一種農機制動器磨損度智能檢測裝置與控制系統

顧建華 蘇宏林 賁能軍 嚴國軍 劉娜

摘 要 針對農用拖拉機液壓盤式制動器使用中存在的性能不穩定、卡死、磨損程度未知等問題，利用微電子新技術研發了一種制動器磨損度智能檢測裝置及控制系統，具有實時監測摩擦片磨損量，以及超限報警功能，提高了制動器的效率和安全穩定性。

關鍵詞 液壓盤式制動器；智能檢測；農業機械；數值處理

中圖分類號：TP117.1；TP39 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2015）36--02

液壓盤式制動器是農用拖拉機的重要配置，是保證安全行駛的重要部件，具有結構簡單、體積小、制動力矩大，且不受泥水侵襲等優點。在農機的使用過程中，摩擦材料的磨損、表面溫度過高和熱疲勞是導致制動器制動失效主要原因，由于農機保養維護率低，通常只有當故障出現時才進行維修保養，給農業生產帶來不安全隱患。利用微電子新技術研制一種制動器磨損度智能檢測裝置和控制系統，這種系統可以實時監測摩擦片磨損量及超限報警功能，提高了制動器的效率和安全穩定性。

1 制動器的結構與工作原理

液壓盤式制動器是農用四輪拖拉機上的安全制動裝置[1]，其安裝在拖拉機的驅動輪主軸上，結構見圖1。液壓制動器通過軸承座由螺釘固定在機器牽引部殼體上，其工作原理是：當車輛正常行駛時，活塞、摩擦片、軸承座三者是分離的，活塞和軸承軸座是固定不動的，摩擦片在主軸的帶動下高速旋轉；當車輛制動時，制動電磁閥控制液壓油從進油口1進入油缸，在液壓油的作用下將活塞8壓向高速旋轉的摩擦片11，使之與另一端的軸承座9接觸，這樣在液壓力的作用下，活塞和軸承座將摩擦片壓緊，產生制動力矩，起到制動主軸的作用。制動取消時，液壓油經電磁閥回油池，這時由于液壓力的撤銷，活塞、摩擦片、軸承座三者再次分離，制動力矩消失。

2 檢測系統設計

2.1 結構設計

盤式液壓制動器的檢測系統由摩擦片磨損度檢測電路、顯示電路和報警保護電路等部分組成。為引入制動器磨損檢測裝置，將活塞8進行改進。如圖2所示，在活塞端面鉆3個成120°均勻分布的錐形螺紋孔，用于安裝3個電渦流傳感器，其小端朝向制動器摩擦片。1為紙基摩擦介質，2為電渦流傳感器，3為錐形螺栓，4為制動器活塞。

1.進油口；2.制動器殼體；3、7.O型圈；4.銷；5.放氣螺塞；6.防塵圈；8.活塞；9.軸承座；10.彈簧；11.摩擦片

1.紙基摩擦介質；2.電渦流傳感器；3.錐形螺栓；4.制動器活塞

工作時，電渦流傳感器檢測的位移信號傳輸到一級放大電路，經過500倍放大后，反相比例放大電路進行二級放大，最終送入A/D轉換器MAX197芯片并將電壓信號轉換成數字信號，經單片機處理通過液晶狀態顯示。當摩擦片磨損量超標時報警電路發出報警信息，可提醒駕駛員及時更換摩擦片或選擇中斷機械運行。圖3為該系統的工作原理。

2.2 傳感器選擇

本設計中選用了3個CFZ系列電渦流位移傳感器。線性范圍：0～40 mm。線性誤差：0.6%。探頭外徑：6 mm。信號輸出0～5 V DC。工作電源：±15～24 V DC。該傳感器具有非接觸測量、線性范圍寬、靈敏度高、抗干擾能力強、無介質影響、穩定可靠及易于處理等明顯優點。

2.3 A/D轉換芯片與信號處理

本系統中A/D轉換器采用MAXIM公司出品的MAX197芯片。MAX197芯片是一款支持12位轉換精度。高速的逐次逼近式A/D轉換器。本設計中傳感器額定激勵電壓為10 V，根據傳感器的規格計算得輸出小信號電壓值為0～10 mV。設計中數據A/D能進行轉換的電壓范圍是0～±5 V，因此小信號在處理之前首先要做一次放大，要求放大倍數大致在500倍，并且符合成本低，精度高，信號不失真。信號一級放大電路如圖4所示。

2.4 單片機的選用

本設計采用最常用且價格便宜的ATMEL公司的單片機AT89C52（以下簡稱89C52），由于分別安裝了3個位移傳感器，為了實現對3個測量點3個傳感器的巡檢，采用德州CD4951B芯片選擇測量通道，該芯片具有邏輯電平轉換功能的CMOS單路8通道模擬多路復用器/多路解復用器，能滿足檢測精度和動態檢測的需要?

2.5 軟件設計及數據處理

為了便于程序的調試，主程序采用模塊化的設計思想[2，3]，主要有A/D采集模塊。存儲模塊和顯示模塊。通過AD轉換器將傳感器輸出變成數字信號，由單片機進行讀取，經過相關數據處理和變換，將位移在LED顯示器上實時顯示，然后檢測信號和設置的極限值比較，超出范圍進行報警，其中取3個測量點最大值為記錄數據。主程序流程如圖5所示。

3 結語

農用拖拉機盤式液壓制動器磨損度在線檢測裝置具有結構簡單、成本低、測試數據精確等特點，具有較高的應用價值，該套檢測裝置已進行小批量測試與使用，取得較高的使用效果，位移檢測精度達到0.01 mm，提高了制動器的效率和安全穩定性。

參考文獻

[1]劉娜.農用拖拉機液壓盤式制動器[J].南方農業，2014，8（30）：182-183.

[2]劉同增.盤式制動器制動性能智能監測系統的應用[J].工礦自動化，2010（7）：120-121.

[3]袁錫明，李海波.摩托車制動器智能檢測監控系統的設計與開發[J].計算機測量與控制，2012，20（10）：2710-2712.

（責任編輯：劉昀）