摩擦襯墊因數(shù)自動測試系統(tǒng)

1.摩擦襯墊因數(shù)

摩擦襯墊因數(shù)是摩擦提升機防滑安全設(shè)計的重要參數(shù)“，其大小對提升能力及防滑安全具有重要影響。摩擦襯墊因數(shù)受多種因素的影響，在相同工況下，不同的襯墊材料具有不同的摩擦因數(shù)，在不同工況下，相同的襯墊材料其摩擦因數(shù)也不同，能否對摩擦襯墊因數(shù)準(zhǔn)確測量，關(guān)系到提升機的設(shè)計與防滑計算，直接影響提升機的安全運行。而摩擦襯墊因數(shù)受多種因素的影響，其中滑速與比壓對其影響最大，只有在對二者進行精確控制的前提下所測試的摩擦因數(shù)才精確。所以設(shè)計一個能夠可靠、準(zhǔn)確地實現(xiàn)該參數(shù)的自動測試系統(tǒng)十分必要，筆者將基于虛擬儀器的測試技術(shù)與機、電、液技術(shù)相融合，對摩擦襯墊因數(shù)自動測試系統(tǒng)進行了開發(fā)，為提升機的安全可靠設(shè)計提供重要參數(shù)。

2、測試原理

摩擦襯墊因數(shù)測試有現(xiàn)場測試法、模擬機法和平面法，在考慮各種因素的情況下，筆者采用了平面法對摩擦襯墊因數(shù)進行測量。平面測試法3是將摩擦式提升機中，摩擦輪上的微段鋼絲繩與襯墊圓弧的摩擦近似看作平面接觸。平面測試法具有操作簡便、測試裝置及設(shè)備簡單、所需要的村墊材料少等優(yōu)點，容易實現(xiàn)滑速和襯墊比壓的精確控制。平面測試法原理如圖1所。

鋼絲繩在正壓力N的作用下同墊接觸，在外界作用力下鋼絲繩與襯墊間產(chǎn)生相對運動，測得滑動摩擦力F和正壓力N可計算出墊與鋼絲繩的摩擦。

3、?摩擦襯墊因數(shù)自動測試系統(tǒng)總體方案

摩擦襯墊因數(shù)自動測試系統(tǒng)，主要是由摩擦試驗臺、傳感器、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡和 PC 機等組成。其通過數(shù)據(jù)采集卡采集各傳感器數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機中，在PC機中利用LaVIEW軟件編寫程序，對所測數(shù)據(jù)進行分析處理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時顯示、存儲和報表輸出。摩擦襯墊因數(shù)自動測試系統(tǒng)框圖如圖2所示。

2.1摩擦試驗臺

摩擦襯墊試驗臺采用立式布置方式，通過壓的推移完成襯墊同鋼絲繩之間的運動，其結(jié)構(gòu)圖如3所示。

在摩擦襯墊因數(shù)測試過程中，首先利用2個張緊液壓缸1使鋼繩6張緊，然后利用緊液10將襯墊9與鋼絲繩6緊，再用推移液壓缸7經(jīng)連桿8帶動一個裝襯墊的平臺 2直向作直線運動為防止推移平臺在運動過程中發(fā)生側(cè)偏，造成平臺和推移液壓缸活塞桿的打別，設(shè)計中在推移平臺的左右兩端加入2個導(dǎo)向?qū)к?，以此來加強推移平臺運動的平穩(wěn)性，導(dǎo)向的導(dǎo)軌位于框架的內(nèi)側(cè)，并對導(dǎo)軌適當(dāng)潤滑，以減小運行摩擦力。

2.2采集卡及傳感器的確定

根據(jù)系統(tǒng)的測試指標(biāo)要求，在系統(tǒng)中采集4路模擬輸入信號(正)入信號(限位開關(guān)量)3路輸出信壓閥、速閥)9路數(shù)量輸出信號(電源、水、3個三位四通電磁換向閥、1 個二位二通電磁換向閥),在此選NI公司的PCI8613 數(shù)據(jù)采集卡。對上限位開關(guān)量與下限位開關(guān)量信號的采集，選取HONEYWELL的SZL-WLC-E 限位開關(guān)/行程開關(guān)。此型開關(guān)是一種低成本的檢測元件，適合于許多種應(yīng)用環(huán)境，堅固耐用。

