基于虚拟仪器的多绳摩擦提升机衬垫摩擦系数温控系统的设计

1.测定衬垫摩擦系数实验机的结构

图1为摩擦衬垫实验机衬垫盒结构简图。该部分由衬垫夹紧装置和衬垫盒推移装置组成。夹紧装置由夹紧油缸5实现对衬垫的夹紧并且获得计算摩擦系数所需的夹紧力的大小。推移装置采用2个压力传感器4和9共同推移衬垫盒 6这样不仅可以直接测试出钢丝绳3与衬垫间的摩擦力消除系统的摩擦力,而且还可以有效消去钢丝绳与衬垫之间的侧向力,从而提高了系统的测试精度。由夹紧力和推移力可得出摩擦衬垫摩擦系数和实际许用摩擦系数,由衬垫摩擦系数的测试值.通过换算得到实际许用的摩擦系数值。

2.基于虚拟仪器的实验机温控系统设计

2.1温控系统的设计思想

当摩擦衬垫和钢丝绳发生剧烈的相对滑动时在衬垫表面将会积聚大量热量.从而导致衬垫和钢丝绳的接触表面温度升高,引起衬垫摩擦性能的改变甚至损坏失效。根据实验室条件,在钢丝绳的周围设计一个加热装置，该装置外壳采用绝热材料在保证与衬垫始终处于较近距离,同时可以随着衬垫盒一同向上运动,从而实现较高温度对衬垫摩擦系数影响的研究。根据试验条件的要求使温控系统的控制温度在室温至120C的范围内可调2.2温控系统的硬件设计

该温控系统采用了虚拟仪器的设计思想。虚拟仪器技术是仪器技术与计算机技术高度结合的产物,具有系统组建灵活,功能多样易于修改和维护等诸多优点。

图2是温控系统的硬件组成原理图,其中双向可控硅作为执行机构可驱动电阻丝加热器。衬垫表面的温度值采用进口K型热电偶感温线测量，采集到的微电压信号采用配套的K型热电偶温度变送器模块将信号调理至2~10V之后由CB-68LP端子板连接至数据采集卡模拟量输入通道。数据采集卡采用NI公司的PCI-MIO-16E-4，最后由虚拟仪器软件调用数据采集函数实现对温度信号的采集和读取。

通过虚拟仪器将采集来的温度与设定的温度进行比较经PID控制算法运算后输出控制信号送到数据采集卡PCI-MIO-16E-4的模拟量输出通道再通过端子板CB-68LP送到可控硅调压器的输入端可控硅调压器根据输入信号的大小来控制双向可控硅的导通角从而控制电热丝的发热量达到温度控制的目的。温控系统的软件设计2.3

(1)温控系统的主操作界面在该界面上，“无控制”、“PID 控制”“结束程序”3个控制按钮使用一个族(Cluster)控件组合在一起,当其中任意一个按钮被按下时,其他2个按钮将自动处于非启用状态。

在该界面上，不仅可以设定系统的加热温度，还可以选择温度控制的模式。当系统的温度达到控制温度要求时，“温度达到”报警灯点亮。在该过程的同时通过界面上的Chart 控件可随时观测PVSP和Output 三个量的变化曲线 (用3种颜色线条区分)同时从界面中读出相应的数值大小。对于异常曲线可以用“清除曲线”按钮将曲线擦除当系统温度达到设定值时按下“开始测试”按钮即可进入到衬垫摩擦系数测试的界面中去。(2)温度信号的采集和处理根据PID的控制算法首先应该知道过程变量py的大小因此在这里应该对衬垫表面的温度信号进行采集和读取使用LabVIEW程序中的信号采集中级函数来实现此功能。由于系统温度变化比较缓慢,故可采用较低的采样频率。对于采集到的点,在很短的时间内,采用基于算术平均值与分批估计的方法来处理.对于采集到温度电压信号可通过换算得到实际的温度值.并显示在面板中。

(3)温度控制的2种方式

根据使用要求，在程序中对温度控制设定了2种方式，第1种是由操作者设定PID的控制参数KT和程序根据此参数进行 PD运算输出控制信号。第2种是参数自整定的 PID控制当把前面板上控制手柄Toggle Switch 拨到“参数自整定位置时系统启动自整定控制算法在程序中使用 VIServer 技术来控制面板上TED和PID控制参数控件的显示属性。在不可用状态，以灰色显示程序结束时自动保存历史数据并对Chart中的历史数据清零，从而灵活地对程序界面进行控制增强了程序的功能。

