MM-1000摩擦試驗機測試系統研究與應用

王 權，黨 徽，郝志強

(1．中國食品藥品檢定研究院，北京 100050;2．北京迪美策方市場咨詢有限公司，北京 100080;3．北京首鋼實業有限公司，北京 100043)

1 前言

MM-1000摩擦試驗機是國內摩擦材料領域使用最為廣泛的試驗機之一，在粉末冶金摩擦材料領域起著至關重要的作用，是粉末冶金材料測試的關鍵設備。

MM-1000摩擦試驗機多生產于20世紀七八十年代，大部分采用手動控制，采用函數記錄儀采集部分重要參數。隨著試驗量的不斷加大和對數據精確性要求的不斷提高，MM-1000摩擦試驗機由于手動操作和視覺觀察使得采集數據的精確性很低，而且耗時費力。隨著微型計算機的應用與普及，數據采集與處理技術［1］的高速發展，大大提高了對各種瞬態現象進行研究的能力，為研制新型測試系統創造了條件。

本系統以數據采集卡和VB6.0［2］軟件開發平臺為核心，輔以傳感器、繼電器、變頻調速器［3］等，MM-1000摩擦試驗機具有自動控制、數據采集和數據處理系統。本文首先對總體設計方案進行了介紹;接著結合硬件功能描述給出了硬件的詳細設計方案;然后運用VB6.0軟件開發平臺，結合Access數據庫［4］介紹了軟件開發設計要點，包括軟件的功能、實現算法、數據處理等;最后對試驗結果進行了對比驗證。對比試驗結果表明，試驗機安裝測控系統前后試驗數據一致性較好，大大提高了數據采集精度，并減少大量人力成本，設計符合要求，測控系統研制具備可行性和實用性。

2 研究內容

2.1 系統總體設計方案

硬件設計以數據采集卡為測控系統核心，本系統選用北京阿爾泰科技發展有限公司生產的阿爾泰PCI2013數據采集卡。

軟件設計以VB 6.0為設計平臺，完成數據采集后的處理，生成試驗曲線，制作試驗報告。通過人機交互界面，完成試驗的條件輸入與試驗控制。

2.2系統的硬件設計

系統的硬件主要由工業控制計算機、數據采集卡、光電開關、變頻調速器、拉力傳感器、壓力傳感器、溫度表、繼電器、信號調理板、開關電路板、頻率轉換模塊等組成，如圖1所示。

圖1 系統硬件組成控制圖Fig.1 Control of system hardwares

系統控制方式。計算機發出指令控制離合器閉合同時發出D/A指令使變頻調速器啟動，變頻器帶動電機啟動，電機轉動通過皮帶帶動試驗機主軸轉動，主軸上的光電測速開關將測量的轉速傳到計算機，達到設定轉速時，計算機發出指令控制加壓系統加壓同時發出指令控制變頻調速器停止，至此完成一個閉環循環控制。在試驗機上的壓力傳感器和拉力傳感器可以將試驗時的壓力值和扭矩值通過信號調理板傳到數據采集卡再傳到計算機，試環上安裝的熱電偶通過溫度表將溫度值通過信號調理板傳回計算機，計算機通過應用程序對數據進行處理。

設備電動機的功率7.5 kW，選用變頻調速器功率為11 kW，型號選取中源動力G800系列，G800采用簡易磁通矢量控制技術，適合各種負載驅動;具有預設頻率閃爍顯示功能，尤其在模擬量調速時，運行前可方便設定運行頻率。

由于計算機通過數據采集卡采集的信號都會有一些干擾，這些干擾會改變實際值，造成計算誤差，加裝信號調理板，可以有效防止電磁干擾，保證采集信號的準確。濾波原理采用RC－π型濾波電路。

