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小功率直流电机负载装置的设计与研究
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摘要：0 引言 中车株洲电力机车有限公司为马来西亚生产的SCS动车组从交付到现在已运营了9年，一些车门系统所用直流电机已出现故障，需要维修。在修复完电机后需要验证它是否可装车使用
0 引言
中车株洲电力机车有限公司为马来西亚生产的SCS动车组从交付到现在已运营了9年，一些车门系统所用直流电机已出现故障，需要维修。在修复完电机后需要验证它是否可装车使用，有时仅对电机通电使它空转并不能说明它的状态良好，需要对它施加负载，并检测一些性能参数来判断其状态，因此考虑为电机检修设计一种负载装置。
1 设计思路
本文拟提出一种结构简单、操作方便、成本较低的电机负载装置，并对其进行动力学研究。设计思路来源于简单直观的力学模型：重物与绕过定滑轮的钢丝绳一端联接，电机通过适当的方式将钢丝绳另一端向上拉，此时重物即给电机提供负载。
由于需要对电机正、反转时的状态均进行验证，要将这个力学模型转化成实际工程可用的负载装置要解决的问题是：如何使电机反转，如何在电机反转时给它提供同样大小的负载。解决方案是：采用合适的电气元件控制通过电机的电流，在重物上升到一定高度后自动换向，并且在电机正、反转时分别承受相同质量的不同重物施加的负载，这两个重物对电机的作用相互独立，即在一个重物作为负载被向上拉升时，另一重物不对电机产生作用力。
电机循环反转，重物被拉升向上又回到初始位置以便再次作为负载，如此往复，因此考虑采用螺纹传动，电机驱动丝杆旋转，丝杆螺母沿着平行于丝杆的导轨带动滑块一起平移，而与重物相连的钢丝绳的另一端与滑块固定，在滑块平移到导轨端部时电机自动反转。
在理论计算的过程中发现，如果丝杆直接与电机输出轴同轴线固定从而以相同转速旋转，需要的重物质量较大，因此采用了一对齿轮“放大”从重物传递到电机输出轴的扭矩，以减小所需重物的质量。
2 系统组成
根据以上设计思路对该负载装置进行设计。该负载装置由机械部分和电气部分组成，机械部分的主要作用是提供整个系统的支撑和传递负载，电气部分的主要作用是控制电机自动反转及提供需要的电磁力。
2.1 机械结构
该负载装置的机械结构，如图1所示(电气部分的线缆和继电器等电气元件在图中略)。
1—支架组成；2—重物；3—滑轮组成；4—电源模块；5—滑轮座组成(1)；6—导轨；7—丝杆；8—滑轮座组成(2)；9—齿轮；10—齿轮安装座；11—丝杆安装座；12—丝杆螺母；13—滑块组成(1)；14—滑块组成(2)；15—滑块组成(3)；16—钢丝绳；17—接近开关；18—电磁铁；19—电机；20—联轴器。图1电机负载装置示意图
支架组成的主体部分采用焊接结构；大齿轮的轴与电机的输出轴通过联轴器联接，小齿轮安装在丝杆端部；左、右(下文出现的左、右均为面向图1朝里看)两个滑轮组成分别安装在滑轮座组成(1)和滑轮座组成(2)上，右端的滑轮组成的安装位置与左端的滑轮组成的安装位置沿垂向错开一定距离，从而使两根钢丝绳在工作台以上部分沿垂向也错开一定距离，防止左、右两边的钢丝绳发生干涉；丝杆螺纹的旋向采用右旋；导轨通过紧固件安装在支架组成的工作平台上；滑块组成(2)通过一块连接板与丝杆螺母固定从而一起水平移动；滑块组成(1)、(2)、(3)均由直线轴承和固定在其上的支架或连接板组成，左、右两端拉重物的钢丝绳分别与滑块组成(3)和滑块组成(1)的支架相连，并且两个连接点沿垂向错开一定距离；重物由不同厚度的金属板叠加而成，可根据需要增加或减少金属板的数量从而调整负载大小；在两端重物的正下方，各有一圈护栏连接在支架组成上，其作用是防止重物在重力作用下落到地面上后倾翻或偏离落地点距离远而在被起吊后影响负载的稳定性；在重物的落地点垫上一层软性材料以缓冲重物落地时对地面的冲击，同时也防止重物弹起或倾翻；选取合适的钢丝绳长度，以使重物在落到地面后钢丝绳还处于松弛状态，防止重物在下落过程中对相应的钢丝绳和滑块组成产生过大的冲击。
2.2 电气原理及元件
电气部分主要由电源模块、控制回路和主回路等组成，电气原理图，如图2所示[1-2]。
图2 电气原理图
两个NPN常开型接近开关(SQL、SQR)分别安装在导轨左、右两端，作用是在滑块组成(1)或滑块组成(2)运动到其感应范围内时通过相应的继电器自动改变电机的电流方向并使相应的电磁铁通电产生吸力；两块电磁铁(YAL、YAR)分别安装在左、右两个滑轮座组成上，作用是当滑块组成(1)或滑块组成(2)运动到接近开关的感应范围内时产生吸力将其吸住，从而使电机在反转后只受到另一端的负载作用，电磁铁断电后，被其吸住的滑块组成将在重物所受重力的作用下平移到导轨另一端；两个延时继电器(KT1、KT2)的作用是当接近开关感应到滑块组成运动到其感应范围内时延迟设定的时间再反向接通主回路，以防止电机受到损坏；各中间继电器起到控制电路通断的作用；电源模块提供所需直流电压，并集成了3个按钮开关；自锁按钮SB3为控制回路的总开关，常开按钮SB1和SB2能在滑块组成不在开关的感应范围内时切换电机的转向。
文章来源：《自动化应用》 网址: http://www.zdhyyzz.cn/qikandaodu/2021/0611/1626.html
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