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摘 要

随着现代人生活条件的提升，飞机作为速度最快的交通工具，不论在生活还是军事方面都越来越受人们的青睐，对于飞机每个细节部位的性能、精度要求越来越高。齿轮箱是飞机发动机中的一个重要部件，试验台是飞机在高空飞行过程中发动机齿轮箱做各种机械传动试验的位置，它可以验证齿轮箱的综合性能和齿轮箱是否符合出厂要求和飞行要求，也可以为产品的改进提供依据。随着自动化水平的逐步提高，对于飞机发动机齿轮箱试验台的各种跑合试验要求也越来越高，因此控制系统设计的意义重大。本文主要讲述了齿轮箱试验台的总体设计原理、电路图的设计、各种硬件选型以及使用软件编程。结合齿轮箱试验台的工作原理、特点，决定采用电封闭型试验台，控制电路为三台三相电机相互配合完成试验台的运作，整个系统采用了IPC和S7-1500作为CPU来控制整个系统，下位机STEP7作为编程软件的程序设计。

关键词：PLC 齿轮箱试验台 控制系统设计

Control System Design of Aircraft Engine Gearbox Test Bench Based on S7-1500

Abstract

With the improvement of living conditions of modern people, aircraft, as the fastest means of transportation, is becoming more and more popular in both life and military aspects, and requires more and more performance and precision for every detail part of the aircraft. gear box is an important part of aircraft engine. the test bench is the position of engine gear box to do various mechanical transmission tests during high altitude flight. it can verify the comprehensive performance of gear box and whether the gear box meets the requirements of factory and flight. it can also provide the basis for product improvement. With the gradual improvement of automation level, all kinds of running and closing of aircraft engine gearbox test bench

Key words:PLC，Gearbox Test Bench，Control System Design

目 录

摘要 Ⅱ

Abstract Ⅲ

第一章 绪论 1

1.1课题的意义 1

1.2齿轮箱简介 1

1.3齿轮箱试验台国内外研究进展及现状 1

1.3.1国内研究进展 2

1.3.2国外研究进展 2

1.4 课题研究手段及技术路线 3

1.4.1本课题要研究或解决的问题 3

1.4.2拟采用的研究手段 3

1.5小结 5

第二章 试验台控制系统分析 6

2.1齿轮箱试验台分类及特点 6

2.1.1功率开放型试验台 6

2.1.2功率封闭型试验台 6

2.2测控系统设计原理分析 7

2.2.1被测参数分析 7

2.2.2总线的选择 8

2.2.3 总体方案分析 9

2.2.4 IPC与PLC控制系统分析 11

2.3数字量模拟量分析 11

2.3.1模拟量分析 12

2.3.2数字量分析 12

2.3.3模拟量输入输出模块选择 12

2.4液压系统控制分析 13

2.5测控系统总体方案确定 13

2.6小结 16

第三章飞机发动机齿轮箱试验台测控系统硬件设计 17

3.1电路主要功能分析 17

3.1.1电机启停、调速、扭矩 17

3.1.2电机正反转 17

3.1.2变频器选型 17

3.2液压系统控制电路设计 18

3.3电机选型 18

3.4传感器选型 19

3.4.1压力传感器 19

3.4.2温度传感器 23

3.4.3流量传感器 25

3.4.4扭矩转速传感器 27

3.5其他电气元器件选型 29

3.5.1空气开关 29

3.5.2中间继电器 29

3.5.3交流接触器 30

3.5.4熔断器 30

3.6电气柜选型 31

3.7小结 31

第四章 飞机发动机齿轮箱试验台测控系统软件设计 33

4.1STEP7软件介绍 33

4.2I/O口分配 33

4.3软件编程 34

4.4小结 40

第五章 经济性分析 41

5.1为什么要经济性分析 41

5.2元器件清单表 41

5.3小结 42

结语 43

致谢 43

参考文献 43

第一章 绪论

1.1课题的意义

飞机发动机是一种内部结构复杂且零部件精密的机械，它为飞机在飞行过程中提供动力。关于飞机发动机的研究，该项目难度系数较高，我国在这个领域的水平相对落后，世界上也仅有美国、俄罗斯等少数国家能完成。搭建飞机发动机试验台，对航空发动机进行轴承性能、疲劳试验，对于我国航空发动机的发展具有十分重要的作用。①获得发动机在运行时的可靠数据，丰富产品数据库；②对可能出现的故障进行排除，保证飞行人员安全；③关键性能参数的评估，为不同类型的航空发动机提供优化参数。

1.2齿轮箱简介

齿轮箱内部是由多个齿轮的传动构成的，通过内部齿轮的机械传动带动其他部位运动，随着生产水平的提高，齿轮箱也被使用到综合性能要求更高的飞机发动机上，因此齿轮箱结构设计提出了更高的要求。

图1-1齿轮箱实物图

1.3齿轮箱试验台国内外研究进展

根据国家标准GB/T19073-2003中试验方法和检验规则的运转试验要求，需要对发动机齿轮箱进行轴承性能和疲劳试验，对电机转速、转矩等参数控制，对温度、压力、流量等参数的测量、以及控制系统中的开关量控制等功能^[3]。

1.3.1国内研究现状

我国大量应用的齿轮箱试验台有风电发动机齿轮箱、采煤机齿轮箱，船用齿轮箱，高铁用齿轮箱等，齿轮箱起到传递扭矩和动力的作用，调节运动机构的速度和扭矩，齿轮箱试验台的设计大同小异。本文以公开发表的风电齿轮箱试验台为参考，研究其组成结构和功能。

国内风电齿轮箱制造商南京高精齿轮有限公司作为国内风电齿轮箱制造的领头羊已建成5.8MW齿轮箱试验台^[5]。

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