專利名稱：一種模擬加載裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于高壓開關(guān)的電動操動機構(gòu)和小操作功的彈簧操動機構(gòu)的模擬加載裝置。
背景技術(shù)：
高壓開關(guān)的電動操動機構(gòu)和小操作功的彈簧操動機構(gòu)在出廠試驗過程中，經(jīng)常使用空載、配高壓開關(guān)負(fù)載或臥式模擬試驗裝置等試驗方式試驗。其一，使用空載方式試驗， 無法檢測機構(gòu)額定輸出轉(zhuǎn)矩的可靠性；其二，配高壓開關(guān)負(fù)載試驗裝置方式試驗，由于高壓開關(guān)本為產(chǎn)品，其機械壽命有限，其阻力矩會隨使用頻度迅速下降，數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性變差，維修成本高，不適合作為常期檢驗操動機構(gòu)輸出轉(zhuǎn)矩的試驗裝置；其三，采用臥式模擬試驗裝置試驗方式，目前多數(shù)的臥式模擬試驗裝置存在與被試操動機構(gòu)安裝不方便，無法測量機構(gòu)輸出角度，單次加載阻力矩大小恒定，無法貼近高壓開關(guān)阻力矩的實際變化，也就是說， 該裝置僅能實現(xiàn)恒定阻力矩的加載，且轉(zhuǎn)動慣量不可調(diào)整，其模擬效果差。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種模擬加載裝置及利用該裝置進(jìn)行高壓開關(guān)的電動操動機構(gòu)和小操作功的彈簧操動機構(gòu)的模擬加載試驗的方法，考核上述操動機構(gòu)輸出轉(zhuǎn)矩的大小和可靠性、研究新產(chǎn)品的輸出轉(zhuǎn)矩和使用壽命等，從而控制產(chǎn)品的質(zhì)量，提升產(chǎn)品的可靠性。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的
一種模擬加載裝置，包括
一箱體，用于實現(xiàn)操動機構(gòu)程序控制的可變加載試驗；
—操動機構(gòu)，通過與水平安裝接口對接，利用箱體內(nèi)角度測控儀的設(shè)定功能，實現(xiàn)對其進(jìn)行程序控制的可變加載試驗；
一計算機測控系統(tǒng)，用于操動機構(gòu)的機械運動特性的測量和顯示；
所述箱體內(nèi)設(shè)置有電氣控制系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)分別連接有加載程序控制器和角度測控儀，加載程序控制器連接有加載器，角度測控儀連接有光柵編碼器，加載器依次連接慣性組件、光柵編碼器和速度傳感器，速度傳感器和角度測控儀分別連接至計算機測控系統(tǒng)；加載器通過箱體上設(shè)置的水平安裝接口與試品機構(gòu)相連；計算機測控系統(tǒng)連接至計算機測控系統(tǒng)。
本發(fā)明所述裝置中
所述角度測控儀包括依次相連的信號轉(zhuǎn)換電路、計數(shù)器、單片機CPU、D/A轉(zhuǎn)換電路、接點輸出電路和分壓電路。
所述加載程序控制器包括依次連接的PWM脈寬調(diào)制電路、驅(qū)動電路、電流采樣電路和誤差比較放大電路。
相應(yīng)地，本發(fā)明還給出了一種利用上述模擬加載裝置進(jìn)行操動機構(gòu)加載試驗方法，包括
光柵編碼器測量與操動機構(gòu)主軸同步轉(zhuǎn)動的加載器中心主軸轉(zhuǎn)角，它以脈沖信號的形式輸出至角度測控儀，角度測控儀經(jīng)過計算顯示中心主軸的轉(zhuǎn)角，并輸出與預(yù)先設(shè)定的起控角度對應(yīng)的模擬電壓，該模擬電壓輸出到加載程序控制器的輸入端，控制加載程序控制器輸出直流穩(wěn)恒電流至加載器，控制加載器內(nèi)部的磁場強度，進(jìn)而控制加載器的阻力矩；速度傳感器和角度測控儀還為外部計算機測控系統(tǒng)提供位移信號和斷口信號，以滿足機械特性測量。
本發(fā)明所述方法中
所述角度測控儀將事先設(shè)定的起控角度值包括小數(shù)點設(shè)定、倍率設(shè)定、手動起控角度設(shè)定、初始值設(shè)定、密碼設(shè)定、輸出方式設(shè)定和復(fù)位時間設(shè)定。
所述角度測控儀在接到光柵編碼器脈沖信號后，依次經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路、計數(shù)器、單片機(CPU)、D/A轉(zhuǎn)換電路、接點輸出電路至分壓電路，最后輸出模擬電壓，并顯示角度值。
