CN108375441A - 一种自动调节加载及计米装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可自动调节加载及计米装置，由控制计算机、控制显示屏、电磁制动器、控制电源、张力传感器、伺服电机、步进电机、丝杠滑台、卷筒、行星减速机、底座、支架等组成。其特征是：控制计算机控制伺服电机转速和电磁制动器扭矩来控制钢丝绳的张力，可自动快速地调节负载的大小，负载的大小通过张力传感器检测，实时地显示在控制显示屏上；计米精度高于飞机静压测量拖锥自动收放系统自身计米精度一个量级以上，可对拖锥系统的计米功能进行校准和标定；步进电机驱动的自动排绳机构使得钢丝绳整齐准确地缠绕在卷筒上，提高了负载的稳定性；控制显示屏可以提供良好的人机交互界面，省去了多种功能开关和显示仪表的设计与安装。该装置结构简单轻便，自动化水平高，稳定性好，能为拖锥收放系统以及其他典型卷绕系统提供自动可变负载，并对其收放长度进行计米。

Description

一种自动调节加载及计米装置

技术领域

本发明涉及一种为飞机静压测量拖锥自动收放系统提供模拟空中负载，并可对拖锥收放系统的收放距离进行测量计米的地面试验装置。

背景技术

飞机静压测量拖锥自动收放系统是典型的卷绕式收放系统，安装于飞机尾部用于测出飞机定型试飞时的大气静压值。飞机拖锥收放系统在装机使用前，需要做大量的地面试验以测试系统的工作情况。自动调节加载及计米装置是一种用于飞机拖锥收放系统地面试验的装置，目的是为拖锥收放系统提供模拟空中负载，同时准确计量拖锥收放系统的收放距离，试验拖锥收放系统锥体在不同的收放距离和不同负载下的工作情况。模拟负载的稳定性和测量计米的准确性将直接影响飞机拖锥卷绕收放系统在负载条件下的工作性能。

在专利号为201410609810.7的专利中，公布了目前使用的加载装置，主要为液压加载，液压加载由机械和液压两部分组成。通过手动增压开关给予液压刹车盘一定压力，将拖锥收回时需要克服刹车盘的摩擦力。其存在的不足是：

1.自动化水平低，试验装置的负载由液压部分手动施加，负载每次改变需要重新测量，负载和计米行程不能自动控制和显示；

2.不具备双向提供负载功能，试验装置只能在拖锥收回时提供负载，而拖锥放出时需要人工拉出；

3.试验装置没有测量计米功能，不能对拖锥收放系统的测量计米功能进行校准标定试验；

4.负载在一个完整收放过程中不能改变，不能模拟出锥体在空中所受的复杂多变的负载环境；

5.无法提供准确的负载，所提供的负载准精度低，准确性差；

6.系统结构较为复杂，系统包括液压管路和油箱支架等，液压原理在应用于这种小负载场合不如使用电磁原理有优势。

在专利号为201510234668.7的专利中，公布一种电磁液压加载装置，该装置不具备计米功能，其结构和工作方式也不满足拖锥地面试验要求。在专利号为US2010/0089175A1的专利中，公布了一种测量电缆长度装置，该装置通过同步轮测量电缆长度，但是不具备加载功能。

为此需要提供一种可自动调节负载及计米装置，能够提供准确的可调节的拖拽力，在拖锥收放过程中为其提供模拟负载，测量拖锥收放长度，对拖锥收放系统的计米进行标定和校准。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足，提供一套自动化程度较高，结构较为简单的，可自动调节加载及计米装置。该装置能提供可调节的输出负载，在拖锥收放时，负载准确，能够长时间，长距离的保持输出稳定性。装置的计米精度高于拖锥自动收放系统的计米测量精度一个量级以上，可对拖锥系统的计米值进行标定和校准。

本发明的技术方案是：如图1所示，为自动调节加载及计米装置主视图，其主要由底座1、电磁制动器2、卷筒3、排绳丝杠4、钢丝绳5、张力传感器6、排绳步进电机7、支架8、减速机9、伺服电机10组成。如图2所示，为自动调节加载及计米装置电气控制原理图，其主要由张力传感器6、控制计算机11、控制开关12、控制显示屏13、控制电源14、电磁制动器2、伺服驱动器15、伺服电机10、排绳步进驱动器16、排绳步进电机7组成。

所述排绳步进电机7驱动排绳丝杠4转动，钢丝绳5从排绳丝杠4的排绳滑台穿过后整齐缠绕在卷筒3上。排绳丝杠4安装在与卷筒3底部相切的平面上。钢丝绳5自由端串接张力传感器6，张力传感器6的另外一端与拖锥收放系统的锥体连接。

