專利名稱：一種基于直線電機直接傳動的缸套活塞環(huán)摩擦測試系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種缸套活塞環(huán)摩擦測試系統(tǒng)，特別是一種基于直線電機直接傳動的缸套活塞環(huán)摩擦測試系統(tǒng)。
背景技術：
缸套活塞環(huán)是發(fā)動機、內(nèi)燃機等設備中最重要、最關鍵的運動副，也是運行在高溫、高速等惡劣環(huán)境下的一種比較典型的運動副。缸套活塞環(huán)的摩擦特性對發(fā)動機、內(nèi)燃機的可靠、持久運行具有重要的意義?，F(xiàn)有的缸套活塞環(huán)摩擦測試系統(tǒng)采用間接傳動的方式，由旋轉電機、曲軸連構、缸套、活塞環(huán)、活塞桿、上位機組成。旋轉電機通過曲軸連桿與活塞桿連接。在測試系統(tǒng)工作時，旋轉電機驅(qū)動曲軸連桿，將電機旋轉運動轉變?yōu)橹本€往復運動，從而間接驅(qū)動活塞桿帶動活塞環(huán)在缸套中進行直線往復運動。上位機采集活塞環(huán)運動過程中與缸套間的摩擦力信號，采用簡單的擬合算法等對活塞環(huán)的摩擦系數(shù)進行辨識。由于在這種采用間接傳動方式的缸套活塞環(huán)摩擦測試系統(tǒng)中存在中間傳動裝置引起的傳動誤差，所以其傳動精度不高，在進行高頻往復運動時的測量誤差尤為明顯。在對實驗數(shù)據(jù)的處理上，由于只是采用簡單的擬合算法等對活塞環(huán)的摩擦系數(shù)進行辨識，故辨識精度較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于直線電機直接傳動的缸套活塞環(huán)摩擦測試系統(tǒng)，解決現(xiàn)有的采用間接傳動方式的缸套活塞環(huán)摩擦測試系統(tǒng)存在的間隙、低帶寬以及摩擦系數(shù)辨識精度低的問題。一種基于直線電機直接傳動的缸套活塞環(huán)摩擦測試系統(tǒng)，包括:底座、缸套、活塞環(huán)、活塞桿、上位機，還包括:摩擦系數(shù)辨識模塊、導軌、直線電機、驅(qū)動器、連接件、滑塊、力傳感器A、力傳感器B、力傳感器C、力傳感器D、力傳感器支架A、力傳感器支架B、數(shù)據(jù)采集卡；其中，摩擦系數(shù)辨識模塊駐留在上位機內(nèi)，摩擦系數(shù)辨識模塊的功能為實現(xiàn)對活塞環(huán)摩擦系數(shù)的參數(shù)辨識。底座垂直放置在地面上；直線電機、導軌豎直置于底座前方并均與底座螺釘連接，直線電機的運動方向與導軌平行；連接件與直線電機的動子螺釘連接；滑塊置于導軌上，所述滑塊與連接件螺釘連接；活塞桿與滑塊固定連接且所述活塞桿與導軌平行；活塞環(huán)置于活塞桿下部并與活塞桿套接；力傳感器支架A位于滑塊的下端并與導軌螺釘連接；力傳感器支架B置于導軌下端并與導軌螺釘連接；力傳感器A、力傳感器B的上端與力傳感器支架A螺釘連接；缸套豎直放置在兩個力傳感器支架之間，缸套上端分別與力傳感器A、力傳感器B的下端螺釘連接，缸套下端分別與力傳感器C、力傳感器D的上端螺釘連接；力傳感器C的下端、力傳感器D的下端均與力傳感器支架B螺釘連接；活塞桿套有活塞環(huán)的一端伸入缸套內(nèi)；上位機的串口與驅(qū)動器的控制信號輸入端導線連接；驅(qū)動器的驅(qū)動電源輸出端與直線電機的電源輸入端導線連接；上位機與數(shù)據(jù)采集卡由PCI卡槽連接；數(shù)據(jù)采集卡的模擬信號輸入端與力傳感器A、力傳感器B、力傳感器C、力傳感器D的模擬信號輸出端導線連接；數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字信號輸入端與直線電機光電編碼器的輸出端導線連接。本測試系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時，通過上位機將運動指令發(fā)送給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)運動指令輸出相應的驅(qū)動電源信號給直線電機，直線電機進行相應的運動，通過連接件直接驅(qū)動滑塊在導軌上滑動，固定在滑塊上的活塞桿帶動活塞環(huán)在缸套中運動，固定在缸套兩端的力傳感器測量活塞環(huán)與缸套間的摩擦力信號，數(shù)據(jù)采集卡同步采集直線電機光電編碼器輸出的速度脈沖信號以及四個力傳感器測量到的摩擦力信號并送入上位機，控制直線電機進行不同頻率不同運動模式的運動，將采集到的各組速度及對應的摩擦力數(shù)據(jù)送入上位機并保存，駐留在上位機中的摩擦系數(shù)辨識模塊通過這些數(shù)據(jù)對活塞環(huán)的摩擦系數(shù)進行辨識。為了對活塞環(huán)的摩擦系數(shù)進行精確的辨識，摩擦系數(shù)辨識模塊采用基于Lugre模型和粒子群優(yōu)化算法，對采集到的活塞環(huán)的速度、摩擦力信號進行計算處理，實現(xiàn)了活塞環(huán)摩擦系數(shù)的參數(shù)估計。LuGre模型的數(shù)學描述如下:
權利要求