2.3信號調(diào)理電路

各傳感器采集的參量一般不能直接接入數(shù)據(jù)采集卡，需要對測試信號進行一定的調(diào)理后才能經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡送入 PC 機中。信號的預(yù)處理主要包括信號放大、濾波等3，本設(shè)計中所選用的位移和力傳感器輸出量均為0~10V(DC)，在采集卡的輸入電壓范圍之內(nèi),因此信號處理時，無需放大，只需設(shè)計濾波電路，從所測量的信號中除去受到外界噪聲的影響而可能存在的尖峰值成分，濾波電路如圖4所示。

4、數(shù)據(jù)采集和信號處理系統(tǒng)設(shè)計

數(shù)據(jù)采集和信號處理系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)存儲、報表輸出等模塊組成，可以實現(xiàn)測試參數(shù)的采集、記錄、存儲、分析、顯示以及報表輸出等功能。在程序開發(fā)過程中運用模塊化的設(shè)計思想，根據(jù)需要組建各功能模塊。主要包括對測試所需數(shù)據(jù)的采集模塊、標(biāo)度變換模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)處理與分析模塊和報表輸出模塊等。

3.1 數(shù)據(jù)采集

在對傳感器的信號進行初步濾波之后，運用LabVIEW 軟件進行數(shù)據(jù)采集，把采集到的數(shù)據(jù)進行存儲。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中可以實時監(jiān)測左、右推力、滑速、正壓力信號以及摩擦襯墊試驗臺的工作狀況并對摩擦襯墊的摩擦因數(shù)實時顯示，如圖 5 所示。數(shù)據(jù)采集程序如圖6所示。

3.2信號處理

在摩擦襯墊測試過程中，由于受機械結(jié)構(gòu)的平衡性、液壓驅(qū)動的平穩(wěn)性、傳感器的測試精度及標(biāo)度誤差、鋼絲繩的非均質(zhì)性和電路元器件材料及制作工藝等因素的影響，采集的信號中可能摻雜噪聲或其他異常信號，而已有摩擦因數(shù)測試系統(tǒng)對信號處理存在不足，雖然在硬件部分已經(jīng)設(shè)計了低通濾波器，但是為了更好地從測試信號中提取出有用的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)必須具有剔除采集數(shù)字序列中存在的異常數(shù)據(jù)以及對采集信號進行消除噪聲處理的能力。

本系統(tǒng)選取絕對均值法來剔除采集數(shù)字序列中存在的異常數(shù)據(jù)。絕對均值法“是指:對零均值數(shù)據(jù)序列 x()求出其數(shù)據(jù)樣本的絕對值的均值，再乘以經(jīng)驗系數(shù)? (通過幾次試算來獲得，一般取 4~5)來確定 W值，當(dāng)lxlz平時，即認為 是數(shù)據(jù)序列中的壞點，應(yīng)加以剔除。信號中的壞點x 剔除后，可用絕對均值替代，在運用絕對均值法剔除異常數(shù)據(jù)后，將零均值數(shù)據(jù)序列再逐點加上已計算出的數(shù)據(jù)均值民即可5。絕對均值法剔除異常數(shù)據(jù)的處理程序如圖 7所示。

本系統(tǒng)選用自適應(yīng)閩值小波消噪技術(shù)對采集信號進行消除噪聲處理。小波值消噪方法是利用小波變換技術(shù)對含有噪聲的信號進行分解和重構(gòu)，通過對小波分解后的各層系數(shù)限定閩值來消除噪聲的方法。由于信號與噪聲在不同的分解尺度上，其幅值及稠密度等特征是完全不同的，因此采用固定闖值對信號進行處理顯然是不合適的。為克服這一弊端，考慮到信號與噪聲隨尺度的增加，幅值所表現(xiàn)出的不同特征，采用自適應(yīng)闖值。

測試系統(tǒng)是基于虛擬儀器設(shè)計的，在此利用 Lab-VIEW與MATLAB聯(lián)合編程來實現(xiàn)自適應(yīng)值小波消噪。利用MATLAB Script 調(diào)用MATLAB 實現(xiàn)對動態(tài)測試信號的實時消噪。消噪程序如圖 8 所示。比較圖 9(a)(b)，用異的方法只是簡單地去掉了原始信號中一些明顯偏大或偏小的信號，不能有效地消除正壓力信號中的噪聲，經(jīng)過處理后的信號中仍然存在大量的噪聲信號，使得后續(xù)的數(shù)據(jù)處理結(jié)果與實際結(jié)果相差較大，影響測試系統(tǒng)的精度。

比較圖 9(a)()可知，用小消后的信相對比較平滑，有效地消除了正壓力信號中的噪聲,為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理、計算、存儲提供了可靠的數(shù)據(jù)使得測試結(jié)果更加符合實際結(jié)果。

END