基于虛擬儀器的多繩摩擦提升機襯墊摩擦系數(shù)溫控系統(tǒng)的設計

1.測定襯墊摩擦系數(shù)實驗機的結構

圖1為摩擦襯墊實驗機襯墊盒結構簡圖。該部分由襯墊夾緊裝置和襯墊盒推移裝置組成。夾緊裝置由夾緊油缸5實現(xiàn)對襯墊的夾緊并且獲得計算摩擦系數(shù)所需的夾緊力的大小。推移裝置采用2個壓力傳感器4和9共同推移襯墊盒 6這樣不僅可以直接測試出鋼絲繩3與襯墊間的摩擦力消除系統(tǒng)的摩擦力,而且還可以有效消去鋼絲繩與襯墊之間的側向力,從而提高了系統(tǒng)的測試精度。由夾緊力和推移力可得出摩擦襯墊摩擦系數(shù)和實際許用摩擦系數(shù),由襯墊摩擦系數(shù)的測試值.通過換算得到實際許用的摩擦系數(shù)值。

2.基于虛擬儀器的實驗機溫控系統(tǒng)設計

2.1溫控系統(tǒng)的設計思想

當摩擦襯墊和鋼絲繩發(fā)生劇烈的相對滑動時在襯墊表面將會積聚大量熱量.從而導致襯墊和鋼絲繩的接觸表面溫度升高,引起襯墊摩擦性能的改變甚至損壞失效。根據(jù)實驗室條件,在鋼絲繩的周圍設計一個加熱裝置，該裝置外殼采用絕熱材料在保證與襯墊始終處于較近距離,同時可以隨著襯墊盒一同向上運動,從而實現(xiàn)較高溫度對襯墊摩擦系數(shù)影響的研究。根據(jù)試驗條件的要求使溫控系統(tǒng)的控制溫度在室溫至120C的范圍內可調2.2溫控系統(tǒng)的硬件設計

該溫控系統(tǒng)采用了虛擬儀器的設計思想。虛擬儀器技術是儀器技術與計算機技術高度結合的產(chǎn)物,具有系統(tǒng)組建靈活,功能多樣易于修改和維護等諸多優(yōu)點。

圖2是溫控系統(tǒng)的硬件組成原理圖,其中雙向可控硅作為執(zhí)行機構可驅動電阻絲加熱器。襯墊表面的溫度值采用進口K型熱電偶感溫線測量，采集到的微電壓信號采用配套的K型熱電偶溫度變送器模塊將信號調理至2~10V之后由CB-68LP端子板連接至數(shù)據(jù)采集卡模擬量輸入通道。數(shù)據(jù)采集卡采用NI公司的PCI-MIO-16E-4，最后由虛擬儀器軟件調用數(shù)據(jù)采集函數(shù)實現(xiàn)對溫度信號的采集和讀取。

通過虛擬儀器將采集來的溫度與設定的溫度進行比較經(jīng)PID控制算法運算后輸出控制信號送到數(shù)據(jù)采集卡PCI-MIO-16E-4的模擬量輸出通道再通過端子板CB-68LP送到可控硅調壓器的輸入端可控硅調壓器根據(jù)輸入信號的大小來控制雙向可控硅的導通角從而控制電熱絲的發(fā)熱量達到溫度控制的目的。溫控系統(tǒng)的軟件設計2.3

(1)溫控系統(tǒng)的主操作界面在該界面上，“無控制”、“PID 控制”“結束程序”3個控制按鈕使用一個族(Cluster)控件組合在一起,當其中任意一個按鈕被按下時,其他2個按鈕將自動處于非啟用狀態(tài)。

在該界面上，不僅可以設定系統(tǒng)的加熱溫度，還可以選擇溫度控制的模式。當系統(tǒng)的溫度達到控制溫度要求時，“溫度達到”報警燈點亮。在該過程的同時通過界面上的Chart 控件可隨時觀測PVSP和Output 三個量的變化曲線 (用3種顏色線條區(qū)分)同時從界面中讀出相應的數(shù)值大小。對于異常曲線可以用“清除曲線”按鈕將曲線擦除當系統(tǒng)溫度達到設定值時按下“開始測試”按鈕即可進入到襯墊摩擦系數(shù)測試的界面中去。(2)溫度信號的采集和處理根據(jù)PID的控制算法首先應該知道過程變量py的大小因此在這里應該對襯墊表面的溫度信號進行采集和讀取使用LabVIEW程序中的信號采集中級函數(shù)來實現(xiàn)此功能。由于系統(tǒng)溫度變化比較緩慢,故可采用較低的采樣頻率。對于采集到的點,在很短的時間內,采用基于算術平均值與分批估計的方法來處理.對于采集到溫度電壓信號可通過換算得到實際的溫度值.并顯示在面板中。

(3)溫度控制的2種方式

根據(jù)使用要求，在程序中對溫度控制設定了2種方式，第1種是由操作者設定PID的控制參數(shù)KT和程序根據(jù)此參數(shù)進行 PD運算輸出控制信號。第2種是參數(shù)自整定的 PID控制當把前面板上控制手柄Toggle Switch 撥到“參數(shù)自整定位置時系統(tǒng)啟動自整定控制算法在程序中使用 VIServer 技術來控制面板上TED和PID控制參數(shù)控件的顯示屬性。在不可用狀態(tài)，以灰色顯示程序結束時自動保存歷史數(shù)據(jù)并對Chart中的歷史數(shù)據(jù)清零，從而靈活地對程序界面進行控制增強了程序的功能。

