基于三維的柴油機(jī)氣缸蓋組合鉆床總體及左主軸箱設(shè)計畢業(yè)論文.doc

基于虛擬測試的風(fēng)機(jī)狀態(tài)測試系統(tǒng)的設(shè)計1第一章概述風(fēng)機(jī)使用面廣，種類繁多，遍及國民經(jīng)濟(jì)的各部門，利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流做介質(zhì)進(jìn)行工作，可實現(xiàn)清選、分離、加熱烘干、物料輸送、通風(fēng)換氣、除塵降溫等多種工作。所以，在我國的冶金、有色金屬、化工、建材和煤炭等部門，風(fēng)機(jī)得到了廣泛地應(yīng)用。風(fēng)機(jī)的工作是以輸送流量、產(chǎn)生全壓、所需功率及效率來體現(xiàn)的，這些工作參數(shù)之間存在著相應(yīng)的關(guān)系，當(dāng)流量與轉(zhuǎn)速變化時，會引起其他參數(shù)相應(yīng)的變化。為了正確選擇、使用風(fēng)機(jī)1，必須了解這些參數(shù)間的相互關(guān)系。由于風(fēng)機(jī)理論至今仍欠完善，所以風(fēng)機(jī)狀態(tài)參數(shù)的獲取主要依賴于狀態(tài)試驗。風(fēng)機(jī)狀態(tài)測試試驗是在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況卜，改變風(fēng)機(jī)的流量，檢測風(fēng)機(jī)各狀態(tài)參數(shù)，并繪制狀態(tài)曲線的過程。目前，風(fēng)機(jī)用戶為了提高經(jīng)濟(jì)效益，在選擇風(fēng)機(jī)時對它的各項狀態(tài)指標(biāo)提出了更為嚴(yán)格的要求，如壓力，流量，轉(zhuǎn)速，功率，噪聲，可靠性等。同時，風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家為了提高產(chǎn)品的競爭能力，在努力改進(jìn)氣動設(shè)計，提高機(jī)械加工的同時，也對風(fēng)機(jī)狀態(tài)試驗的研究和開發(fā)給予了高度的重視。由此可見，風(fēng)機(jī)狀態(tài)試驗對于成品的檢驗和新產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)都至關(guān)重要，特別是對于大型、特型風(fēng)機(jī)以及單件、小批量而且氣流特性有特殊要求的情況，狀態(tài)試驗尤為重要。長期以來，我國的風(fēng)機(jī)測試手段比較落后，主要以手動操作試驗過程、手工測量試驗數(shù)據(jù)、手工繪制曲線為主，存在測量手段落后，測量精度不高和勞動強(qiáng)度大等缺點2。隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，我國工業(yè)自動化程度越來越高，使得風(fēng)機(jī)參數(shù)的自動采集成為可能。近年來，我國少數(shù)單位在通風(fēng)機(jī)測試技術(shù)方面有了新的研究或使用了微型計算機(jī)3，但他們有的測試參數(shù)不完全，只能完成某一部分的測試任務(wù)；有的測試系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，不能作為通用系統(tǒng)得以推廣。所以，目前在國家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，如何利用高新科技手段實現(xiàn)風(fēng)機(jī)狀態(tài)的自動檢測與分析已成為國內(nèi)多數(shù)風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家及風(fēng)機(jī)研究單位的迫切需要4?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步為代表，不斷更新的計算機(jī)技術(shù)從各個層面上影響、引導(dǎo)各行各業(yè)的技術(shù)更新?；谟嬎銠C(jī)技術(shù)的虛擬儀器以不可逆轉(zhuǎn)的力量推動著測控技術(shù)的革命。虛擬儀器系統(tǒng)的概念不僅推進(jìn)了以儀器為基礎(chǔ)的測控系統(tǒng)的改造，同時也影響了以數(shù)據(jù)采集為主的測試系統(tǒng)構(gòu)造方法的進(jìn)化，過去獨立分散、互不相干的許多領(lǐng)域，在虛擬儀器系統(tǒng)的概念下，正在逐漸靠攏、相互影響，并形成新的技術(shù)方法和技術(shù)規(guī)范。虛擬儀器技術(shù)能充分利用計算機(jī)獨具的運算、存儲、回放、調(diào)用、顯示及文件管理等智能化功能，同時把傳統(tǒng)儀器的專業(yè)化功能和面板控件軟件化，使之與計算機(jī)融為一體，構(gòu)成一臺從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同，同時又充分享用計算機(jī)智能資源的全新儀器系統(tǒng)。