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河北华利机械配件有限公司

手轮操作力测量装置设计(二)

2014/9/3 11:24:59
4    软件设计
        本系统工作流程图如图5所示。采用手动触发方式,测试前先进行电桥平衡,至指示灯亮后表明电桥已平衡,表明可以开始进行测量。复位电桥平衡按钮和串口发送数据按钮后,一旦按下电源开关按钮,测试装置就被触发开始采样并存储,按下停止采样按钮后,测试装置停止采样,并记录下最后1个数据的存储地址,为防止测量装置在不断电情况将传输数据线直接接到电脑上即热插拔而导致芯片损坏,同时由于电池容量有限,因此在测试完毕后就关闭电源。回收存储装置后再开机将数据上传到上位机上进行处理。
5    实验分析
5.1    标定实验
        为了验证手轮力测量系统扭矩测量的测量精度,采用扭力校准装置对测量系统进行对比测量实验。使用联轴器连接扭力校准测试装置与扭矩传感器,轴垂直于地面放置,测量仪平行于地面安装在应变式扭矩传感器上,因此测量仪自重对扭矩测量标定实验无影响。手动加载模式施加一定扭力,待扭矩示值稳定后读数,4次实验测量结果如表1所示。
        由测试数据误差分析可知,在0~2N·m以内,操作力测量系统测试相对误差小于5%,比较其误差值,表明该系统具有一定的系统误差,但这些误差可通过修正解决。
        由图7测量结果可知,信号初始时稳定在0N·m,当施加力矩后,信号明显增大,1~2s时间内扭矩迅速增加到最大值,由于人工施加力不够稳定,信号不够平滑,从2s开始施加力稳定在0.98N·m时,稳定10s后停止施加力,信号回落到最低点。
5.2    手轮操作力实验
        为验证扭矩测量装置测量手轮力的可行性,在某口径火炮上进行了手轮操作力测试实验:
        实验1:操作手柄使手轮转动一圈,操作时尽量保证平稳,与传统采用弹簧测力计方法在施力速度大致相同情况下测出的数据比较较为吻合,表明采用该测量装置在转速稳定情况下测量手轮力是可行的。
        实验2:为测试手轮连续转动过程中手轮力大小变化,操作原手柄转动手轮3圈,该实验重复2次,施加力时速度有差异。
        第1组实验数据显示测得的扭矩峰值均值为2.36N·m,第2组实验数据测得的扭矩峰值均值为2.59N·m,稍大于前者。比较其转动时间,第2组转动速度较快,且各波峰处较为陡峭,由此可知当加快转速时,阻碍手轮转动的扭矩T即扭矩测量装置测得的值将增大,由于本实验中采用手动转动手轮,不能保证匀速旋转,当转动加速度不为0时,不能从测量数据直接获取手轮大小。因此采用手动旋转手轮转动多圈难以保证匀速情况下,仅测量扭矩不便于直接获得手轮力。但可通过同步测量手轮转动角加速度,从而计算出手轮力的大小,或采用电机施加匀速的力,从而换算出手轮力。
6    结论
        分析了火炮手轮力的测试原理,设计了基于存储测试方法的便携式操作力测量系统。实验结果表明,系统测量精度较好,操作简便。在测量手轮力时当施加1个较为稳定的力时单独测量出的扭矩可直接换算出手轮力,手动操作不能施加匀速的力,因此可采用电机施加恒定的力,或在手动施加力情况下同步测试手轮轴转动角加速度的方法换算出手轮力。当评价不同火炮同一类型手轮操作力问题时,宜在保证施加力匀速情况下进行测量和比较,消除手动带来的不确定因素。如果从操作者的习惯和生理特性方面考虑即需要手动操作时,采用同时测量扭矩和手轮轴角加速度的方法准确换算出手轮力大小。
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