所述加載程序控制器在接到角度測控儀輸入的模擬電壓后，經(jīng)過PWM脈寬調(diào)制以后，經(jīng)驅(qū)動電路、電流采樣和誤差比較放大電路回路后，進(jìn)行對比反饋，輸出控制電流。
該裝置的操動機構(gòu)可快速與水平安裝接口對接，使用者利用角度測控儀的設(shè)定功能，實現(xiàn)對操動機構(gòu)的程序控制的可變加載試驗和角度測量等功能。其具有結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便、工作可靠、性能穩(wěn)定、使用壽命長和免維護(hù)等優(yōu)點，能夠非常有效的對高壓開關(guān)用電動操動機構(gòu)和小操作功的彈簧操動機構(gòu)實現(xiàn)程序控制的模擬加載試驗。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的模擬加載裝置具有下述特點
I)本裝置能夠?qū)崿F(xiàn)加載的阻力矩的大小和加載時段受角度測控儀控制，且其轉(zhuǎn)動慣量可調(diào)整，其模擬效果更接近各類高壓開關(guān)的真實負(fù)載；
2)該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、免維護(hù)、壽命長，能夠作為長期考核操動機構(gòu)的額定輸出轉(zhuǎn)矩、動作時間、工作壽命的試驗設(shè)備等；
3)該裝置與操動機構(gòu)水平對接時，可實現(xiàn)快速、簡便的安裝。
4)能夠通過光柵編碼器測量機構(gòu)輸出轉(zhuǎn)角。
本發(fā)明可以完全消除現(xiàn)有技術(shù)中三種試驗方法的缺點，滿足各類操動機構(gòu)的加載試驗，并且在單次加載過程中，實現(xiàn)了可變載荷的加載，同時可以匹配一定重量的慣性組件，使得該加載裝置經(jīng)過程序控制、手動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了其負(fù)載特性更接近于高壓開關(guān)負(fù)載， 它的適用性非常強。使用壽命達(dá)3至5年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過使用高壓開關(guān)作為負(fù)載試驗裝置的壽命(根據(jù)使用頻度計算，其壽命僅為一個月)，可以實現(xiàn)操動機構(gòu)轉(zhuǎn)角的測量，并為外部計算機測控系統(tǒng)提供了傳感器接口。該發(fā)明的試驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定、免維護(hù)、成本低。


圖I為模擬加載裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為加載器受控制框圖。
圖3為角度測控儀內(nèi)部原理框圖。
圖4為角度測控儀程序設(shè)定框圖。
圖5為加載程序控制器的原理框圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
如圖I所示，一種模擬加載裝置，包括用于實現(xiàn)對操動機構(gòu)進(jìn)行程序控制的可變加載試驗的箱體；還包括通過與水平安裝接口對接，利用箱體內(nèi)角度測控儀的設(shè)定功能，實現(xiàn)對被試操動機構(gòu)的程序控制的可變加載試驗，計算機測控系統(tǒng)用于操動機構(gòu)的機械運動特性的測量和顯示；
箱體內(nèi)設(shè)置有電氣控制系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)分別連接有加載程序控制器和角度測控儀，加載程序控制器連接有加載器，角度測控儀連接有光柵編碼器，加載器依次連接慣性組件、光柵編碼器和速度傳感器，速度傳感器、角度測控儀和電氣控制系統(tǒng)分別連接計算機測控系統(tǒng)；加載器通過箱體上設(shè)置的水平安裝接口與操動機構(gòu)相連。
該裝置中，由于設(shè)置了加載程序控制器連接有加載器，能夠?qū)崿F(xiàn)加載試驗，能夠考核機構(gòu)額定輸出轉(zhuǎn)矩的可靠性。
水平安裝接口位于箱體之上，箱體內(nèi)布置的加載器、慣性組件、光柵編碼器、角度測控儀和速度傳感器全部位于安裝接口之下，呈上下串聯(lián)布置狀態(tài)，而其它部件均安裝于箱體內(nèi)部或面板之上。該裝置由于其特定的布置方式，其結(jié)構(gòu)緊湊、維修成本低。
水平安裝接口，它安裝在箱體上部，在箱體內(nèi)部，加載器、慣性組件、光柵編碼器和速度傳感器安裝在一根軸線上，并最終固定在箱體內(nèi)側(cè)。根據(jù)不同操動機構(gòu)的需要，可調(diào)整慣性組件重量，到達(dá)其接近高壓開關(guān)的平均轉(zhuǎn)動慣量。
