聚氨酯彈性體護舷性能測試系統(tǒng)

呂玉林，孫 杰

（ 遼寧石油化工大學， 遼寧 撫順 113001）

聚氨酯彈性體護舷性能測試系統(tǒng)

呂玉林，孫 杰

（ 遼寧石油化工大學， 遼寧 撫順 113001）

針對聚氨酯護舷性能測試，試制了具有一定測量準確度的傳感裝置，研制了一種適合測試聚氨酯護舷力學性能的微機測試系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可以很好的測試聚氨酯護舷的50%壓縮變形率的最大壓縮反力和吸收能量。為聚氨酯護舷的檢測提供了有效方法。

傳感器；聚氨酯護舷；測試系統(tǒng)；吸收能量

護舷是港口碼頭和船舶的重要安全防護設(shè)施，其用途是在船舶之間或船舶與碼頭之間發(fā)生碰撞時起到吸收能量、緩沖撞擊力的作用。聚氨酯護舷是由聚氨酯材料制造的一種新型護舷，其特點有拉伸強度較高，耐腐蝕性好，抗剪能力能力強；具有漂浮性，安裝位置不受潮差影響；使用中不需要檢查、充氣，具有免維修性；沒有爆破危險，具有安全性；具有更好的吸收性能和較低的反力性能；制品規(guī)格根據(jù)需要制造，在橡膠護舷中規(guī)格最大；護舷外表可以施加各種顏色，產(chǎn)品光滑美觀，標識明顯等，廣泛使用于港口、近海和船靠船作業(yè)。

隨著船舶運輸業(yè)的發(fā)展，對護舷的要求也隨之提高，出現(xiàn)了專業(yè)化的護舷，并制定了相應(yīng)的技術(shù)性能指標[1]，其包括有50%壓縮變形率的最大壓縮反力和吸收能量,對于小型護舷(高度<500 mm,50%壓縮變形<250 mm),其性能指標可在電子材料試驗機上進行；對于大型護舷（高度>1 000 ~2 500 mm）,其性能指標的測試需要將護舷壓縮變形1 000 mm以上,并且需要記錄相應(yīng)的載荷變形曲線[2]。本文試制了具有一定測量準確度的傳感裝置，研制了一種適合測試聚氨酯護舷力學性能的微機測試系統(tǒng)，并應(yīng)用于相關(guān)企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量檢測。

1 測試系統(tǒng)設(shè)計

1.1 測試系統(tǒng)原理

聚氨酯彈性體護舷性能測試方法基于如下原理：將直線位移經(jīng)差動變壓器式位移傳感器轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過測試該電壓信號，得到直線位移值；試驗載荷通過安裝在液壓缸油路上的壓力傳感器測量液壓缸內(nèi)的工作壓力，從而間接得到。

1.1.1 位移測試原理

位移是通過與壓力機滑塊相連的差動變壓器式位移傳感器來測量，如圖1所示。

1.1.2 壓力測試原理

壓力傳感器通過電磁換向閥與液壓缸油路相接，從而測試液壓缸內(nèi)的工作壓力，如圖2所示。

當液壓機開始工作時，液壓缸油路處于差動連接狀態(tài)，電磁換向閥YV1斷開，壓力傳感器開始工作，液壓機滑塊緩慢移動。聚氨酯護舷所受到的壓縮反力為f（x）[3]：

式中:d—活塞桿直徑；

P0—液壓機滑塊未壓縮聚氨酯護舷時，液壓缸內(nèi)的工作壓力；

P1—液壓機滑塊壓縮聚氨酯護舷過程中，液壓缸內(nèi)的工作壓力。

圖1 位移的測試Fig.1 The displacement test

圖2 壓力的測試Fig.2 The pressure test

1.2 測試系統(tǒng)硬件設(shè)計

聚氨酯彈性體護舷性能的測試系統(tǒng)由壓制液壓機、差動變壓器式位移傳感器、壓力傳感器、信號調(diào)理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、計算機等硬件和測試軟件組成。如圖3所示。

圖3 測試系統(tǒng)組成Fig.3 The form of test system

差動變壓器式位移傳感器和壓力傳感器輸出的mV級電壓信號，經(jīng)信號調(diào)理器放大、濾波后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過計算機進行處理后，從而得到護舷壓縮試驗中的載荷和變形數(shù)據(jù)。

