工件的加載試驗是工件力學(xué)性能考核的重要內(nèi)容,是保證產(chǎn)品質(zhì)量與技術(shù)可靠性的必要條件。提高加載效率,縮短試驗時間,降低試驗成本,提高試驗水平-是相關(guān)試驗技術(shù)的發(fā)展趨勢,更是工件試驗的需要。在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域,工程中幾乎所有零件都承受著動態(tài)載荷,所以動態(tài)加載測試反映出的結(jié)果更為安全可靠。直線電機技術(shù)迅猛發(fā)展,提供了很好的動力和載荷運動控制技術(shù)。本文以對試件施加高頻交變載荷的疲勞試驗為例,建立了運用直線電機作為動力源的思路和實現(xiàn)方法。以有鐵芯永磁同步直線電機為動力源,對實施動態(tài)加載及其應(yīng)用的可行性、有效性等問題展開廣泛探索。首先,本文對直線電機作動器定義進行了說明,并對其輸出動態(tài)載荷的相關(guān)問題展開了理論分析。包括輸出動態(tài)載荷的條件、影響因素以及這些因素之間的關(guān)系,傳感器的動態(tài)性能以及作動器的支撐導(dǎo)向等。其次,以所設(shè)計的試驗裝置為例,建立了直線電機作動器的控制模型。利用三閉環(huán)原理來實現(xiàn)對作動器輸出推力的調(diào)節(jié),各閉環(huán)均采用PID控制。本文分別對控制卡的速度環(huán)及位置環(huán)PID進行了參數(shù)整定,并通過MATALB仿真對其進行了調(diào)整優(yōu)化。再次,針對直線電機當前的應(yīng)用現(xiàn)狀,以現(xiàn)有的產(chǎn)品為依托,提出、設(shè)計了一種多臺(兩臺及以上)的“并聯(lián)式”新型結(jié)構(gòu),旨在用來增大電機的輸出推力。同時又如同單臺電機一樣具有較好的動態(tài)性能。本文中著重以三臺電機同步使用為例從機械結(jié)構(gòu),導(dǎo)向以及驅(qū)動控制等方面作了詳細的陳述。最后,為了驗證前述理論、方法的正確性及合理性,設(shè)計了以有鐵芯永磁同步直線電機為驅(qū)動的試驗裝置,并展開了數(shù)百萬次的實驗探索。實驗結(jié)果表明,直線電動機作為高頻動力源,思路是正確的,所提出的結(jié)構(gòu)和使用方法是可行的,最高頻率可以與所有其他動態(tài)加載方式媲美,但是具備了其它方式不具備的優(yōu)秀的控制性能。特別試驗了一種提高加載力的辦法,以直線電機為驅(qū)動將共振原理應(yīng)用于疲勞加載等領(lǐng)域,它可以實現(xiàn)推力放大,極具實用價值。共振可以使直線電機作動器推力放大18.7倍以上,且輸出波形穩(wěn)定。在室溫、無任何冷卻、最大持續(xù)電流模式下,標稱額定輸出900N的作動器實現(xiàn)了 133Hz高頻共振狀態(tài)下11kN以上穩(wěn)定持續(xù)的推力輸出,相比于常態(tài)765N,推力放大了 14倍以上,功率更是放大了近100倍。另外,提出和驗證了三相電流的點位選取對輸出推力有著較大的影響。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM359.4
【部分圖文】：

圖１．１兩種動態(tài)疲勞試驗機??

極大的關(guān)注。在直線電機研究中，直線電機應(yīng)用研宄是重要內(nèi)容之一。由于其在??直線運動方面所具有的獨特優(yōu)勢，近年來在機械加工［？２７］、精密控制＃２９］、交通??運輸［３Ｗ２］以及機床％３４１等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。圖１．２所示為直線電機驅(qū)動的高精度數(shù)??控機床。圖１．３所示為國內(nèi)首條使用直線電機技術(shù)的軌道交通線路［３５］。在高頻應(yīng)??用領(lǐng)域，目前只有振蕩電機泵等少數(shù)產(chǎn)品。??圖１．２?ＤＭＧ數(shù)控機床?圖１．３廣州地鐵四號線??相比于液壓系統(tǒng)能夠輕易使推力達到數(shù)百噸，單臺直線電機在實際工況中所??需要的大推力場合就顯得力不從心。但是現(xiàn)實中以電液伺服為代表的液壓系統(tǒng)的??效率只有大約１０％，這就造成實際應(yīng)用中能源的極大浪費。因此對市場上對大推??力、動態(tài)性能良好的直線電機有著非常廣泛的需求。只是對于目前的情況來說，??直線電機的推力質(zhì)重比較小，大推力輸出的直線電機結(jié)構(gòu)龐大且價格昂貴。??４??

剪切等附件，可以完成萬能試驗機能夠完成的所有試驗任務(wù)。??傳統(tǒng)的伺服直線作動器包含電液伺服液壓缸，伺服電動缸以及伺服氣缸等，??其主要以輸出直線速度以及推力為主［ＩＭ８］。如圖２．１ａ，?ｂ，?ｃ所示。??ａ．電液伺服液壓缸?ｂ．伺服電動缸?ｃ．伺服氣缸??圖２．１三種常見的伺服直線作動器??以克服負載、輸出直線運動的直線電動機，完全具備了類似于液壓油缸、氣??缸、電動缸等作動器的功能特征。因此把以直線電動機為動力源，附加保證直線??運動的所有器件，構(gòu)成可以獨立使用的裝置稱作“直線電機作動器”是合理的。??其以電磁力為原動力，直接作用至輸出構(gòu)件上，具有傳統(tǒng)直線作動器所不具備的??優(yōu)良性能一一高可靠、高效率、高頻率和優(yōu)秀的可控性［１９％。開發(fā)和運用這種新??技術(shù)產(chǎn)品，作為機械基礎(chǔ)件，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。以電磁力伺服直線電??機作動器為動力源的試驗技術(shù)產(chǎn)品有著巨大的市場需求。??２．２三相交流直線電機的工作原理??直線電機是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換為直線輸出動能的裝置。由電磁學(xué)原理可??知，接入三相交流電后，電機動子與定子的氣隙之間將產(chǎn)生平行移動的磁場，即??７??
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本文編號：2839197