【正文】 一組氣缸提供輸出力 ，用類似剪刀這樣的機(jī)構(gòu)將力等比例傳遞過(guò)去，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)盤兩側(cè)的同時(shí)加載。 方案三： 采用兩組氣缸分別在轉(zhuǎn)盤的上下底面加載（沿中心軸成對(duì)稱分布），具體受力示意圖如圖 所示： 圖 3. 5 受力示意圖 3 這種方案雖然不會(huì)引起很大的軸向力，但會(huì)造成更大的附加彎矩，從而削弱轉(zhuǎn)盤和軸的強(qiáng)度和壽命。 轉(zhuǎn)盤制動(dòng)器設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)盤制動(dòng)器主要是利用摩擦力提供扭轉(zhuǎn)力矩的，通過(guò)氣缸提供輸出力，然后通過(guò)一組摩擦片傳遞到轉(zhuǎn)盤上，從而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩。磁粉制動(dòng)器還經(jīng)常被用于機(jī)械的傳動(dòng)與制動(dòng)等。 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 13 頁(yè) 3 測(cè)試臺(tái)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 本章主要根據(jù)設(shè)計(jì)目的完成測(cè)試臺(tái)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。具體示意框圖如下： 方案一： 圖 2. 方案二： 圖 2. 4 轉(zhuǎn)盤制動(dòng)器加載示意框圖 方案比較： 以上兩種方案 各有優(yōu)缺點(diǎn)，轉(zhuǎn)盤制動(dòng)器加載主要是利用摩擦力提供扭轉(zhuǎn)力矩，通過(guò)選取不同的轉(zhuǎn)盤型號(hào)，氣缸型號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)各種對(duì)轉(zhuǎn)矩的使用要求，特別是針對(duì)一些對(duì)扭轉(zhuǎn)力矩有很高要求的廠家，可以很好地適應(yīng)不同企業(yè)對(duì)測(cè)試臺(tái)高負(fù)載的使用要求，但采用摩擦制動(dòng)不可避免會(huì)帶來(lái)摩擦熱，對(duì)測(cè)試臺(tái)整體壽命和可靠度都有某種程度的影響，因此需要添加冷卻系統(tǒng)，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜。 針對(duì)以上要求，選擇合適的連接方式，確定合理的加載方案，完成準(zhǔn)確合理的控制系統(tǒng)，充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，最終完成滿足實(shí)際需求的鉆機(jī)性能測(cè)試平臺(tái)。規(guī)模的進(jìn)一步增大，工作環(huán)境的進(jìn)一步惡化，原有的鉆機(jī)性能測(cè)試臺(tái)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足企業(yè)的實(shí)際需求。本章主要主要解決對(duì)鉆機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和后續(xù)處理分析。 第三章 為測(cè)試臺(tái)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)部分。然而我國(guó)目前正處于計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)測(cè)試設(shè)備逐漸分離的階段，虛擬儀器技術(shù)和產(chǎn)品也主要是從國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)的，不僅需要支付高額的費(fèi)用，使用過(guò)程中也有很大的局限性 [18]。虛擬儀器正高速發(fā)展，是計(jì)算機(jī)測(cè)控的前沿技術(shù) [11]。 圖 鉆機(jī)性能測(cè)試示意圖 鉆機(jī)性能測(cè)試臺(tái)發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)階段，鉆機(jī)性能測(cè)試臺(tái)正朝著基于 標(biāo)準(zhǔn)總線的硬件平臺(tái)，分布式、網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)的方向發(fā)展。這樣就能充分滿足鉆機(jī)質(zhì)檢的要求，同時(shí)也保證了較高的測(cè)量精度。投入生產(chǎn)以后也被證實(shí)運(yùn)行比較穩(wěn)定，人機(jī)界面優(yōu)良，可靠性也有了很大程度提高，進(jìn)而為鉆機(jī)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)，也獲得了國(guó)家和企業(yè)的強(qiáng)力認(rèn)可。最后的冷卻系統(tǒng)也是必不可少的環(huán)節(jié)，主要是由水箱和冷卻器組成。多年以來(lái)，先后用壓力表、壓力傳感器、扭矩儀、光線示波器、瞬態(tài)波存器、微機(jī)系統(tǒng)、虛擬儀器等，研制成功多個(gè)鉆機(jī)測(cè)試臺(tái)，對(duì)鉆機(jī)性能參數(shù)不斷更新進(jìn)行測(cè)試研究。