[发明专利]一种电主轴加载测试系统及方法

权利要求书

1.一种电主轴加载测试系统，包括被测电主轴，其特征在于：还包括第一变频器、加载电主轴、转矩／转速传感器、第二变频器、电参数测量仪、转速转矩仪、工控机和信号采集装置；

所述信号采集装置包括温度传感器、加速度传感器、噪声传感器和位移传感器；

所述加载电主轴与转矩／转速传感器通过第一联轴器连接；

所述被测电主轴与转矩／转速传感器通过第二联轴器连接；

所述转矩／转速传感器的输出端连接转速转矩仪的输入端，转速转矩仪的输出端连接工控机的输入端；

所述第一变频器的输入端和第二变频器的输入端分别连接工控机的控制端口，第一变频器的输出端连接加载电主轴；第二变频器的不同输出端分别连接被测电主轴和电参数测量仪的输入端，电参数测量仪的输出端连接工控机的输入端；

所述信号采集装置的各传感器的输出端连接工控机。

2.根据权利要求1所述的电主轴加载测试系统，其特征在于：还包括冷却系统，冷却系统的输入端连接工控机的控制输出端，冷却系统的两个输出端分别连接加载电主轴和被测电主轴，冷却系统的另一个输出端连接工控机的输入端。

3.根据权利要求1所述的电主轴加载测试系统，其特征在于：还包括润滑装置，该装置通过空压机供应压缩空气，润滑装置的输入端连接工控机的控制输出端，润滑装置的不同输出端分别连接工控机的输入端、加载电主轴和被测电主轴。

4.根据权利要求1所述的电主轴加载测试系统，其特征在于：所述被测电主轴、加载电主轴、转速／转矩传感器均通过夹具固定在工作台上。

5.根据权利要求2所述的电主轴加载测试系统，其特征在于：所述冷却系统采用水冷装置，该装置的供水管路设有调节冷却水速度的可控阀。

6.根据权利要求3所述的电主轴加载测试系统，其特征在于：所述润滑装置采用油气润滑装置，该装置的油气管路设有调节油气流量的调节阀。

7.根据权利要求4所述的电主轴加载测试系统，其特征在于：所述将被测电主轴的夹具、加载电主轴的夹具、转速／转矩传感器的夹具均在底部设有导向槽，且工作台上设有导轨，被测电主轴的夹具、加载电主轴的夹具、转速／转矩传感器的夹具装配在该导轨上。

8.采用权利要求1所述的电主轴加载测试系统进行电主轴加载测试的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：启动润滑装置中空气压缩机向储气罐充气，待气压上升到设定值时，工控机控制第一变频器和第二变频器开始工作；

步骤2：通过工控机设定第一变频器和第二变频器频率，确定加载电主轴和被测电主轴速度；

步骤3：检查润滑装置的油气管路内供油状态是否正常，是，则进行步骤4，否则通过调节阀调节油气流量；

步骤4：检查冷却系统的冷却水进出水是否正常，是，则进行步骤5，否则，通过可控阀调节冷却水速度；

步骤5：转矩／转速传感器采集加载电主轴与被测电主轴间的转矩／转速，并经转速转矩仪传输至工控机；

步骤6：电参数测量仪采集第二变频器的电力参数，并输出至工控机；

步骤7：工控机根据采集到的加载电主轴与被测电主轴间的转矩／转速信号进行加载测试，即进行被测电主轴空载特性测试及被测电主轴负载特性测试；

步骤7.1：在加载电主轴与被测电主轴同步等速的旋转条件下，电参数测量仪采集被测电主轴的定子电压和定子电流，并传输至工控机，结合转速／转矩仪的测量结果，计算获得被测电主轴的效率、输入功率和输出功率，即得到被测电主轴空载特性；

步骤7.2：降低加载电主轴转速，使被测电主轴处于负载状态，此时，电参数测量仪采集被测电主轴的定子电压和定子电流，并传输至工控机，结合转速／转矩仪的测量结果，计算获得被测电主轴的效率、输入功率和输出功率，即得到被测电主轴负载特性；

步骤8：进行被测电主轴与加载电主轴的空载损耗测试；

步骤8.1：将被测电主轴与加载电主轴分离开，关闭加载电主轴的变频器，启动被测电主轴，并设定被测电主轴转速、工作频率、冷却系统的冷却水温、冷却水流速、润滑系统的油气流量;

步骤8.2：电参数测量仪采集被测电主轴的定子电压和定子电流，并传输至工控机，计算获得被测电主轴的输入功率P_测1；

步骤8.3：将被测电主轴与加载电主轴连接，在不改变工况参数情况下，启动被测电主轴，电参数测量仪采集被测电主轴的定子电压和定子电流，并传输至工控机，计算获得此时被测电主轴的输入功率P_测2；

步骤8.4：将被测电主轴的排线接到加载电主轴，设定加载电主轴的工况参数与被测电主轴相同，通过第一变频器采集加载电主轴的输入功率P′_测2；

步骤8.5：将被测电主轴与加载电主轴分离，在不改变工况参数情况下，第一变频器测得加载电主轴的输入功率P′_测1；

步骤8.6：计算加载电主轴的风阻摩擦损耗和被测电主轴的风阻摩擦损耗；

加载电主轴的风阻摩擦损耗为被测电主轴连接加载电主轴时的被测电主轴输入功率与被测电主轴与加载电主轴分离开时被测电主轴的输入功率之差，L_WF1=P_测2-P_测1；

被测电主轴的风阻摩擦损耗为被测电主轴连接加载电主轴时的加载电主轴输出功率与被测电主轴与加载电主轴分离开时加载电主轴的输出功率之差，L_WF2=P′_测2-P′_测1；

步骤9：进行被测电主轴加载损耗测试；

步骤9.1：连接被测电主轴与加载电主轴，启动第一变频器，启动并检查冷却系统与润滑装置的正常工作；

步骤9.2：设定加载电主轴的运行频率，加载电主轴运行稳定后，设定负载和工况参数，并测得被测电主轴的电流I₁输入功率P_负1和输出功率P_出1；

步骤9.3使被测电主轴空载，设定目标转速，以改变工况参数，即改变被测电主轴频率和负载大小，并测得被测电主轴在不同频率、不同负载、不同冷却条件、不同润滑条件下的电流I_n、功率P_负n和输出功率P_出n；

步骤9.4：计算被测电主轴的铜损L_Cun=3I_n²R；被测电主轴的铁损L_ironn=P_负n-L_Cu-P_出n-L_WF1-L_WF2；电阻R由测量得到；

步骤10：温度传感器、加速度传感器、噪声传感器和位移传感器分别采集被测电主轴的温度信号、振动信号、噪声信号和位移信号，并将采集到的信号传输至工控机；

步骤10.1：将被测电主轴与加载电主轴连接，启动并检查冷却系统与润滑装置正常工作；

步骤10.2：设定被测电主轴起始频率和采样间隔，启动电主轴并运行稳定后，设置运行工况参数；

步骤10.3：通过温度传感器采集被测电主轴的温度，通过加速度传感器采集被测电主轴的振动信号，通过噪声传感器采集被测电主轴的噪声信号，通过位移传感器采集被测电主轴的位移信号，并将各信号传输至工控机显示；

步骤11：将被测电主轴空载特性测试及被测电主轴负载特性测试结果数据、空载损耗测试结果数据、被测电主轴加载损耗测试结果数据传输至工控机显示。