所述电磁制动器2安装在支架上8，轴端与卷筒3的中心轴连接。伺服电机10驱动减速机9转动，减速机9另外一端与卷筒3轴连接驱动卷筒3转动。

所述控制计算机11通过通信线与控制显示屏13连接，控制计算机11输出端接控制电源14的输入端，输出端接电磁制动器2。控制计算机11输出端接排绳步进驱动器16和伺服驱动器15的输入端，控制驱动器的电流驱动排绳步进电机7和伺服电机10工作。

工作时，拖锥的放出过程即钢丝绳5收回过程中，控制显示屏13或控制开关12向控制计算机11提供控制操作信号，控制计算机11将开关信号和脉冲信号发送给伺服电机驱动器15，伺服电机驱动器驱动伺服电机10转动，减速机9将伺服电机转速降低后带动卷筒3转动，卷筒3卷绕钢丝绳5将卷绕系统缠绕物拉出。拉出时的钢丝绳张力由伺服电机10控制速度产生，张力传感器6检测出张力值并实时显示。拖锥收回过程即钢丝绳5放出过程中，拖锥锥体拉动钢丝绳5放出，带动卷筒3转动，控制电源14输出电流到电磁制动器2，电磁制动器2提供并控制钢丝绳5中的张力，完成收放过程中对钢丝绳5中拉力的自动化、可调节控制。系统采用伺服电机10作为动力源，可将电机转动角度回传给控制计算机11，通过换算可得出钢丝绳5收放长度并实时显示在控制显示屏13上。和拖锥收放系统的计米精度相比，本装置计米精度提高了几十倍。因此，可对拖锥收放系统的计米精度进行校准和标定。

本发明在卷筒3一端安装了电磁制动器2，电磁制动器2是根据电磁原理和利用磁粉传递转矩的，经常被用于传动机械的测功加载和制动，具有激磁电流和传递转矩基本成线性关系的特点。电磁制动器2在同滑差无关的情况下能够传递一定的转矩，具有响应速度快、结构简单、无污染、无噪音、无冲击振动、节约能源等优点。在卷绕系统收回时能提供合适负载，负载的大小与电源输出电流大小成线性关系，调节起来十分方便、迅速。

本发明加装了自动排绳装置，自动排绳装置采用步进电机作为控制电机，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，控制计算机11通过发送指令到步进电机驱动器，驱动排管步进电机7转动，带动排管丝杠4转动，丝杠滑台水平移动，在卷筒3收放钢丝绳5的时候实现同步排绳的功能，钢丝绳5整齐排列在卷筒3上。钢丝绳5的整齐缠绕可保证伺服电机计米的准确性，也保证钢丝绳5中的拉力稳定，不会产生较大的、没有规律的跳跃。

本发明使用伺服电机10作为动力源，伺服电机10可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机10转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压低等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。在本系统中，伺服电机10可以准确的对钢丝绳5的收放长度进行测量。计米精度通过计算高于拖锥收放系统几十倍，可对拖锥收放系统的计米精度进行检测标定。同时，作为系统动力源，伺服电机10在卷绕系统放出时可快速调节速度，改变钢丝绳中的张力。

本发明安装了张力传感器6，张力传感器6是张力控制过程中，用于测量钢丝绳张力值大小的传感器，可实时检测钢丝绳中的张力大小并直观的显示在显示屏上。

本发明选用PLC作为控制计算机，PLC拥有许多独特优点，如抗干扰能力强，可靠性高；适应性强，应用灵活；方便的工业接口；系统设计、安装、调试方便；维修方便，功能完善等。航空工业中，工作环境恶劣，但对测试计量的精度要求较高，PLC适合于航空测量这种特殊场合。使用PLC可实现对负载和整个系统动作的自动化控制。本发明数据显示选用触摸屏作为测量结果显示装置、触摸屏上设有检测状态指示灯、设有可变化的数字显示栏、显示当前测得的行程距离、当前负载大小、设有时间显示栏、显示测量过程所用的时间等参数。

