专利名称：摩擦试验机测试系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于机电一体化技术领域，涉及一种摩擦试验机测试系统。
背景技术：
摩擦试验机是用于摩擦材料的摩擦磨损性能的测试，该试验机主要适合于对摩擦材 料的热冲击试验，试验速度可无级调整，能量载荷高，要求测试精度髙，各种测试信号 稳定。该试验机目前国内有生产，控制部分是靠电压调整来实现，控制精度很难达到科 学研究的要求，其测试结果的输出是靠记录仪划曲线，系统误差较大。
目前国内的摩擦试验机存在着调速范围小，荷载�。鹊停硎菽芰Σ畹� 缺点。特别是有效载荷一般都小于5 KN。上述问题严重影响了厂家对材料性能的准确 测定及摩擦学科技工作者对摩擦学的研究。国内和国外存在着一定的差距，特别是在测 控系统方面，国外广泛采用最新科学前沿技术，采用成像和光学技术实现一般测量手段 所达不到的精度的数据的采集，并利用微机控制系统和总线传输方式实现控制系统的实 时控制，同时利用开发软件使得更简易操作和人性化。所有这些都是对摩擦材料性能和 精度的保证，只有通过试验获取材料的实验结果来判断材料的优越性，而数据的准确性 和全面性反映一种刹车材料性能的好坏。因而研制宽调速、重载、高精度、自动化程度 高的摩擦试验机及其自动数据处理系统己经迫在眉睫。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种摩擦试验机测试系统，该系统集成度 高，自动化程度高。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为
一种摩擦试验机测试系统，其特征在于，包括摩擦试验机、主控制器、用于驱动 摩擦试验机主轴的主电机、电磁阀、用于测量所述主轴转速的测速装置和传感器；
所述的传感器设置在摩擦试验机上，所述的传感器的输出端通过调理电路接主控制器；
所述的主电机受主控制器控制； 所述的测速装置的输出端接主控制器；
所述的摩擦试验机具有刹车装置，所述的主控制器通过电磁阔接通或关闭气路以 控制该刹车装置。
所述的主控制器通过变频器连接所述的主电机。
所述的主控制器通过限幅电路与所述的变频器连接。
所述的主控制器连接有用于给主电机线圈散热的鼓风机。
所述的主控制器连接有用于给摩擦试验机中机械部件润滑的油泵电机。
所述的主控制器为工控机。
所述的测速装置为光电编码盘。
所述的传感器包括压力传感器、力矩传感器和温度传感器。
所述的主控制器通过PCI采集卡输入输出信号与数据。所述的摩擦试验机测试系 统与供电电网之间设置有EMC滤波器及隔离变压器。
本实用新型所具有的有益效果有
1. 集成性高、自动化程度高。
本系统采用工控机对所有设备进行集中控制，能精确控制主电机的转速，采集各 种数据，并计算得出测试结果，因此集成性好，自动化程度高。
2. 稳定性高、抗干扰能力强。
采用诸多抗干扰措施，如摩擦试验机测试系统与供电电网之间设置有EMC滤波器 及隔离变压器，能防止电网电压的谐波干扰影响甚至损坏变频器。另外，变频器上加 装了限幅电路，对变频器起到很好的保护作用。
3. 调速方便。
通过变频器对主电机调试，调试范围宽，调速更为精确。
4. 控制软件界面友好，功能齐全。
综上所述，本系统克服了原有摩擦试验机的诸多缺点，具有积极的有益效果。
图l为系统总体结构框图；图2为信号检测及调理回路原理框图； 图3为隔离限幅电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。 实施例l :
由摩擦试验机工作原理知，试验机的测控功能主要包括以下几个方面
(1) 当试验样品装在试验机上后，首先闭合离合器，然后打开油泵电机，同时启动 鼓风机，最后打开变频器，即启动了主电机，根据变频器的原理，运行中的电机的速度 与变频器的输出频率之间有多种不同的控制关系，通过软件的组态设定变频器的输出频 率，也就设定了电机的期望速度(即设定了摩擦机主轴的转速)，根据试验材料的不同， 事先调整好加在主轴上的惯量，打开变频器后主轴按照变频器事先调好的升速规律下逐 渐升速，当达到期望转速后关闭变频器，分离离合器，也即分离惯性轮，这样主轴就具 有了动能，最后打开电磁阀的开关，开始对摩擦机的气缸送入压縮气体，手动调节气压 大�。捎谄椎幕钊苯幼饔迷谏渤底爸玫木材ネ飞希蛟诘绱欧Т蚩蠹纯忌渤怠�
(2) 刹车过程在刹车的过程中，七个模拟信号(压力、力矩、刹车过程中的瞬时 速度及四路温度)经过传感器和变送器，然后由信号调理电路将信号变成1 5V标准信 号，再经过采集板A/D转换变成数字量直接送到计算机(即工控机)，根据公式计算， 就可得出试验样品的参数，包括主轴的最高转速，气体的压强，最大力矩，平均力矩， 平均摩擦系数，稳定系数，平均功率，能量，刹车时间，最高摩擦温度。