3.摩擦系数的温度实验

摩擦系数反映材料的表面形貌载荷滑动速度、接触形式以及温度之间的相互作用.测试条件对衬垫摩擦系数的测试结果影响很大。根据摩擦衬垫的实际工况，利用该温度控制装置做了如下实验来研究在不同条件下温度对于衬垫摩擦系数的影响。

(1)环境温度对衬垫摩擦系数的影响为了避免实验中受到摩擦温升的干扰测试比压选取1MPa相对滑速选取0.5mm/s。在0~35C的环境温度范围内，利用所设计的摩擦衬垫试验机.对5种新型的衬垫试样分别进行了座擦系数的测试。测试过程中，每隔5C左右测量1次座擦系数然后对不同环境温度下所测得的摩擦系数值进行比较。

实验结果;衬垫的摩擦系数值在环境温度较低时下降比较缓慢,随着环境温度的升高,衬垫摩擦系数值下降趋势加快

(2)表面温度对衬垫摩擦系数的影响

采用人工加热的方式对衬垫表面温度进行控制.来模拟衬垫和钢丝绳的接触表面所形成的摩擦热在较高的相对滑速下对衬垫摩擦系数的影响。仍使用以上5种新型的衬垫试样作为测试对象。首先利用所设计的温控装置对所测试温度进行设定，当衬垫表面温度达到预设值允许误差范围内时迅速开始测试。测试中从40C开始每隔10C对衬垫的摩擦系数值进行一次测量。

实验结果:随着衬垫表面温度的升高使用的5种衬垫试样的摩擦系数值均有不同程度的下降。但是.当衬垫表面温度比较高时,摩擦系数值下降开始变的缓慢当温度继续升高到某一值时,摩擦系数值甚至出现小幅度的上升

(3)不同条件下温度对衬垫摩擦系数的影响

①不同比压下温度对衬垫摩擦系数的影响本次实验中，使用一个衬垫试样作为研究对象研究衬垫摩擦系数在不同的比压下随着温度升高的变化规律。

实验结果:在几种不同试比压下,衬垫的摩擦系数随着温度的升高总体上都是下降的,但摩擦系数在较高的某一表面温度时,又会有小幅度的上升;在相同的温度下,测试比压越大,衬垫的摩擦系数越小,且摩擦系数下降的幅度随着比压的增大将减小;衬垫摩擦系数出现由下降变为上升的转折点温度随着比压的增大有降低的趋势且上升的幅度相对增大。

②不同滑速下温度对衬垫摩擦系数的影响实验结果:在不同相对滑速下,衬垫的摩擦系数随着衬垫表面温度的升高均呈下降趋势在衬垫表面温度较高时.其摩擦系数又会有小幅度的转折上升;当温度相同时相对滑速越大衬垫的摩擦系数越大并且衬垫的摩擦系数值增加的幅度随着滑速的增加将减小

③不同表面状况下温度对衬垫摩擦系数的影

响

本次实验研究;在不同表面状况下,衬垫摩擦系数随着环境温度的变化规律。

实验结果:随着环境温度的升高,不同表面状况下,衬垫的摩擦系数均有下降的趋势:相同的环境温度下涂抹戈培油的衬垫摩擦系数较之干燥和淋水状况更小涂油较多时衬垫表面的摩擦系数下降则更为明显。

4.实验结论

(1)衬垫摩擦系数随着环境温度和衬垫表面温度的升高会降低，但降低的幅度在不同的温度下有所差异特别是在表面温度较高时.其摩擦系数减小幅度会变缓,甚至出现反弹的现象:(2)相同的温度下,测试比压越大垫的摩擦系数相对越小摩擦系数下降的幅度随着比压的增大将减小出现由下降变为上升现象的转折点温度值也有减小的趋势且摩擦系数上升的幅度越来越大;

(3)相同的温度下相对滑速越大.衬垫的摩擦系数值也将越大但增加的幅度随着滑速的增加将

变小;(4)相同环境温度下,涂抹戈培油的衬垫摩擦系数较之干燥和淋水状况更小,涂油较多时衬垫表面的摩擦系数下降则更为明显。因此为了保障提升安全在实际生产中应该严格限制钢丝绳的涂油量。

4.结语

本文所设计的温控系统能够较理想地实现衬垫与钢丝绳接触表面温度的控制,由于在该温控系统的设计中采用了先进的计算机技术充分体现了虚拟仪器在测试方面的灵活性，提高了测试精度通过实际运行该温控系统能够较理想地满足使用要求。

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