如圖2所示，RC-π型濾波電路是利用R和C對輸入回路整流后的電壓的交直流分量的不同分壓功能來實現濾波作用的。R對交直流分量均有降壓作用，因電容C2的交流阻抗很小，這樣R與C2及RL配合以后，使交流分量較多地降在電阻R上，而較少地降在負載RL上，從而起到濾波作用。R越大，C2越大，濾波效果越好。但R不能太大，否則，UR過大造成能量無謂消耗。這種濾波電路適用于負載電流較小而又要求輸出電壓脈動小的場合［4］。

圖2 RC－π型濾波電路Fig.2 RC-π type filtering circuit

根據以上的原理，選擇濾波電容C1為1 μF，C2為100 μF，電阻10 kΩ，組成濾波電路。

2.3 系統軟件設計

根據系統要求，軟件主要完成的功能包括試驗機主軸轉速、試環溫度、扭矩、壓力的檢測，試驗機主軸速度、離合器、壓力系統的控制，數據處理顯示繪制曲線圖形、打印試驗報告等，如圖3所示。

本系統采用VB6.0編程語言進行人機交互界面的設計，利用Access數據庫進行數據管理。

試驗過程如下，點擊動摩擦試驗按鈕，模擬量輸出時間控件Timer啟動，其作用是等時間等量提供模擬電壓輸出，以控制變頻調速器的輸出。當達到設定速度時，模擬量輸出Timer停止，開始加壓剎車并采集數據，直至速度為零，停止采集，數據存入數據庫，繪圖界面根據數據庫中存入的數值繪制出曲線，一個試驗過程結束。此時檢測時間控件Timer啟動，判斷試環體積溫度是否達到起始溫度設定值或者時間間隔倒計時為零，如果試環體積溫度小于設定溫度或者時間間隔倒計時為零，即自動開始下一次試驗。軟件系統控制算法流程見圖4。

圖3 系統軟件結構圖Fig.3 Structure of system software

3 試驗結果及分析

表1為S160003手動試驗數據結果，共有9組數據，其中每三條數據為一組試環的試驗數據，9組數據共有三組試環參與試驗數據統計。

圖4 軟件系統控制算法流程圖Fig.4 Flow chart for control algorithm of software system

表1 S160003手動試驗數據結果Table 1 S160003 manually tested data

表2為S160003自動試驗數據結果，共有9組數據，其中每三條數據為一組試環的試驗數據，9組數據共有三組試環參與試驗數據統計。

表2 S160003自動試驗數據結果Table 2 S160003 automatically tested data

編號為S160003安裝自動化測控系統前后的數據對比，見表3。

表3 安裝自動化測控系統前后的數據對比表Table 3 Contrast list of data before and after instalation of automatic testing system

綜合分析表1、表2和表3數據可明顯看出，摩擦試驗機手動操作下各種參數的波動較大，自動采集的波動較小，提高了采集精度。數據采集從原來的采用函數記錄儀畫圖手工描點計算摩擦系數改成采用數據采集卡以每s采集150個數據點通過公式自動計算摩擦系數并繪制曲線，實時采集的壓力值、扭矩值、速度值、溫度值都保存到數據庫中可以隨時查看隨時生成試驗報告，大大提高了工作效率和采集精度，證明此次的自動化系統研制是成功的。

4 結論

以數據采集卡和VB 6.0開發平臺為核心的MM-1000摩擦試驗機自動化測試系統結構簡單、操控性能好、數據采集精度高，解決了人工手動操作勞動強度大、數據采集、計算不精確的問題。系統在自動控制、自動采集、實時顯示、數據曲線查詢、VB調用office打印試驗報告等方面取得了很好的效果。

［1］ 馬明建，周長城．數據采集與處理技術［M］．西安:西安交通大學出版社，1999．

［2］ 仲維?。甐isual Basic 6.0完全自學手冊［M］．北京:機械工業出版社，2007．

［3］ 秦曾煌．電工學下冊電子技術(第五版)［M］．北京:高等教育出版社，1999．

［4］ 占維，劉偉．Visual Basic 6.0數據庫實用編程100例［M］．北京:中國鐵道出版社，2004．