應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)，可以用較少的資金、較少的系統(tǒng)開發(fā)和維護(hù)費用，用比過去更少的時間開發(fā)出功能更強(qiáng)、質(zhì)量更可靠的產(chǎn)品和系統(tǒng)。56所以，為提高風(fēng)機(jī)狀態(tài)試驗測試系統(tǒng)的狀態(tài)，并考慮到風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家及科研院所的實際需求，本課題采用在現(xiàn)有風(fēng)機(jī)狀態(tài)試驗臺的基礎(chǔ)上利用計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、儀器技術(shù)的結(jié)合(即虛擬儀器)，設(shè)計一種具有如下特點的計算機(jī)輔助風(fēng)機(jī)狀態(tài)自動測試與分析系統(tǒng)。(1)自動采集風(fēng)機(jī)狀態(tài)試驗數(shù)據(jù)，且各項參數(shù)指標(biāo)達(dá)到國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)7。(2)自動控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。(3)自動進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，且實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、打印、查詢等功能。(4)自動繪制風(fēng)機(jī)狀態(tài)曲線。(5)系統(tǒng)界面友好，操作方便，便于用戶使用?；谔摂M測試的風(fēng)機(jī)狀態(tài)測試系統(tǒng)的設(shè)計2第二章系統(tǒng)總體方案的確定2.1風(fēng)機(jī)狀態(tài)試驗方法由于風(fēng)機(jī)內(nèi)部流體運動的復(fù)雜性，至今還不能用理論的方法精確計算出它的各種損失，因而不能正確的計算出各種狀態(tài)參數(shù)，所以用計算的方法得到的狀態(tài)曲線與實際工作狀態(tài)曲線之間存在較大差異，特別是對于非設(shè)計工況，計算值與實際值的誤差更大。因此，風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)參數(shù)由試驗得到，試驗的目的在于確定工作狀態(tài)曲線，從而確定風(fēng)機(jī)的工作范圍，以便向用戶提供可靠的使用數(shù)據(jù)。2.1.1風(fēng)機(jī)狀態(tài)參數(shù)89風(fēng)機(jī)狀態(tài)試驗裝置分為風(fēng)室式和風(fēng)管式兩類。風(fēng)室式試驗裝置由流量測試管路、風(fēng)室、輔助通風(fēng)機(jī)、流量調(diào)節(jié)器和整流器等組成，根據(jù)腔室與通風(fēng)機(jī)進(jìn)口和出口的連接方式不同，分為進(jìn)氣風(fēng)室和出氣風(fēng)室兩種試驗裝置；風(fēng)管式試驗由測試管路、流量調(diào)節(jié)裝置、整流裝置及錐形連接管等組成，根據(jù)試驗管路與通風(fēng)機(jī)進(jìn)氣口和出氣口的連接方式不同，分為進(jìn)氣、出氣、進(jìn)出氣三種試驗裝置。(l)進(jìn)氣試驗:這種布置形式只在風(fēng)機(jī)進(jìn)口裝設(shè)管道，如圖2一1所示。氣體從集流器l進(jìn)入吸風(fēng)管道2，再流入葉輪3，在管道進(jìn)口處裝有調(diào)節(jié)風(fēng)量用的錐形節(jié)流門4，并在吸風(fēng)管道中放置測量流量用的畢托管5和靜壓測管6。(2)排氣試驗:這種布置形式只在風(fēng)機(jī)出口設(shè)置管道，如圖2一2所示。氣體從集流器1進(jìn)入葉輪2，由葉輪流出的氣體從排風(fēng)管道3流出，用出口錐形二冷流門4調(diào)節(jié)流量，并在管道上裝設(shè)靜壓測管5和畢托管6。(3)進(jìn)排氣聯(lián)合試驗:這種布置形式是在風(fēng)機(jī)進(jìn)出口都裝設(shè)管道，如圖2一3所示。氣體由集流器1進(jìn)入吸風(fēng)管2。經(jīng)葉輪3流入排風(fēng)管道4，然后排出，在出口裝一錐形節(jié)流門5調(diào)節(jié)風(fēng)量。并在進(jìn)出口管道上裝設(shè)靜壓測管6和畢托管7。在試驗中采用哪一種布置形式，可根據(jù)各自的習(xí)慣及現(xiàn)場的試驗條件來決定。