1.一種基于直線電機直接傳動的缸套活塞環(huán)摩擦測試系統(tǒng)，包括:底座(I)、缸套(2)、活塞環(huán)(3 )、活塞桿(4 )、上位機(5 )，其特征在于還包括:摩擦系數(shù)辨識模塊(6 )、導軌(7 )、直線電機(8)、驅(qū)動器(9)、連接件(10)、滑塊(11)、力傳感器A (12)、力傳感器B (13)、力傳感器C (14)、力傳感器D (15)、力傳感器支架A (16)、力傳感器支架B (17)、數(shù)據(jù)采集卡(18);其中，摩擦系數(shù)辨識模塊(6)的功能為:實現(xiàn)對活塞環(huán)(3)摩擦系數(shù)的參數(shù)辨識；摩擦系數(shù)辨識模塊(6)駐留在上位機(5)內(nèi)；底座(I)垂直放置在地面上；直線電機(8、)導軌(7)豎直置于底座前方并均與底座(I)螺釘連接，直線電機(8)的運動方向與導軌(7)平行；連接件(10)與直線電機(8)的動子螺釘連接；滑塊(11)置于導軌(7)上，所述滑塊(11)與連接件(10)螺釘連接；活塞桿(4)與滑塊(11)固定連接，且所述活塞桿(4)與導軌(7)平行；活塞環(huán)(3)置于活塞桿(4)下部并與活塞桿(4)套接；力傳感器支架A (16)位于滑塊(11)的下端并與導軌(7)螺釘連接；力傳感器支架B(17)置于導軌(7)下端并與導軌(7)螺釘連接；力傳感器A (12)、力傳感器B (13)的上端與力傳感器支架A (16)螺釘連接；缸套(2)豎直放置在兩個力傳感器支架之間，缸套(2)上端分別與力傳感器A (12)、力傳感器B (13)的下端螺釘連接，缸套(2)下端分別與力傳感器C (14)、力傳感器D (15)的上端螺釘連接；力傳感器C (14)、力傳感器D (15)的下端與力傳感器支架B (17)螺釘連接；活塞桿(4)套有活塞環(huán)(3)的一端伸入缸套(2)內(nèi)；上位機(5)的串口與驅(qū)動器(9)的控制信號輸入端導線連接；驅(qū)動器(9)的驅(qū)動電源輸出端與直線電機(8)的電源輸入端導線連接；上位機(5)與數(shù)據(jù)采集卡(18)由PCI卡槽連接；數(shù)據(jù)采集卡(18)的模擬信號輸入端與力傳感器A (12)、力傳感器B (13)、力傳感器C (14)、力傳感器D (15)的模擬信號輸出端導線連接；數(shù)據(jù)采集卡(18)的數(shù)字信號輸入端與直線電機(8)的光電編碼器輸出端導線連接； 本測試系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時，通過上位機(5)將運動指令發(fā)送給驅(qū)動器(9)，驅(qū)動器 (9)根據(jù)運動指令輸出相應的驅(qū)動電源信號給直線電機(8)，直線電機(8)進行相應的運動，通過連接件(10)直接驅(qū)動滑塊(11)在導軌(7)上滑動，固定在滑塊(11)上的活塞桿(4)帶動活塞環(huán)(3)在缸套(2)中運動，固定在缸套(2)兩端的力傳感器A (12)、力傳感器B (13)、力傳感器C (14)、力傳感器D (15)測量活塞環(huán)(3)與缸套(2)間的摩擦力信號，數(shù)據(jù)采集卡(18)同步采集直線電機(8)的光電編碼器輸出的速度脈沖信號以及力傳感器A(12)、力傳感器B(13)、力傳感器C (14)、力傳感器D (15)測量到的摩擦力信號并送入上位機(5)，控制直線電機(8)進行不同頻率不同運動模式的運動，將采集到的各組速度及對應的摩擦力數(shù)據(jù)送入上位機(5 )并保存，駐留在上位機(5 )中的摩擦系數(shù)辨識模塊(6 )通過這些參數(shù)對活塞環(huán)(3)的摩擦系數(shù)進行辨識； 為了對活塞環(huán)的摩擦系數(shù)進行精確的辨識，摩擦系數(shù)辨識模塊(6)采用基于Lugre模型和粒子群優(yōu)化算法，對采集到的活塞環(huán)(3)的速度、摩擦力信號進行計算處理，實現(xiàn)了活塞環(huán)(3)摩擦系數(shù)的參數(shù)估計；LuGre模型的數(shù)學描述如下:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于直線電機直接傳動的缸套活塞環(huán)摩擦測試系統(tǒng)，包括底座(1)、缸套(2)、活塞環(huán)(3)、活塞桿(4)、上位機(5)、摩擦系數(shù)辨識模塊(6)、導軌(7)、直線電機(8)、驅(qū)動器(9)、連接件(10)、滑塊(11)、力傳感器A(12)、力傳感器B(13)、力傳感器C(14)、力傳感器D(15)、力傳感器支架A(16)、力傳感器支架B(17)、數(shù)據(jù)采集卡(18)。工作時，直線電機(8)驅(qū)動活塞環(huán)(3)在缸套(2)中往復運動并使內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦，數(shù)據(jù)采集卡(18)采集摩擦力與速度，并將其送入上位機(5)，摩擦系數(shù)辨識模塊(6)對各項摩擦系數(shù)進行辨識。本發(fā)明提高了活塞環(huán)摩擦系數(shù)的辨識精度。
文檔編號G01N19/02GK103175775SQ201310077349
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月12日 優(yōu)先權日2013年3月12日
發(fā)明者弓萌野, 李建冬, 聶光瑋, 張文波 申請人:北京機械設備研究所