摩擦衬垫因数自动测试系统

(资料图)

1.摩擦衬垫因数

摩擦衬垫因数是摩擦提升机防滑安全设计的重要参数“，其大小对提升能力及防滑安全具有重要影响。摩擦衬垫因数受多种因素的影响，在相同工况下，不同的衬垫材料具有不同的摩擦因数，在不同工况下，相同的衬垫材料其摩擦因数也不同，能否对摩擦衬垫因数准确测量，关系到提升机的设计与防滑计算，直接影响提升机的安全运行。而摩擦衬垫因数受多种因素的影响，其中滑速与比压对其影响最大，只有在对二者进行精确控制的前提下所测试的摩擦因数才精确。所以设计一个能够可靠、准确地实现该参数的自动测试系统十分必要，笔者将基于虚拟仪器的测试技术与机、电、液技术相融合，对摩擦衬垫因数自动测试系统进行了开发，为提升机的安全可靠设计提供重要参数。

2、测试原理

摩擦衬垫因数测试有现场测试法、模拟机法和平面法，在考虑各种因素的情况下，笔者采用了平面法对摩擦衬垫因数进行测量。平面测试法3是将摩擦式提升机中，摩擦轮上的微段钢丝绳与衬垫圆弧的摩擦近似看作平面接触。平面测试法具有操作简便、测试装置及设备简单、所需要的村垫材料少等优点，容易实现滑速和衬垫比压的精确控制。平面测试法原理如图1所。

钢丝绳在正压力N的作用下同垫接触，在外界作用力下钢丝绳与衬垫间产生相对运动，测得滑动摩擦力F和正压力N可计算出垫与钢丝绳的摩擦。

3、摩擦衬垫因数自动测试系统总体方案

摩擦衬垫因数自动测试系统，主要是由摩擦试验台、传感器、信号调理电路、数据采集卡和 PC 机等组成。其通过数据采集卡采集各传感器数据，并将数据传输到PC机中，在PC机中利用LaVIEW软件编写程序，对所测数据进行分析处理，实现数据的实时显示、存储和报表输出。摩擦衬垫因数自动测试系统框图如图2所示。

2.1摩擦试验台

摩擦衬垫试验台采用立式布置方式，通过压的推移完成衬垫同钢丝绳之间的运动，其结构图如3所示。

在摩擦衬垫因数测试过程中，首先利用2个张紧液压缸1使钢绳6张紧，然后利用紧液10将衬垫9与钢丝绳6紧，再用推移液压缸7经连杆8带动一个装衬垫的平台 2直向作直线运动为防止推移平台在运动过程中发生侧偏，造成平台和推移液压缸活塞杆的打别，设计中在推移平台的左右两端加入2个导向导轨，以此来加强推移平台运动的平稳性，导向的导轨位于框架的内侧，并对导轨适当润滑，以减小运行摩擦力。

2.2采集卡及传感器的确定

根据系统的测试指标要求，在系统中采集4路模拟输入信号(正)入信号(限位开关量)3路输出信压阀、速阀)9路数量输出信号(电源、水、3个三位四通电磁换向阀、1 个二位二通电磁换向阀),在此选NI公司的PCI8613 数据采集卡。对上限位开关量与下限位开关量信号的采集，选取HONEYWELL的SZL-WLC-E 限位开关/行程开关。此型开关是一种低成本的检测元件，适合于许多种应用环境，坚固耐用。

2.3信号调理电路

各传感器采集的参量一般不能直接接入数据采集卡，需要对测试信号进行一定的调理后才能经数据采集卡送入 PC 机中。信号的预处理主要包括信号放大、滤波等3，本设计中所选用的位移和力传感器输出量均为0~10V(DC)，在采集卡的输入电压范围之内,因此信号处理时，无需放大，只需设计滤波电路，从所测量的信号中除去受到外界噪声的影响而可能存在的尖峰值成分，滤波电路如图4所示。

4、数据采集和信号处理系统设计

数据采集和信号处理系统由数据采集、数据处理、数据分析、数据存储、报表输出等模块组成，可以实现测试参数的采集、记录、存储、分析、显示以及报表输出等功能。在程序开发过程中运用模块化的设计思想，根据需要组建各功能模块。主要包括对测试所需数据的采集模块、标度变换模块、数据存储模块、数据处理与分析模块和报表输出模块等。

3.1 数据采集

在对传感器的信号进行初步滤波之后，运用LabVIEW 软件进行数据采集，把采集到的数据进行存储。在数据采集系统中可以实时监测左、右推力、滑速、正压力信号以及摩擦衬垫试验台的工作状况并对摩擦衬垫的摩擦因数实时显示，如图 5 所示。数据采集程序如图6所示。

3.2信号处理

在摩擦衬垫测试过程中，由于受机械结构的平衡性、液压驱动的平稳性、传感器的测试精度及标度误差、钢丝绳的非均质性和电路元器件材料及制作工艺等因素的影响，采集的信号中可能掺杂噪声或其他异常信号，而已有摩擦因数测试系统对信号处理存在不足，虽然在硬件部分已经设计了低通滤波器，但是为了更好地从测试信号中提取出有用的数据，系统必须具有剔除采集数字序列中存在的异常数据以及对采集信号进行消除噪声处理的能力。

本系统选取绝对均值法来剔除采集数字序列中存在的异常数据。绝对均值法“是指:对零均值数据序列 x()求出其数据样本的绝对值的均值，再乘以经验系数 (通过几次试算来获得，一般取 4~5)来确定 W值，当lxlz平时，即认为 是数据序列中的坏点，应加以剔除。信号中的坏点x 剔除后，可用绝对均值替代，在运用绝对均值法剔除异常数据后，将零均值数据序列再逐点加上已计算出的数据均值民即可5。绝对均值法剔除异常数据的处理程序如图 7所示。

本系统选用自适应闽值小波消噪技术对采集信号进行消除噪声处理。小波值消噪方法是利用小波变换技术对含有噪声的信号进行分解和重构，通过对小波分解后的各层系数限定闽值来消除噪声的方法。由于信号与噪声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，因此采用固定闯值对信号进行处理显然是不合适的。为克服这一弊端，考虑到信号与噪声随尺度的增加，幅值所表现出的不同特征，采用自适应闯值。

测试系统是基于虚拟仪器设计的，在此利用 Lab-VIEW与MATLAB联合编程来实现自适应值小波消噪。利用MATLAB Script 调用MATLAB 实现对动态测试信号的实时消噪。消噪程序如图 8 所示。比较图 9(a)(b)，用异的方法只是简单地去掉了原始信号中一些明显偏大或偏小的信号，不能有效地消除正压力信号中的噪声，经过处理后的信号中仍然存在大量的噪声信号，使得后续的数据处理结果与实际结果相差较大，影响测试系统的精度。

比较图 9(a)()可知，用小消后的信相对比较平滑，有效地消除了正压力信号中的噪声,为后续的数据处理、计算、存储提供了可靠的数据使得测试结果更加符合实际结果。

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