煤礦用鉆機(jī)綜合測(cè)試系統(tǒng)更是將各種實(shí)驗(yàn)儀器和計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，可以同時(shí)將各種數(shù)據(jù)綜合利用分析，同時(shí)也可以將不同鉆機(jī)的各項(xiàng)性能比較分析，從而更全面更深層地分析鉆機(jī)的工作性能，進(jìn)而使鉆機(jī)更穩(wěn)定地工作，保證了整機(jī)的可靠性。因而，鉆機(jī)無(wú)論是從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，剛度以及整體性能都有了一定程度的提高，也趨向智能化。因而就誕生了一代又一代的鉆機(jī)。 其實(shí)一般來(lái)說(shuō)一個(gè)煙頭或者火花并不足以釀成大禍，在空氣中當(dāng)甲烷的濃度不夠高時(shí)，即使拿著火把也不一定會(huì)引起爆炸，所以，在進(jìn)行煤礦開(kāi)采工作時(shí)，必須嚴(yán)格控制空氣中甲烷的含量，及時(shí)進(jìn)行瓦斯抽放工作，通風(fēng)排氣，降低密閉空間中的瓦斯?jié)舛?，這就可以有效預(yù)防瓦斯爆炸。測(cè)試臺(tái)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)主要包括整體方案設(shè)計(jì)、方案對(duì)比、加載方式選擇與設(shè)計(jì)、連接方式的設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)件選型以及部分結(jié)構(gòu)和整機(jī)性能校核等等。 作者： 簽字： 時(shí)間： 2021 年 6 月 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 I 頁(yè) 煤礦用鉆機(jī)的鉆桿性能測(cè)試臺(tái)設(shè)計(jì) 學(xué) 生： 指導(dǎo)老師： 郭衛(wèi)東 摘要 近年來(lái) ,我國(guó)煤礦事故大多數(shù)是由于瓦斯爆炸所致。對(duì)于鉆機(jī)的各項(xiàng)性能檢測(cè) ,可以保障鉆機(jī)的質(zhì)量性能 ,從而使鉆機(jī)更好地應(yīng)對(duì)各種突發(fā)狀況。 關(guān)鍵詞： 鉆機(jī)鉆桿，聯(lián)軸器，扭矩傳感器，測(cè)試臺(tái) 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 II 頁(yè) Research on the pulsed laser polishing of Aeronautical Materials Author : Tutor : GUO Weidong Abstract In recent years, most of China39。 瓦斯爆炸的影響遠(yuǎn)不及如此，所造成的后續(xù)影響依然存在，燃燒后的氣體中有部分氣體會(huì)對(duì)人體造成傷害，引起中毒，因此人群應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離瓦斯爆炸的現(xiàn)場(chǎng)，以免造成二次災(zāi)害 。通過(guò)設(shè)計(jì)并完成鉆機(jī)性能測(cè)試臺(tái)，監(jiān)測(cè)鉆機(jī)工作狀態(tài)下的各項(xiàng)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)解決，從而進(jìn)一步保證了工作人員安全性以及設(shè)備的可靠性。其工作環(huán)境惡劣，因此需要保證鉆機(jī)具有良好的穩(wěn)定性能，還需要具備一定的抗沖擊、抗過(guò)載能力，便于處理各種突發(fā)事故。早期主要是在鉆機(jī)上安裝很多的測(cè)試設(shè)備，在不同的工作時(shí)段對(duì)鉆機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行逐步測(cè)量 [6]。 圖 1. 4 小型鉆機(jī)性能測(cè)試臺(tái) 如今在國(guó)內(nèi)也有很多人對(duì)鉆機(jī)綜合性能自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)調(diào)查研究。另外，摩擦片溫度的提升會(huì)加劇摩擦損耗，從而減少了測(cè)試臺(tái)的使用壽命。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量鉆機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)需要給鉆機(jī)添加一相等的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，保證鉆機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，不會(huì)造成“飛車”。選取合適的磁粉制動(dòng)器就可以 滿足一定范圍內(nèi)對(duì)扭矩加載的使用要求。分布式與網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)的發(fā)展也為人們帶來(lái)了很大的便利，測(cè)試設(shè)備的通信距離減小，連接設(shè)備的纜線數(shù)量也逐漸減小，不同的設(shè)備可以更簡(jiǎn)潔地連接。每個(gè)用戶都可以在虛擬儀器這個(gè)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)自己專有的儀器系統(tǒng)，具有很高程度的開(kāi)放性和靈活性，設(shè)備資源利用也更充分 [14]。