呂玉林，孫 杰

（ 遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

聚氨酯彈性體護(hù)舷性能測(cè)試系統(tǒng)

呂玉林，孫 杰

（ 遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

針對(duì)聚氨酯護(hù)舷性能測(cè)試，試制了具有一定測(cè)量準(zhǔn)確度的傳感裝置，研制了一種適合測(cè)試聚氨酯護(hù)舷力學(xué)性能的微機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可以很好的測(cè)試聚氨酯護(hù)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(hù)舷的檢測(cè)提供了有效方法。

傳感器；聚氨酯護(hù)舷；測(cè)試系統(tǒng)；吸收能量

護(hù)舷是港口碼頭和船舶的重要安全防護(hù)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(shí)起到吸收能量、緩沖撞擊力的作用。聚氨酯護(hù)舷是由聚氨酯材料制造的一種新型護(hù)舷，其特點(diǎn)有拉伸強(qiáng)度較高，耐腐蝕性好，抗剪能力能力強(qiáng)；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(xiǎn)，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(hù)舷中規(guī)格最大；護(hù)舷外表可以施加各種顏色，產(chǎn)品光滑美觀，標(biāo)識(shí)明顯等，廣泛使用于港口、近海和船靠船作業(yè)。

隨著船舶運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，對(duì)護(hù)舷的要求也隨之提高，出現(xiàn)了專業(yè)化的護(hù)舷，并制定了相應(yīng)的技術(shù)性能指標(biāo)[1]，其包括有50%壓縮變形率的最大壓縮反力和吸收能量,對(duì)于小型護(hù)舷(高度<500 mm,50%壓縮變形<250 mm),其性能指標(biāo)可在電子材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行；對(duì)于大型護(hù)舷（高度>1 000 ~2 500 mm）,其性能指標(biāo)的測(cè)試需要將護(hù)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(cè)量準(zhǔn)確度的傳感裝置，研制了一種適合測(cè)試聚氨酯護(hù)舷力學(xué)性能的微機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，并應(yīng)用于相關(guān)企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)。

1 測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 測(cè)試系統(tǒng)原理

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

1.1.1 位移測(cè)試原理

位移是通過與壓力機(jī)滑塊相連的差動(dòng)變壓器式位移傳感器來測(cè)量，如圖1所示。

1.1.2 壓力測(cè)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(cè)試液壓缸內(nèi)的工作壓力，如圖2所示。

當(dāng)液壓機(jī)開始工作時(shí)，液壓缸油路處于差動(dòng)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(jī)滑塊緩慢移動(dòng)。聚氨酯護(hù)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(jī)滑塊未壓縮聚氨酯護(hù)舷時(shí)，液壓缸內(nèi)的工作壓力；

P1—液壓機(jī)滑塊壓縮聚氨酯護(hù)舷過程中，液壓缸內(nèi)的工作壓力。

圖1 位移的測(cè)試Fig.1 The displacement test

圖2 壓力的測(cè)試Fig.2 The pressure test

1.2 測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

聚氨酯彈性體護(hù)舷性能的測(cè)試系統(tǒng)由壓制液壓機(jī)、差動(dòng)變壓器式位移傳感器、壓力傳感器、信號(hào)調(diào)理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)等硬件和測(cè)試軟件組成。如圖3所示。

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

差動(dòng)變壓器式位移傳感器和壓力傳感器輸出的mV級(jí)電壓信號(hào)，經(jīng)信號(hào)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(jì)算機(jī)進(jìn)行處理后，從而得到護(hù)舷壓縮試驗(yàn)中的載荷和變形數(shù)據(jù)。

1.3 測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本測(cè)試系統(tǒng)軟件用C++ Builder語言編寫，在Windows 7環(huán)境下運(yùn)行，程序設(shè)計(jì)采用模塊化(圖1)結(jié)構(gòu)，軟件主要包括試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置模塊、試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集模塊、試驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)告模塊、計(jì)算吸收能量模塊。試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置模塊是實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)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(hù)舷類型和高度、設(shè)置采樣時(shí)間和采樣方式。試驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)告模塊主要是實(shí)時(shí)顯示采集到的變形量、反力、吸收能量和其對(duì)應(yīng)的反力及吸收能量曲線，并保存其數(shù)據(jù)和曲線。計(jì)算吸收能量模塊根據(jù)實(shí)時(shí)采集的反力f（xn）及位移xn，利用牛頓插值多項(xiàng)式和復(fù)化辛普生求積公式計(jì)算實(shí)時(shí)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(duì)應(yīng)的反力值為：f（x0），f（x1），f（x2），…，f（xn），則利用牛頓插值多項(xiàng)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(diǎn)x0，x1，…，xn的n階差商。

圖4 測(cè)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(jì)算吸收能量E[6]，

測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用軟件具有友好的用戶界面，即系統(tǒng)各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)全部通過簡(jiǎn)便易懂的人機(jī)對(duì)話以交互方式實(shí)現(xiàn)。測(cè)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(hù)舷性能的測(cè)試系統(tǒng)具有較高的測(cè)試精度，能夠?qū)崟r(shí)反映位移、壓縮反力動(dòng)態(tài)值，方便、準(zhǔn)確的檢測(cè)聚氨酯護(hù)舷性能，為聚氨酯護(hù)舷性能的質(zhì)量檢測(cè)提供了條件。

［1］HG/T2666-1997(部標(biāo))[S]．

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

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

［4］洪海龍，申亞芳，王華祥.橡膠護(hù)舷力學(xué)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)[J].電子測(cè)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(xué)出版社,2006.

［6］宋岱才，路永潔，劉國(guó)志，陳明明.數(shù)值計(jì)算方法[M].北京：中國(guó)經(jīng)濟(jì)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(xué)化工工程機(jī)械專業(yè)，研究方向：過程裝備控制技術(shù)。E-mail：luyulin568@163.com。