一種農(nóng)機(jī)制動器磨損度智能檢測裝置與控制系統(tǒng)

顧建華 蘇宏林 賁能軍 嚴(yán)國軍 劉娜

摘 要 針對農(nóng)用拖拉機(jī)液壓盤式制動器使用中存在的性能不穩(wěn)定、卡死、磨損程度未知等問題，利用微電子新技術(shù)研發(fā)了一種制動器磨損度智能檢測裝置及控制系統(tǒng)，具有實(shí)時監(jiān)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(wěn)定性。

關(guān)鍵詞 液壓盤式制動器；智能檢測；農(nóng)業(yè)機(jī)械；數(shù)值處理

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

液壓盤式制動器是農(nóng)用拖拉機(jī)的重要配置，是保證安全行駛的重要部件，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、制動力矩大，且不受泥水侵襲等優(yōu)點(diǎn)。在農(nóng)機(jī)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(dǎo)致制動器制動失效主要原因，由于農(nóng)機(jī)保養(yǎng)維護(hù)率低，通常只有當(dāng)故障出現(xiàn)時才進(jìn)行維修保養(yǎng)，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來不安全隱患。利用微電子新技術(shù)研制一種制動器磨損度智能檢測裝置和控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以實(shí)時監(jiān)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(wěn)定性。

1 制動器的結(jié)構(gòu)與工作原理

液壓盤式制動器是農(nóng)用四輪拖拉機(jī)上的安全制動裝置[1]，其安裝在拖拉機(jī)的驅(qū)動輪主軸上，結(jié)構(gòu)見圖1。液壓制動器通過軸承座由螺釘固定在機(jī)器牽引部殼體上，其工作原理是：當(dāng)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(zhuǎn)；當(dāng)車輛制動時，制動電磁閥控制液壓油從進(jìn)油口1進(jìn)入油缸，在液壓油的作用下將活塞8壓向高速旋轉(zhuǎn)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(chǎn)生制動力矩，起到制動主軸的作用。制動取消時，液壓油經(jīng)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(tǒng)設(shè)計

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

盤式液壓制動器的檢測系統(tǒng)由摩擦片磨損度檢測電路、顯示電路和報警保護(hù)電路等部分組成。為引入制動器磨損檢測裝置，將活塞8進(jìn)行改進(jìn)。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(zhì)，2為電渦流傳感器，3為錐形螺栓，4為制動器活塞。

1.進(jìn)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(zhì)；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?shù)揭患壏糯箅娐?，?jīng)過500倍放大后，反相比例放大電路進(jìn)行二級放大，最終送入A/D轉(zhuǎn)換器MAX197芯片并將電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)單片機(jī)處理通過液晶狀態(tài)顯示。當(dāng)摩擦片磨損量超標(biāo)時報警電路發(fā)出報警信息，可提醒駕駛員及時更換摩擦片或選擇中斷機(jī)械運(yùn)行。圖3為該系統(tǒng)的工作原理。

2.2 傳感器選擇

本設(shè)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(qiáng)、無介質(zhì)影響、穩(wěn)定可靠及易于處理等明顯優(yōu)點(diǎn)。

2.3 A/D轉(zhuǎn)換芯片與信號處理

本系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換器采用MAXIM公司出品的MAX197芯片。MAX197芯片是一款支持12位轉(zhuǎn)換精度。高速的逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。本設(shè)計中傳感器額定激勵電壓為10 V，根據(jù)傳感器的規(guī)格計算得輸出小信號電壓值為0～10 mV。設(shè)計中數(shù)據(jù)A/D能進(jìn)行轉(zhuǎn)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(shù)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(jī)的選用

本設(shè)計采用最常用且價格便宜的ATMEL公司的單片機(jī)AT89C52（以下簡稱89C52），由于分別安裝了3個位移傳感器，為了實(shí)現(xiàn)對3個測量點(diǎn)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(zhuǎn)換功能的CMOS單路8通道模擬多路復(fù)用器/多路解復(fù)用器，能滿足檢測精度和動態(tài)檢測的需要?

2.5 軟件設(shè)計及數(shù)據(jù)處理

為了便于程序的調(diào)試，主程序采用模塊化的設(shè)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(zhuǎn)換器將傳感器輸出變成數(shù)字信號，由單片機(jī)進(jìn)行讀取，經(jīng)過相關(guān)數(shù)據(jù)處理和變換，將位移在LED顯示器上實(shí)時顯示，然后檢測信號和設(shè)置的極限值比較，超出范圍進(jìn)行報警，其中取3個測量點(diǎn)最大值為記錄數(shù)據(jù)。主程序流程如圖5所示。

3 結(jié)語

農(nóng)用拖拉機(jī)盤式液壓制動器磨損度在線檢測裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、測試數(shù)據(jù)精確等特點(diǎn)，具有較高的應(yīng)用價值，該套檢測裝置已進(jìn)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(dá)到0.01 mm，提高了制動器的效率和安全穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]劉娜.農(nóng)用拖拉機(jī)液壓盤式制動器[J].南方農(nóng)業(yè)，2014，8（30）：182-183.

[2]劉同增.盤式制動器制動性能智能監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)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(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[J].計算機(jī)測量與控制，2012，20（10）：2710-2712.

（責(zé)任編輯：劉昀）