論文內(nèi)容安排如下： 第一章 為緒論。 第四章 為測(cè)試臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本章主要展示本論文所完成的主要工作以及以后進(jìn)一步的發(fā)展趨勢(shì)。另外，鉆機(jī)性能測(cè)試臺(tái)也需要具有較快的反應(yīng)能力，可以及時(shí)處理各種參數(shù)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從而盡快維修鉆機(jī)的故障，保證鉆機(jī)正常工作。通過(guò)初步分析鉆機(jī)與測(cè)試臺(tái)所要實(shí)現(xiàn)的功能，可以繪制的測(cè)試臺(tái)方案簡(jiǎn)圖如下： 圖 測(cè)試臺(tái)方案簡(jiǎn)圖 右端鉆機(jī)的鉆桿通過(guò)聯(lián)軸器與測(cè)試臺(tái)輸出軸相連接，可以考慮采用雙萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器用以補(bǔ)償鉆桿與測(cè)試臺(tái)輸出軸的軸向偏差與徑向偏差。 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 12 頁(yè) 本章小結(jié) 本章主要介紹了設(shè)計(jì)原則。第一種是轉(zhuǎn)盤制動(dòng)器主要通過(guò)摩擦力來(lái)提供負(fù)載轉(zhuǎn)矩，這是本小節(jié)的主要部分，通過(guò)詳細(xì)進(jìn)行轉(zhuǎn)盤制動(dòng)器的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析、對(duì)比、論證，確定轉(zhuǎn)盤加載機(jī)構(gòu)的最終設(shè)計(jì)；第二種直接通過(guò)定制大型的磁粉制動(dòng)器，利用電磁原理來(lái)提供負(fù)載轉(zhuǎn)矩，兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。市場(chǎng)上的磁粉制動(dòng)器如下： 圖 3. 1 磁粉制動(dòng)器 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 14 頁(yè) 之所以考慮采用磁粉制動(dòng)器加載這種方案，主要是因?yàn)榇欧壑苿?dòng)器具有以下幾點(diǎn)優(yōu)良特性： (1)可以實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩控制 ， 此外 轉(zhuǎn)矩 與 激磁電流 線性相關(guān) ，可實(shí)現(xiàn) 準(zhǔn)確 控制。受力示意圖如圖所示： 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 15 頁(yè) 圖 3. 3 受力示意圖 1 這種方案會(huì)引起附加彎矩，對(duì)軸和轉(zhuǎn)盤的使用壽命和強(qiáng)度都有削弱。也沒(méi)有軸向力。氣缸和其中一個(gè)桿架固連，氣缸內(nèi)部輸出一根桿。另外，當(dāng)氣缸工作時(shí)，轉(zhuǎn)盤一側(cè)的摩擦片會(huì)先接觸轉(zhuǎn)盤，當(dāng)繼續(xù)加載時(shí)另外一側(cè)會(huì)相繼接觸，然后兩邊一起加載。因此轉(zhuǎn)盤制動(dòng)器的設(shè)計(jì) 主要采用第五種方案進(jìn)行具體三維建模，校核與分析。適用于啟動(dòng)頻繁，經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的中低速、中小功率以及工作可靠性要求高的場(chǎng)合，不易用于重載及軸向尺寸限制的場(chǎng)合。 萬(wàn)向聯(lián)軸器設(shè)計(jì) 萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器用于連接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸，這兩根軸可以不在同一軸線上、也可以存在一定的夾角。Knm)； Pw驅(qū)動(dòng)功率， kw； N萬(wàn)向聯(lián)軸器轉(zhuǎn)速， r/min； Kn萬(wàn)向聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)速修正系數(shù) ； K 萬(wàn)向聯(lián)軸器的兩軸線折角修正系數(shù) ； 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 21 頁(yè) Ka載荷修正系數(shù)。 ~~176。另外，十字軸總成硬度很高，具有良好的耐磨性和高強(qiáng)度特性，直接影響萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器的扭矩傳遞和使用壽命。然后進(jìn)行局部零部件的校核，軸承要進(jìn)行壽命計(jì)算，使整個(gè)測(cè)試臺(tái)系統(tǒng)滿足強(qiáng)度要求。根據(jù)扭矩傳感器所選的型號(hào)，設(shè)計(jì)扭矩傳感器的底座以及并確定與扭矩傳感器相連接的聯(lián)軸器的型號(hào)。具體扭矩傳感器外形尺寸參考如下表 ： 表 扭矩傳感器規(guī)格表 圖 扭矩傳感器尺寸參數(shù) 該型號(hào)扭矩傳感器工作基本原理： 采用應(yīng)變片電測(cè)技術(shù)，在弾性軸上組成應(yīng)變橋，向應(yīng)變橋提供電源即可測(cè)得該弾性軸受扭的電信號(hào)。 