如圖2所示，光柵編碼器將主軸的運動轉(zhuǎn)角以脈沖數(shù)的形式傳輸至角度測控儀， 角度測控儀將預(yù)先設(shè)定(圖4)的角度值輸出開關(guān)信號至加載程序控制器的程序輸入端，控制加載程序控制器實時輸出對應(yīng)的直流電流，控制加載器的阻力矩。從而實現(xiàn)了單次可變載荷的控制功能。
如圖3所示，角度測控儀包括依次相連的信號轉(zhuǎn)換電路、計數(shù)器、單片機(CPU)、D/ A轉(zhuǎn)換電路、接點輸出電路和分壓電路。角度測控儀在接到光柵編碼器脈沖信號后，依次經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路、計數(shù)器、單片機(CPU)、D/A轉(zhuǎn)換電路、接點輸出電路至分壓電路，最后輸出模擬電壓，并顯示角度值。
如圖5所示，加載程序控制器包括依次連接的PWM脈寬調(diào)制電路、驅(qū)動電路、電流采樣電路和誤差放大比較電路。加載程序控制器在接到角度測控儀輸入的模擬電壓后，經(jīng)過PWM脈寬調(diào)制以后，經(jīng)驅(qū)動電路、電流采樣電路、誤差比較放大電路回路后，進(jìn)行對比反饋，輸出控制電流。
發(fā)明利用上述模擬加載裝置進(jìn)行高壓開關(guān)的操動機構(gòu)的加載試驗，其內(nèi)部的動作原理為光柵編碼器測量加載器中心主軸(與機構(gòu)主軸同步轉(zhuǎn)動)轉(zhuǎn)角，它以脈沖信號的形式輸出至角度測控儀，角度測控儀經(jīng)過計算顯示中心主軸的轉(zhuǎn)角，并輸出與起控角度對應(yīng)的模擬電壓(圖3)，該模擬電壓輸出到加載程序控制器的輸入端，控制加載程序控制器(圖 5)輸出直流穩(wěn)恒電流，該直流穩(wěn)恒電流輸入到加載器，控制加載器內(nèi)部的磁場強度，進(jìn)而控制加載器的阻力矩；速度傳感器和角度測控儀還為外部計算機測控系統(tǒng)提供位移信號和斷口信號，以滿足機械特性測量的需求；內(nèi)部電氣控制系統(tǒng)除為內(nèi)部各器件供電以外，主要為控制各類型操動機構(gòu)而設(shè)計，使用配套電纜即可與操動機構(gòu)的電氣接口對接。
角度測控儀將預(yù)先設(shè)定的角度值輸出開關(guān)信號，包括小數(shù)點設(shè)定、倍率設(shè)定、手動起控角度設(shè)定、初始值設(shè)定、密碼設(shè)定、輸出方式設(shè)定和復(fù)位時間設(shè)定(見圖4)。
電氣控制系統(tǒng)是一個通用性強的系統(tǒng)，它可以控制多種類型的試品機構(gòu)進(jìn)行分、 合閘操作以及自動操作。角度測控儀和速度傳感器為外部計算機控制系統(tǒng)提供信號輸出， 從而實現(xiàn)機構(gòu)帶模擬負(fù)載的機械特性測量的功能。
測試時，將操動機構(gòu)的主軸與加載器的專用聯(lián)軸器對接，并將操動機構(gòu)的機構(gòu)箱固定于水平安裝接口，這樣就實現(xiàn)了操動機構(gòu)配模擬加載器的裝配。再在箱體內(nèi)，根據(jù)對應(yīng)機構(gòu)的型號，簡單選擇配用的慣性組件(配重塊)。之后，即可起動電氣控制系統(tǒng)，并按照技術(shù)要求手動設(shè)定角度測控儀的起控角度的脈沖數(shù)和輸出的模擬電壓。最后，選擇自動或手動按鈕，即可實現(xiàn)整套裝置的配操動機構(gòu)的模擬加載試驗。在必要時，可外接計算機測控系統(tǒng)，對操動機構(gòu)配模擬加載器的機械特性進(jìn)行測量。
本發(fā)明的模擬加載裝置，用于高壓開關(guān)的電動操動機構(gòu)和小操作功的彈簧操動機構(gòu)的模擬加載試驗，考核公司上述操動機構(gòu)輸出轉(zhuǎn)矩的大小和可靠性，研究新產(chǎn)品輸出轉(zhuǎn)矩，使用壽命等，從而控制產(chǎn)品的質(zhì)量，提升產(chǎn)品的可靠性。從而有效的提高了配試的效率， 降低了維修費、材料費等維護(hù)成本。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施方式
僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.ー種模擬加載裝置，其特征在于，包括 一箱體，用于實現(xiàn)操動機構(gòu)程序控制的可變加載試驗； 一操動機構(gòu)，通過與水平安裝接ロ對接，利用箱體內(nèi)角度測控儀的設(shè)定功能，實現(xiàn)對其進(jìn)行程序控制的可變加載試驗； ー計算機測控系統(tǒng)，用于操動機構(gòu)的機械運動特性的測量和顯示； 所述箱體內(nèi)設(shè)置有電氣控制系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)分別連接有加載程序控制器和角度測控儀，加載程序控制器連接有加載器，角度測控儀連接有光柵編碼器，加載器依次連接慣性組件、光柵編碼器和速度傳感器，速度傳感器和角度測控儀分別連接至計算機測控系統(tǒng)；カロ載器通過箱體上設(shè)置的水平安裝接ロ與試品機構(gòu)相連；計算機測控系統(tǒng)連接至電氣控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種模擬加載裝置，其特征在于，所述角度測控儀包括依次相連的信號轉(zhuǎn)換電路、計數(shù)器、單片機CPU、D/A轉(zhuǎn)換電路、接點輸出電路和分壓電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種模擬加載裝置，其特征在于，所述加載程序控制器包括依次連接的PWM脈寬調(diào)制電路、驅(qū)動電路、電流采樣電路和誤差比較放大電路。
4.ー種基于權(quán)利要求I所述的模擬加載裝置對操動機構(gòu)進(jìn)行模擬加載的試驗方法，其特征在于，包括 光柵編碼器測量與操動機構(gòu)主軸同步轉(zhuǎn)動的加載器中心主軸轉(zhuǎn)角，它以脈沖信號的形式輸出至角度測控儀，角度測控儀經(jīng)過計算顯示中心主軸的轉(zhuǎn)角，并輸出與預(yù)先設(shè)定的起控角度對應(yīng)的模擬電壓，該模擬電壓輸出到加載程序控制器的輸入端，控制加載程序控制器輸出直流穩(wěn)恒電流至加載器，控制加載器內(nèi)部的磁場強度，進(jìn)而控制加載器的阻力矩；速度傳感器和角度測控儀還為外部計算機測控系統(tǒng)提供位移信號和斷ロ信號，以滿足機械特性測量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的操動機構(gòu)的加載試驗方法，其特征在干，所述角度測控儀將預(yù)先設(shè)定的起控角度值包括小數(shù)點設(shè)定、倍率設(shè)定、手動起控角度設(shè)定、初始值設(shè)定、密碼設(shè)定、輸出方式設(shè)定和復(fù)位時間設(shè)定。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的操動機構(gòu)的加載試驗方法，其特征在于，所述角度測控儀在接收到光柵編碼器脈沖信號后，依次經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路、計數(shù)器、單片機(CPU)、D/A轉(zhuǎn)換電路、接點輸出電路至分壓電路，最后輸出模擬電壓，并顯示角度值。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的操動機構(gòu)的加載試驗方法，其特征在于，所述加載程序控制器在接到角度測控儀輸入的模擬電壓后，經(jīng)過PWM脈寬調(diào)制以后，經(jīng)驅(qū)動電路、電流采樣和誤差比較放大電路回路后，進(jìn)行對比反饋，輸出控制電流。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種模擬加載裝置，包括箱體、置于箱體內(nèi)的電氣控制系統(tǒng)，加載器、加載程序控制器、光柵編碼器、角度測控儀和速度傳感器，及操動機構(gòu)和計算機測控系統(tǒng)；光柵編碼器測量與試品機構(gòu)主軸同步轉(zhuǎn)動的加載器中心主軸轉(zhuǎn)角，并將脈沖信號輸出至角度測控儀，經(jīng)計算顯示中心主軸的轉(zhuǎn)角，并輸出與預(yù)先設(shè)定的起控角度對應(yīng)的模擬電壓到加載程序控制器的輸入端，控制加載程序控制器輸出直流穩(wěn)恒電流至加載器，進(jìn)而控制加載器的阻力矩，以滿足機械特性測量。本發(fā)明裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便、工作可靠、性能穩(wěn)定、使用壽命長、成本低和免維護(hù)等優(yōu)點，該裝置可有效地對高壓開關(guān)用電動操動機構(gòu)和小操作功的彈簧操動機構(gòu)實現(xiàn)程序控制的模擬加載試驗。
文檔編號G05B19/042GK102981434SQ20121049299
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月27日
發(fā)明者張和順, 陳怡 , 高馳, 楊煜龍 申請人:中國西電電氣股份有限公司