附图说明

图1为本发明提出的自动调节加载及计米装置主视图。

图2为本发明提出的自动调节加载及计米装置的电气控制原理图。

图3为本发明提出的自动调节加载及计米装置俯视图。

图4为本发明提出的自动调节加载及计米装置三维图。

图5为本发明提出的自动调节加载及计米装置的实施图。

图中：1底座、2电磁制动器、3卷筒、4排绳丝杠、5钢丝绳、6张力传感器、7排绳步进电机、8支架、9减速机、10伺服电机、11控制计算机、12控制开关、13控制显示屏、14控制电源、15伺服驱动器、16排绳步进驱动器、Ⅰ自动调节加载及计米装置、Ⅱ钢丝绳与锥体接头、Ⅲ拖锥自动收放系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整地描述，自动调节加载及计米装置作为飞机拖锥收放系统主要地面试验装置，能够提供模拟空中复杂多变的负载，能够对拖锥收放系统的测量计米功能进行校准和标定。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请同时参阅图1、图2和图5，图1为本发明提出的自动调节加载及计米装置主视图，图2为自动调节加载及计米装置电气控制原理图，图5为本装置与飞机静压测量拖锥收放系统的方案实施图。

排绳步进电机7驱动排绳丝杠4转动，钢丝绳5从排绳丝杠4的排绳滑台穿过后整齐缠绕在卷筒3上。排绳丝杠4安装在与卷筒3底部相切的平面上。钢丝绳5自由端串接张力传感器6，张力传感器6的另外一端与拖锥收放系统锥体连接。电磁制动器2安装在支架上8，轴端与卷筒3的中心轴连接。伺服电机10驱动减速机9转动，减速机9另外一端与卷筒3轴连接驱动卷筒3转动。

控制计算机11通过通信线与控制显示屏13连接，控制计算机11输出端接控制电源14的输入端控制输出电流，输出端接电磁制动器2。控制计算机11输出端接排绳步进驱动器16和伺服驱动器15的输入端，控制驱动器的电流驱动排绳步进电机7和伺服电机10工作。

工作时，拖锥放出过程即钢丝绳5收回过程中，控制显示屏13或控制开关12向控制计算机11提供控制操作信号，控制计算机11将开关信号和脉冲信号发送给伺服电机驱动器15，伺服电机驱动器驱动伺服电机10转动，减速机9将伺服电机转速降低后带动卷筒3转动，卷筒3卷绕钢丝绳5将拖锥锥体拉出。拉出时的钢丝绳张力由伺服电机10控制速度产生，张力传感器6检测出张力值并实时显示。拖锥收回过程即钢丝绳5放出过程中，拖锥锥体拉动钢丝绳5放出，带动卷筒3转动，控制电源14输出电流到电磁制动器2，电磁制动器2提供并控制钢丝绳5中的张力，完成收放过程中对钢丝绳5中拉力的自动化、可调节控制。

以上对本发明的实施进行了具体说明，当然，本发明还可以采用与上述实施方式不同的形式，可用于电线电缆、纺织、皮革、造纸、薄膜等行业中的卷扬机、卷纸机、收线机等收放过程中的张力控制，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下所作的等同的变换或相应的改动，都应该属于本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种自动调节加载及计米装置，其特征在于：系统主要由底座1、电磁制动器2、卷筒3、排绳丝杠4、钢丝绳5、张力传感器6、排绳步进电机7、支架8、减速机9、伺服电机10、控制计算机11、控制开关12、控制显示屏13、控制电源14、伺服驱动器15、排绳步进驱动器16等组成。

所述排绳步进电机7驱动排绳丝杠4转动，钢丝绳5从排绳丝杠4的排绳滑台穿过后整齐缠绕在卷筒3上。排绳丝杠4安装在与卷筒3底部相切的平面上。钢丝绳5自由端串接张力传感器6，张力传感器6的另外一端与卷绕系统的缠绕物自由端相接。电磁制动器2安装在支架8上，轴端与卷筒3的中心轴相接。伺服电机10驱动减速机9转动，减速机9另外一端与卷筒3轴相接，驱动卷筒3转动。

所述控制计算机11通过通信线与控制显示屏13相接，控制计算机11输出端接控制电源14的输入端控制输出电流，输出端接电磁制动器2。控制计算机11输出端接排绳步进驱动器16和伺服驱动器15的输入端，控制驱动器的电流驱动排绳步进电机7和伺服电机10工作。

2.如权利要求1所述的一种自动调节加载及计米装置，其特征在于：使用电磁制动器产生可调节负载扭矩，模拟锥体在空中受到的可变拖拽力，可对拖锥系统负载环境下的收放性能进行地面试验。

3.如权利要求1所述的一种自动调节加载及计米装置，其特征在于：使用控制计算机控制伺服电机带动绞盘转动，收放精度高于拖锥系统，可对其进行收放计米标定。

4.如权利要求1所述的一种自动调节加载及计米装置，其特征在于：步进电机驱动丝杠转动，丝杠上的滑台作水平排绳运动。

5.如权利要求1所述的一种自动调节加载及计米装置，其特征在于：使用控制显示屏，系统具有操作、显示自动化功能。