摩擦磨损试验机在线检测系统

　　前言

　　摩擦磨损试验机是摩擦领域进行试验研究必不可少的设备。对于传统的摩擦磨损试验机，其测试原理是基于传统的测试系统理论，摩擦磨损测试往往不能体现摩擦学的系统性和时变性。经典的摩擦磨损测试设备和方法中一般采用不连续测定法，如试验前后称重，测定体积变化等等。即使连续测量中采用频率响应较差的x-y 记录仪设备，其测量结果也无法反映极短周期内发生的变化(例如摩擦系数的过渡变化)。将PC 机、数据采集系统及相应的软件应用于摩擦磨损试验机中，可以实时地对试验中所需的参量进行测量，并可以对数据进行复杂的处理，实时显示、存储和打印输出试验结果数据，极大程度地改善了试验机的测量系统，减少了实验人员的工作量。

　　1 摩擦磨损试验机

　　本试验机是为了进行受电弓滑板新材料开发试验而设计的，其结构原理图如图1所示。在本试验机上可以进行高速、大电流条件下的摩擦磨损试验。试验机的动力源为一台额定转速n=3000r/min、功率P=5.6kW的三相鼠笼异步电动机，电动机带动摩擦转盘转动，其转速通过一台SIEMENS MMV 变频器进行调节。试验机的加载系统采用弹簧加载的原理，减小了试验样块在摩擦过程中的振动。低压大电流电源由电焊机电源改造而成。试验机的性能指标：转盘直径d=300mm，转盘最高线速度v=70m/s，加载力范围为0～150N，电流范围为40～400A。

　　2 检测系统硬件

　　在试验中所要测量的参量有：转速、载荷、摩擦力、磨损量、电流和温度等，通过摩擦力和载荷可以计算出转盘与试样的摩擦系数。我们针对不同的被测参量，选用不同的传感器元件，然后通过放大滤波等电路对传感器输出信号进行处理，再将处理后的模拟信号经过A/D 转换板送到PC 机进行数据的处理，从而实现试验数据的实时处理、显示和记录，并根据试验数据来分析试验结果。检测系统总设计框图如图2所示。

　　实时数据处理系统必须综合考虑检测系统的性能要求，即系统的通过速率、系统的分辨率、精度要求等。在硬件系统中，选用合适的传感器元件是非常重要的。我们通过SGD-18 转速传感器从带动转盘的轴承上获取转盘的转速信号，SGD-18是光电式传感器，非接触式测量，输出为矩形脉冲波，它的感应距离范围为10～100mm。载荷和摩擦力通过应变式压力传感器测量，传感器输出为mV级的模拟电压信号。电流信号通过HCT1000A 电流互感器取得。通过IRt/c.01非接触红外温度传感器获取试验样块的温度，IRt/c.01的测温范围为 -45～290℃，无需外加电源，输出为mV 级的模拟电压信号。