离合器，中国专利201320567344.6公开了一种多片式磁流变液电磁离合器，中国专利201410224340.2公开了一种基于磁流变液的大功率传动电液控制系统。
[0003]目前针对磁流变调速离合器传动特性的研究表明，在滑差工况下，由于材料非线性磁特性、颗粒链间摩擦发热等因素影响，会引起剩磁现象以及磁流变液温度、挤压应力的变化，造成离合器传动扭矩和输出转速存在一定波动甚至突变，难以预测的动力波动问题会造成控制系统滞回性强、重复性差和非线性严重，这也是制约磁流变调速离合器进一步发展和应用的重要技术瓶颈。然而，目前对于磁流变调速离合器综合性能测试方面的研究还比较匮乏。因此有必要建立一套磁流变调速离合器综合性能动态测试平台，用以模拟不同工况下实现离合器中磁流变液温度、磁场、压力，以及离合器传动扭矩、输出转速等运行参数的监测显示，以便对磁流变调速离合器的综合性能进行预测和评估，并有利于采取相应的补偿措施来提高其工作稳定性。
[0004]
【发明内容】
本发明的目的是提供一种磁流变调速离合器综合性能动态测试平台及方法，以解决现有技术存在的问题。
[0005]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:
一种磁流变调速离合器综合性能动态测试平台，其特征在于:包括有底座，底座上依次设置有电机、转矩转速传感器、由轴承座支承的传动轴、磁流变调速离合器、盘式加载装置，所述电机输出轴通过一级联轴器与转矩转速传感器输入端同轴连接，转矩转速传感器输出端通过二级联轴器与传动轴一端同轴连接，传动轴上安装有集流环，传动轴另一端通过三级联轴器与磁流变调速离合器的输入轴同轴连接，磁流变调速离合器输出轴通过四级联轴器与盘式加载装置制动盘同轴连接，由底座、电机、一级联轴器、二级联轴器、轴承座、传动轴、三级联轴器、磁流变调速离合器、四级联轴器构成机械传动部分；
还包括有信号采集和控制部分、电液比例加载部分，其中:
信号采集和控制部分包括信号采集模块、工况控制模块、PLC控制器和上位机，所述PLC控制器和上位机通讯连接；
所述信号采集模块包括设置在电机与传动轴之间的转矩转速传感器、安装在传动轴上的集流环、内嵌于磁流变调速离合器的离合器主动盘上的温度传感器、霍尔传感器和压力传感器、设置在四级联轴器上的测速齿轮、设置在测速齿轮正对齿面方向上的速度传感器，以及频率/电流转换器、温度变送器、特斯拉计，所述转矩转速传感器的信号输出端经频率/电流转换器接入PLC控制器的输入端，所述温度传感器的信号输出端通过集流环接入温度变送器的输入端，温度变送器的输出端接入PLC控制器的输入端，所述霍尔传感器的信号输出端通过集流环接入特斯拉计的输入端，特斯拉计的输出端接入PLC控制器的输入端，所述速度传感器的信号输出端直接接入PLC控制器的输入端，压力传感器的信号输出端通过集流环直接接入PLC控制器的输入端；
所述工况控制模块包括变频器、压控稳流电源和电液比例溢流阀，其中变频器进线端通过输入滤波器接入三相交流电，变频器出线端通过输出滤波器与电机的电源端连接，变频器的控制端与PLC控制器之间通讯连接，所述压控稳流电源的输入端与PLC控制器通讯连接，压控稳流电源的输出端与磁流变调速离合器的励磁线圈连接，所述电液比例溢流阀的控制信号口依次通过比例放大器、D/A转换器接入PLC控制器的输出端，PLC控制器输出端还连接有交流接触器；
电液比例加载部分包括设置在底座上的盘式加载装置、液压栗站，所述盘式加载装置包括支架，支架中通过转轴转动安装有制动盘，支架顶部连接有罩在制动盘顶端上方的防护罩，磁流变调速离合器输出轴通过四级联轴器与制动盘的转轴同轴连接，支架上还对称安装有多个伸向制动盘盘边处的液压制动器，所述液压栗站的电机接线端通过交流接触器接入PLC控制器输出端，液压栗站的出油口与电液比例溢流阀的进油口连通，电液比例溢流阀的出油口与盘式加载装置中液压制动器的进油口连通。
[0006]所述的一种磁流变调速离合器综合性能动态测试平台，其特征在于:所述PLC控制器和上位机之间通过RS232端口通讯连接，压控稳流电源输入端亦通过RS232端口与PLC控制器通讯连接。
[0007]所述的一种磁流变调速离合器综合性能动态测试平台，其特征在于:所述变频器与PLC控制器之间通过RS485端口通讯连接。
[0008]—种磁流变调速离合器综合性能动态测试方法，其特征在于，包括以下步骤:
(1)、启动工控机，运行工控机上的人机交互监控系统；
(2)、根据实验工况要求，在人机交互监控系统的工况配置界面中设置不同实验工况值，经RS232端口将指令信号发送至PLC控制器上，由PLC控制器向变频器、电液比例溢流阀和压控稳流电源发出指令信号，依次设定电机的电机频率、盘式加载装置的负载压力和磁流变调速离合器的线圈电流，进而调定磁流变调速离合器的输入转速、负载扭矩和传动扭矩；
(3)、在人机交互监控系统中控制电机开机，通过RS232端口将电机启动信号送到PLC控制器输入端，由PLC控制器向变频器发出运行指令信号，变频器启动电机试运行约半分钟，依靠高速旋转剪切作用将磁流变液搅拌均匀；
(4)、在人机交互监控系统中，控制液压栗站开机，通过RS232端口将液压栗站启动信号送到PLC控制器输入端，由PLC控制器控制交流接触器主触点闭合，启动液压栗站，经电液比例溢流阀为盘式加载装置的液压制动器提供稳定压力油，利用液压制动器给制动盘加载来向磁流变调速离合器提供负载扭矩；
(5)、在人机交互监控系统上，选取合适的采样周期值；
(6)、在人机交互监控系统上开始数据采样，由上位机通过RS232端口向PLC控制器发出采集信号指令，PLC控制器开始采集信号；
(7)、在人机交互监控系统中，控制压控稳流电源开机，通过RS232端口将压控稳流电源开启信号送到PLC控制器输入端，由PLC控制器向压控稳流电源发出运行指令，开启压控稳流电源向磁流变调速离合器输入线圈电流，依靠磁流变液剪切作用将电机动力传递至与盘式加载装置相连的离合器输出轴；
(8)、各个传感器完成实验参数的实时信号采集，其中，转矩转速传感器采集扭矩信号和输入转速信号，温度传感器采集温度信号，霍尔传感器采集磁场信号，压力传感器采集压力信号，速度传感器采集输出转速信号；
(9)、各个传感器采集得信号经相应模块转换后，实时传输至PLC控制器上，PLC控制器经R