该系统采用集中式测控方案，核心结构为工业工控机及信号采集卡(研华PCI系 列采集卡)来完成信号采集与控制功能。系统结构原理图如图l所示。
该系统为一开环控制系统，主要包括两个部分控制回路与信号检测回路。控制 回路对可靠性及安全性要求较高。而系统的精度完全由检测回路决定，所以传感器、变 送器精度及信号调理回路对信号的不失真调理决定了系统最终的检测精度。检测回路及 信号调理电路原理图如图2所示。
根据现场电网质量较差的现状，可靠性方面主要通过滤波及隔离来保护系统中脆 弱环节(比如变频器及采样板卡)的安全与可靠。为防止变频器控制端反向击穿电压造
成板卡损坏，在图1中加入了一个限幅电路(如图3所示)，它对1000V/uS的脉冲干扰有很好的抑制作用，同时也有很好的电压跟随特性。为防止电网电压的谐波干扰影响甚 至损坏变频器，在整个控制系统及电网之间加入了EMC滤波器及隔离变压器，从而实现 对整个系统的保护。
系统中的采集板为研华科技的PCI-1710HG多功能数据采集卡，它是一款基于PCI 总线的12位高增益多功能数据采集卡，包括五种最常用的测量和控制功能12位A/D 转换，D/A转换，数字量输入，数字量输出及计数器/定时等功能。其中模拟量输入分 为单端和差分输入两种方式，可以很好地抑制共模或差模干扰，并且各通道增益可编程， 采样速率可达100KS/s。开关量输出采用继电器输出方式，增加了可靠性和驱动能力。 3.软件结构设计
为了提高系统的自动化程度及数据处理能力，软件部分提供了友好的画面、完整 的系统功能，同时在数据处理方面也做出了相应处理，提高了数据处理的效率。软件包 括两个方面监控功能及数据库整理。
监控软件功能如下
(1) 试验阶段检测和动态显示主轴转动的速度。
(2) 刹车阶段检测和动态显示刹车温度，刹车压力，刹车扭矩，刹车时间，速度 一时间曲线，压力一时间曲线，力矩一时间曲线，摩擦系数一时间曲线，温度一时间曲 线；计算及显示平均摩擦系数，稳定系数，刹车消耗能量，平均功率，试验材料的磨损 量；试验参数报表平均摩擦系数，稳定系数，刹车消耗能量，平均功率，最高温度， 最高转速，压力，平均力矩，刹车时间。
(3) 实验结束，将数据存入数据库，便于以后査询，并形成报表。
(4) 可以满足多种实验模式要求，手动测试、自动测试、连续测试及拖磨等。
监控软件及数据库整理软件以Delphi6. 0+Paradox为平台进行设计。采样频率为 50次/秒，这足以满足摩擦试验机数据处理的要求。另外实现了多种实验模式合为一体， 提高了软件的可用性，同时也提高了实验的自动化水平。
权利要求1.一种摩擦试验机测试系统，其特征在于，包括摩擦试验机、主控制器、用于驱动摩擦试验机主轴的主电机、电磁阀、用于测量所述主轴转速的测速装置和传感器；所述的传感器设置在摩擦试验机上，所述的传感器的输出端通过调理电路接主控制器；所述的主电机受主控制器控制；所述的测速装置的输出端接主控制器；所述的摩擦试验机具有刹车装置，所述的主控制器通过电磁阀接通或关闭气路以控制该刹车装置。
2. 根据权利要求1所述的摩擦试验机测试系统，其特征在于，所述的主控制器通过变 频器连接所述的主电机。
3. 根据权利要求2所述的摩擦试验机测试系统，其特征在于，所述的主控制器通过限 幅电路与所述的变频器连接。
4. 根据权利要求1所述的摩擦试验机测试系统，其特征在于，所述的主控制器为工控 机。
5. 根据权利要求1 4任一项所述的摩擦试验机测试系统，其特征在于，所述的传感器 包括压力传感器、力矩传感器和温度传感器。
6. 根据权利要求5所述的摩擦试验机测试系统，其特征在于，所述的主控制器通过PCI 采集卡输入输出信号与数据。
7. 根据权利要求1 4任一项所述的摩擦试验机测试系统，其特征在于，所述的摩擦试 验机测试系统与供电电网之间设置有EMC滤波器及隔离变压器。
专利摘要本实用新型公开了一种摩擦试验机测试系统，其特征在于，包括摩擦试验机、主控制器、用于驱动摩擦试验机的主轴的主电机、电磁阀、用于测量所述主轴的转速的测速装置和传感器；所述的传感器设置在摩擦试验机上，所述的传感器的输出端通过调理电路接主控制器；所述的主电机受主控制器控制；所述的测速装置的输出端接主控制器；所述的摩擦试验机具有刹车装置，所述的主控制器通过电磁阀接通或关闭气路以控制该刹车装置。所述的主控制器通过变频器连接所述的主电机。本系统具有集成性高、自动化程度高的特点，而且稳定性高、抗干扰能力强。
文档编号G01N3/56GK201348594SQ20082021098
公开日2009年11月18日 申请日期2008年12月17日 优先权日2008年12月17日
发明者姚萍屏, 彭剑昕, 徐惠娟, 易茂中, 翔 熊, 龚建仁 申请人:中南大学
专业数控铣床产品供应商
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