1.3 測試系統(tǒng)軟件設(shè)計

本測試系統(tǒng)軟件用C++ Builder語言編寫，在Windows 7環(huán)境下運行，程序設(shè)計采用模塊化(圖1)結(jié)構(gòu)，軟件主要包括試驗參數(shù)設(shè)置模塊、試驗數(shù)據(jù)采集模塊、試驗數(shù)據(jù)報告模塊、計算吸收能量模塊。試驗參數(shù)設(shè)置模塊是實現(xiàn)對系統(tǒng)的初始參數(shù)設(shè)置，包括有設(shè)置數(shù)據(jù)采集卡初始參數(shù)、設(shè)置差動變壓器式位移傳感器初始參數(shù)、設(shè)置壓力傳感器初始參數(shù)、設(shè)置聚氨酯護舷類型和高度、設(shè)置采樣時間和采樣方式。試驗數(shù)據(jù)報告模塊主要是實時顯示采集到的變形量、反力、吸收能量和其對應(yīng)的反力及吸收能量曲線，并保存其數(shù)據(jù)和曲線。計算吸收能量模塊根據(jù)實時采集的反力f（xn）及位移xn，利用牛頓插值多項式和復(fù)化辛普生求積公式計算實時的吸收能量E，即設(shè)n+1次采樣的位移值依次為：x0，x1，x2，…，xn和其對應(yīng)的反力值為：f（x0），f（x1），f（x2），…，f（xn），則利用牛頓插值多項式來擬合反力函數(shù)fn（x）[4,5]，即

式中，f【x0，x1，x2，…，xn】為f（x）關(guān)于節(jié)點x0，x1，…，xn的n階差商。

圖4 測試系統(tǒng)程序流程圖Fig.4 The program flow-process diagram of test system

利用復(fù)化辛普生求積公式計算吸收能量E[6]，

測試系統(tǒng)應(yīng)用軟件具有友好的用戶界面，即系統(tǒng)各個功能的實現(xiàn)全部通過簡便易懂的人機對話以交互方式實現(xiàn)。測試系統(tǒng)程序流程圖如圖4所示。

2 結(jié)束語

本文提出的聚氨酯護舷性能的測試系統(tǒng)具有較高的測試精度，能夠?qū)崟r反映位移、壓縮反力動態(tài)值，方便、準確的檢測聚氨酯護舷性能，為聚氨酯護舷性能的質(zhì)量檢測提供了條件。

［1］HG/T2666-1997(部標)[S]．

［2］熊曉明，張連洪.大型橡膠護舷力學性能測試系統(tǒng)[J].測量與設(shè)備，2001（11）：21-22.

［3］賈銘新.液壓傳動與控制[M].第二版.北京:國防工業(yè)出版社,2001.

［4］洪海龍，申亞芳，王華祥.橡膠護舷力學參數(shù)測試系統(tǒng)[J].電子測量技術(shù)，2000（3）:31-33.

［5］楊大地，王開榮,等.數(shù)值分析[M].北京:科學出版社,2006.

［6］宋岱才，路永潔，劉國志，陳明明.數(shù)值計算方法[M].北京：中國經(jīng)濟出版社， 2006.

The Performance Measurement System for the Polyurethane Elastomer Fender

LV Yu-lin，SUN Jie
（Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China）

Aiming at the performance test of the polyurethane fender, a sensor equipment with certain measurement accuracy was manufactured, then a computer measurement system for testing the mechanical performance of polyurethane fender was developed. The system can be used to well test the maximum compression pressure and absorbed energy of the polyurethane fender when compression deformation rate is 50%.It can provide an effective way for the experimental testing of polyurethane fender.

Sensor; Polyurethane fender; Test system; Absorption of energy

TQ 323.8

A

1671-0460（2011）12-1258-03

2011-10-20

呂玉林（1983-），男，河南南陽人，碩士研究生，2012年畢業(yè)于遼寧石油化工大學化工工程機械專業(yè)，研究方向：過程裝備控制技術(shù)。E-mail：luyulin568@163.com。