例如送風(fēng)機(jī)是從大氣吸入空氣，經(jīng)管道送入爐膛，應(yīng)采用排氣試驗裝置。引風(fēng)機(jī)是抽出爐膛的煙氣使之排入大氣，則應(yīng)采用進(jìn)排氣聯(lián)合試驗裝置。因本系統(tǒng)原有試驗臺為一風(fēng)管式試驗臺，所以，本系統(tǒng)采用風(fēng)管式排氣試驗裝置。圖2一l進(jìn)氣試驗裝置1一集流器2一進(jìn)氣風(fēng)管3一葉輪4一錐形節(jié)流門5一畢托管6一靜壓測管圖2一2排氣試驗裝置1一集流器2一葉輪3一排氣風(fēng)管4一錐形節(jié)流門5一靜壓測管6一畢托管基于虛擬測試的風(fēng)機(jī)狀態(tài)測試系統(tǒng)的設(shè)計3圖23進(jìn)排氣試驗1一集流器2一吸風(fēng)管3一葉輪4一排風(fēng)管5一錐形節(jié)流閥6一靜壓測管7一畢托管由風(fēng)機(jī)狀態(tài)試驗方法可以看出，風(fēng)機(jī)狀態(tài)試驗應(yīng)主要完成試驗數(shù)據(jù)的測量、風(fēng)機(jī)試驗臺的控制、風(fēng)機(jī)狀態(tài)參數(shù)的計算和風(fēng)機(jī)狀態(tài)曲線的繪制四部分內(nèi)容。所以，如何使這四部分功能自動實現(xiàn)是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。2.2虛擬儀器技術(shù)及其應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)是日益發(fā)展的計算機(jī)技術(shù)、儀器技術(shù)密切結(jié)合，共同孕育出的一項新成果，是90年代計算機(jī)系統(tǒng)和儀器系統(tǒng)技術(shù)革命的產(chǎn)物。以計算機(jī)作為儀器統(tǒng)一的硬件平臺，充分利用計算機(jī)獨具的運算、存儲、回放、調(diào)用、顯示及文件管理等智能化功能，同時把傳統(tǒng)儀器的專業(yè)化功能和面板控件軟件化，使之與計算機(jī)融為一體，構(gòu)成一臺從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同，同時又充分享用計算機(jī)智能資源的全新儀器系統(tǒng)。由于儀器的專業(yè)化功能和面板控件都是由軟件形成，因此國際上把這類新型儀器稱為“虛擬儀器”12。虛擬儀器首先由美國國家儀器公司(NationalInstrumentsCorporation簡稱NI)于1986提出。虛擬儀器的出現(xiàn)，徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義，用戶無法改變的模式。它給用戶一個充分發(fā)揮自己才能和想象力的空間，用戶(而不是廠家)可以隨心所欲的根據(jù)自己的需要，設(shè)計自己的儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的儀器需求。在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件只是為了解決信號的輸入與輸出，軟件才是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，任何一個使用者都可以通過修改軟件的方法，很方便的改變、添減儀器系統(tǒng)的功能和規(guī)模，所以有“軟件就是儀器”之說。傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器的比較如表2一l所示；1314。從這個比較中不難看出虛擬儀器的巨大優(yōu)越性。虛擬儀器系統(tǒng)的概念是測控系統(tǒng)的抽象，不管是傳統(tǒng)的還是虛擬的儀器，它們的功能都是相同的:采集數(shù)據(jù)，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后顯示并處理結(jié)果。它們的不同主要表現(xiàn)在靈活性方面。虛擬儀器由用戶自己定義，這就意味著我們可以自由組合計算機(jī)平臺、硬件、軟件以及各種完成應(yīng)用系統(tǒng)所需的附件，而這種靈活性是由供應(yīng)商定義的傳統(tǒng)儀器上達(dá)不到的。結(jié)合實際情況，我國正處于競爭激烈的市場經(jīng)濟(jì)潮流之中，作為科J汗部門要多出成果；作為生產(chǎn)、制造部門，要盡快開發(fā)出新產(chǎn)品，把新產(chǎn)品推向市場，同時還要考慮生產(chǎn)率、效率、成本、質(zhì)量等諸多因素。所以應(yīng)用最現(xiàn)代化的手段，最新的技術(shù)，構(gòu)建簡潔、實用、可靠、完備和高狀態(tài)/價格比的應(yīng)用系統(tǒng)是必不可少的。