3.摩擦系數(shù)的溫度實驗

摩擦系數(shù)反映材料的表面形貌載荷滑動速度、接觸形式以及溫度之間的相互作用.測試條件對襯墊摩擦系數(shù)的測試結果影響很大。根據(jù)摩擦襯墊的實際工況，利用該溫度控制裝置做了如下實驗來研究在不同條件下溫度對于襯墊摩擦系數(shù)的影響。

(1)環(huán)境溫度對襯墊摩擦系數(shù)的影響為了避免實驗中受到摩擦溫升的干擾測試比壓選取1MPa相對滑速選取0.5mm/s。在0~35C的環(huán)境溫度范圍內，利用所設計的摩擦襯墊試驗機.對5種新型的襯墊試樣分別進行了座擦系數(shù)的測試。測試過程中，每隔5C左右測量1次座擦系數(shù)然后對不同環(huán)境溫度下所測得的摩擦系數(shù)值進行比較。

實驗結果;襯墊的摩擦系數(shù)值在環(huán)境溫度較低時下降比較緩慢,隨著環(huán)境溫度的升高,襯墊摩擦系數(shù)值下降趨勢加快

(2)表面溫度對襯墊摩擦系數(shù)的影響

采用人工加熱的方式對襯墊表面溫度進行控制.來模擬襯墊和鋼絲繩的接觸表面所形成的摩擦熱在較高的相對滑速下對襯墊摩擦系數(shù)的影響。仍使用以上5種新型的襯墊試樣作為測試對象。首先利用所設計的溫控裝置對所測試溫度進行設定，當襯墊表面溫度達到預設值允許誤差范圍內時迅速開始測試。測試中從40C開始每隔10C對襯墊的摩擦系數(shù)值進行一次測量。

實驗結果:隨著襯墊表面溫度的升高使用的5種襯墊試樣的摩擦系數(shù)值均有不同程度的下降。但是.當襯墊表面溫度比較高時,摩擦系數(shù)值下降開始變的緩慢當溫度繼續(xù)升高到某一值時,摩擦系數(shù)值甚至出現(xiàn)小幅度的上升

(3)不同條件下溫度對襯墊摩擦系數(shù)的影響

①不同比壓下溫度對襯墊摩擦系數(shù)的影響本次實驗中，使用一個襯墊試樣作為研究對象研究襯墊摩擦系數(shù)在不同的比壓下隨著溫度升高的變化規(guī)律。

實驗結果:在幾種不同試比壓下,襯墊的摩擦系數(shù)隨著溫度的升高總體上都是下降的,但摩擦系數(shù)在較高的某一表面溫度時,又會有小幅度的上升;在相同的溫度下,測試比壓越大,襯墊的摩擦系數(shù)越小,且摩擦系數(shù)下降的幅度隨著比壓的增大將減小;襯墊摩擦系數(shù)出現(xiàn)由下降變?yōu)樯仙霓D折點溫度隨著比壓的增大有降低的趨勢且上升的幅度相對增大。

②不同滑速下溫度對襯墊摩擦系數(shù)的影響實驗結果:在不同相對滑速下,襯墊的摩擦系數(shù)隨著襯墊表面溫度的升高均呈下降趨勢在襯墊表面溫度較高時.其摩擦系數(shù)又會有小幅度的轉折上升;當溫度相同時相對滑速越大襯墊的摩擦系數(shù)越大并且襯墊的摩擦系數(shù)值增加的幅度隨著滑速的增加將減小

③不同表面狀況下溫度對襯墊摩擦系數(shù)的影

響

本次實驗研究;在不同表面狀況下,襯墊摩擦系數(shù)隨著環(huán)境溫度的變化規(guī)律。

實驗結果:隨著環(huán)境溫度的升高,不同表面狀況下,襯墊的摩擦系數(shù)均有下降的趨勢:相同的環(huán)境溫度下涂抹戈培油的襯墊摩擦系數(shù)較之干燥和淋水狀況更小涂油較多時襯墊表面的摩擦系數(shù)下降則更為明顯。

4.實驗結論

(1)襯墊摩擦系數(shù)隨著環(huán)境溫度和襯墊表面溫度的升高會降低，但降低的幅度在不同的溫度下有所差異特別是在表面溫度較高時.其摩擦系數(shù)減小幅度會變緩,甚至出現(xiàn)反彈的現(xiàn)象:(2)相同的溫度下,測試比壓越大墊的摩擦系數(shù)相對越小摩擦系數(shù)下降的幅度隨著比壓的增大將減小出現(xiàn)由下降變?yōu)樯仙F(xiàn)象的轉折點溫度值也有減小的趨勢且摩擦系數(shù)上升的幅度越來越大;

(3)相同的溫度下相對滑速越大.襯墊的摩擦系數(shù)值也將越大但增加的幅度隨著滑速的增加將

變小;(4)相同環(huán)境溫度下,涂抹戈培油的襯墊摩擦系數(shù)較之干燥和淋水狀況更小,涂油較多時襯墊表面的摩擦系數(shù)下降則更為明顯。因此為了保障提升安全在實際生產(chǎn)中應該嚴格限制鋼絲繩的涂油量。

4.結語

本文所設計的溫控系統(tǒng)能夠較理想地實現(xiàn)襯墊與鋼絲繩接觸表面溫度的控制,由于在該溫控系統(tǒng)的設計中采用了先進的計算機技術充分體現(xiàn)了虛擬儀器在測試方面的靈活性，提高了測試精度通過實際運行該溫控系統(tǒng)能夠較理想地滿足使用要求。

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