注意事項(xiàng)： 安裝時(shí)，不能帶電操作，切莫直接敲打、碰撞傳感器。初步選取的是軸徑105mm 的扭矩傳感器，但是進(jìn)行軸校核的時(shí)候發(fā)現(xiàn)軸徑 105 mm 不能滿足強(qiáng)度要求，跟廠商取得聯(lián)系以后，發(fā)現(xiàn)對(duì)于最大扭矩測(cè)量范圍 30000NM 的扭矩傳感器需要定制。 扭矩傳感器底座的設(shè)計(jì) 根據(jù)選好的扭矩傳感器的型號(hào)，設(shè)計(jì)支撐扭矩傳感器的支撐架，支撐架的高度以及材料和加工方式。扭矩傳感器底座加 工四個(gè)螺紋孔，用于固定在 T 型槽上，螺栓的選取與 T 型槽的選型有關(guān)。 圖 螺栓組受力示意圖 圖 T型槽外形參數(shù) 1 選型參考標(biāo)準(zhǔn)如表 ： 表 T型槽規(guī)格表 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 29 頁(yè) T 型槽 A B C H E F G 基本尺寸 最小尺寸 最大尺寸 最小尺寸 最大尺寸 最小尺寸 最大尺寸 最大尺寸 最大尺寸 最大尺寸 5 10 11 8 10 1 1 6 11 5 6 11 13 8 16 7 8 15 18 10 16 18 7 8 17 21 12 19 21 8 9 20 25 14 23 25 9 11 23 28 18 30 32 12 14 30 36 1 22 37 40 16 18 38 45 28 46 50 20 22 48 56 36 56 60 25 28 61 71 42 68 72 32 36 74 85 4 48 80 85 36 40 84 95 2 6 54 90 95 40 44 94 106 螺栓頂部 T 型槽寬度 A T 型槽間距 P d S K 公稱尺寸 最大尺寸 最大尺寸 M4 9 3 5 20 25 32 M5 10 4 6 25 32 40 M6 13 6 8 32 40 50 M8 15 6 10 40 50 63 M10 18 7 12 40 50 63 80 M12 22 8 14 50 63 80 100 M16 28 10 18 63 80 100 125 M20 34 14 22 80 100 125 160 M24 43 18 28 100 125 160 200 M30 53 23 36 125 160 200 250 M36 64 28 42 160 200 250 320 M42 75 32 48 200 250 320 400 M48 85 36 54 250 320 400 500 北京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 30 頁(yè) 圖 T型槽外形參數(shù) 2 軸的設(shè)計(jì)以及校核 以最大受載扭矩 30000NM，按扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力進(jìn)行最小軸徑估算。負(fù)載扭矩對(duì)螺栓 1 和 2 起到拉伸作用，對(duì)螺栓 3 和 4 起到擠壓作用。以大于轉(zhuǎn)盤半徑為最小設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，初步設(shè)定扭矩傳感器底座的高度。 算得 d=。 動(dòng)力設(shè)備、傳感器、負(fù)載設(shè)備應(yīng)安裝在穩(wěn)固的基礎(chǔ)上，以避免過(guò)大的震動(dòng)，否則可能發(fā)生數(shù)據(jù)不穩(wěn)，降低測(cè)量精度，甚至損壞傳感器。 檢測(cè)精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)。 標(biāo)準(zhǔn)件的選型以及零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 扭矩傳感器選型 扭矩傳感器主要是為了測(cè)量鉆機(jī)工作狀態(tài)下的扭矩大小，可以將扭力的物 理變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)數(shù)碼顯示管直觀地顯示出來(lái)，扭矩傳感器的選型主要參考測(cè)試臺(tái)的最大扭矩測(cè)量范圍，鉆機(jī)的最大輸出扭轉(zhuǎn)力矩為 25000Nm，因此初步確定扭矩傳感器的最大量程為 30000Nm。 鉆機(jī)的工作轉(zhuǎn)矩最大為 25000Nm。另外，查閱了相關(guān)資料，闡述了磁粉制動(dòng)器的工作原理、性能特征、適用條件等等。傳動(dòng)軸的最佳工作長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)適中。在實(shí)際應(yīng)用中，通常通過(guò)限制傳動(dòng)速度以及傳動(dòng)軸的折角來(lái)保證傳動(dòng)平穩(wěn)運(yùn)行。m) () 式中 ： Tn萬(wàn)向聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩， N當(dāng)主動(dòng)軸以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)軸的角速度將隨之作周期性的變化，進(jìn)而產(chǎn)生動(dòng)載荷。 萬(wàn)向聯(lián)軸器有較大的角向補(bǔ)償能力，能可靠地傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)。常用于震動(dòng)很小的工況條件，連接中、高速和剛性不大的且要求對(duì)中性較高的兩軸 [19]