從90年代中期以來，國內(nèi)的哈爾濱工業(yè)人學(xué)、重慶大學(xué)、西安交通大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、中科泛華電子科技公司等院校和高科技公司，在研究和開發(fā)虛擬儀器產(chǎn)品和虛擬儀器設(shè)計平臺以及引進(jìn)消化NI公司、HP公司的產(chǎn)品等方面做了一系列有益工作，并取得了一批矚目的成果。據(jù)世界儀表與自動化雜志報道，21世紀(jì)初，虛擬儀器的生產(chǎn)廠家將超過千家，品種將達(dá)到數(shù)千種，市場占有率將達(dá)到電測與電控儀器的50%。美國Geomatics公司于19%年采用虛擬儀器開發(fā)工具一LabVIEw軟件開發(fā)了自動灌溉系統(tǒng)；美國Goldsmith種子公司于1997年利用虛擬儀器開發(fā)工具開發(fā)了計算機(jī)自動化秧苗分析系統(tǒng)(CASA)；密執(zhí)基于虛擬測試的風(fēng)機(jī)狀態(tài)測試系統(tǒng)的設(shè)計4安工業(yè)大學(xué)于1996年開發(fā)了柴油機(jī)實驗室自動化數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都具有同類系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)點。161718表2一l虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較15傳統(tǒng)儀器虛擬儀器儀器由廠商定義用戶自己定義硬件是關(guān)鍵軟件是關(guān)鍵儀器功能規(guī)模固定系統(tǒng)規(guī)模功能可通過軟件增減修改封閉的系統(tǒng)，與其他設(shè)備連接受限基于計算機(jī)的開發(fā)系統(tǒng)，可方便的同外設(shè)，網(wǎng)絡(luò)及其它應(yīng)用程序連接價格昂貴價格低，可重復(fù)利用技術(shù)更新慢（周期5-10年）技術(shù)更新快（周期1-2年）開發(fā)和維護(hù)費用高軟件結(jié)構(gòu)大大節(jié)省了開發(fā)和維護(hù)費用基于虛擬儀器的諸多特點，并結(jié)合國內(nèi)外應(yīng)用虛擬儀器開發(fā)的測試與分析系統(tǒng)的實例，本課題采用虛擬儀器技術(shù)對風(fēng)機(jī)狀態(tài)試驗中試驗數(shù)據(jù)自動采集、風(fēng)機(jī)工況自動調(diào)節(jié)、試驗數(shù)據(jù)自動處理等進(jìn)行研究，研制一套風(fēng)機(jī)狀態(tài)計算機(jī)自動檢測與分析系統(tǒng)，以實現(xiàn)試驗過程的自動化，解除以往人工試驗的繁瑣過程，且消除試驗過程中測量及計算誤差，提高試驗結(jié)果的可靠性。2.3基于虛擬儀器的風(fēng)機(jī)狀態(tài)試驗方法為適合現(xiàn)代測試系統(tǒng)的要求，需進(jìn)行風(fēng)機(jī)試驗臺的改造并設(shè)計適合的測試手段與測試方法，即進(jìn)行系統(tǒng)總體方案的設(shè)計。由風(fēng)機(jī)狀態(tài)試驗的過程可知其測試系統(tǒng)主要完成以下工作:風(fēng)機(jī)狀態(tài)參數(shù)的測量；風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制:風(fēng)機(jī)狀態(tài)曲線的繪制；2.3.1方案比較與選擇19202122從整體規(guī)劃出發(fā)，并著眼于系統(tǒng)將來的發(fā)展和使用推廣前景，且考慮方案的實用性、可行性和通用性，作者經(jīng)過廣泛的調(diào)研，對國內(nèi)外各種虛擬儀器的功能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析23-27，結(jié)合本系統(tǒng)的特點和要求，對此系統(tǒng)提出了以下方案:(l)風(fēng)機(jī)狀態(tài)參數(shù)的測量流量測量:流量測量方法有孔板測量法、動壓管測量法、進(jìn)口集流器測量法28。動壓管測量法是在風(fēng)管管道中安裝皮托管，皮托管接至傾斜微壓計，由傾斜微壓計讀出風(fēng)管內(nèi)的靜壓與全壓，再經(jīng)過計算得到流量。在試驗過程中，皮托管每次所測數(shù)值只是皮托管所在位置的壓力值，要想測得管路的平均壓力值，需要根據(jù)等面積環(huán)法在管路的不同位置多次測量后取其平均值，此種方法存在測量過程復(fù)雜，測量精度不高等缺點?？装鍓翰罘ㄊ窃陲L(fēng)管的適當(dāng)位置安裝節(jié)流孔板，氣流經(jīng)過孔板后，壓力發(fā)生改變，根據(jù)孔板前后的壓力差即可計算出經(jīng)過風(fēng)管的體積流量29。孔板壓差法不僅可一次測定風(fēng)機(jī)流量，而且測值準(zhǔn)確，所以本系統(tǒng)采用孔板壓差法來測量流量。功率測量:功率測量方法有電測法和扭矩法.電測