顧建華 蘇宏林 賁能軍 嚴(yán)國(guó)軍 劉娜

摘 要 針對(duì)農(nóng)用拖拉機(jī)液壓盤(pán)式制動(dòng)器使用中存在的性能不穩(wěn)定、卡死、磨損程度未知等問(wèn)題，利用微電子新技術(shù)研發(fā)了一種制動(dòng)器磨損度智能檢測(cè)裝置及控制系統(tǒng)，具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)摩擦片磨損量，以及超限報(bào)警功能，提高了制動(dòng)器的效率和安全穩(wěn)定性。

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

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

液壓盤(pán)式制動(dòng)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(jiǎn)單、體積小、制動(dòng)力矩大，且不受泥水侵襲等優(yōu)點(diǎn)。在農(nóng)機(jī)的使用過(guò)程中，摩擦材料的磨損、表面溫度過(guò)高和熱疲勞是導(dǎo)致制動(dòng)器制動(dòng)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(shí)才進(jìn)行維修保養(yǎng)，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)不安全隱患。利用微電子新技術(shù)研制一種制動(dòng)器磨損度智能檢測(cè)裝置和控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)摩擦片磨損量及超限報(bào)警功能，提高了制動(dòng)器的效率和安全穩(wěn)定性。

1 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)與工作原理

液壓盤(pán)式制動(dòng)器是農(nóng)用四輪拖拉機(jī)上的安全制動(dòng)裝置[1]，其安裝在拖拉機(jī)的驅(qū)動(dòng)輪主軸上，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。液壓制動(dòng)器通過(guò)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(chē)輛正常行駛時(shí)，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(dòng)的，摩擦片在主軸的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)；當(dāng)車(chē)輛制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)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(dòng)力矩，起到制動(dòng)主軸的作用。制動(dòng)取消時(shí)，液壓油經(jīng)電磁閥回油池，這時(shí)由于液壓力的撤銷(xiāo)，活塞、摩擦片、軸承座三者再次分離，制動(dòng)力矩消失。

2 檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

盤(pán)式液壓制動(dòng)器的檢測(cè)系統(tǒng)由摩擦片磨損度檢測(cè)電路、顯示電路和報(bào)警保護(hù)電路等部分組成。為引入制動(dòng)器磨損檢測(cè)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(gè)成120°均勻分布的錐形螺紋孔，用于安裝3個(gè)電渦流傳感器，其小端朝向制動(dòng)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(dòng)器活塞。

1.進(jìn)油口；2.制動(dòng)器殼體；3、7.O型圈；4.銷(xiāo)；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(dòng)器活塞

工作時(shí)，電渦流傳感器檢測(cè)的位移信號(hào)傳輸?shù)揭患?jí)放大電路，經(jīng)過(guò)500倍放大后，反相比例放大電路進(jìn)行二級(jí)放大，最終送入A/D轉(zhuǎn)換器MAX197芯片并將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)處理通過(guò)液晶狀態(tài)顯示。當(dāng)摩擦片磨損量超標(biāo)時(shí)報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警信息，可提醒駕駛員及時(shí)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(jì)中選用了3個(gè)CFZ系列電渦流位移傳感器。線(xiàn)性范圍：0～40 mm。線(xiàn)性誤差：0.6%。探頭外徑：6 mm。信號(hào)輸出0～5 V DC。工作電源：±15～24 V DC。該傳感器具有非接觸測(cè)量、線(xiàn)性范圍寬、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、無(wú)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(hào)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(jì)中傳感器額定激勵(lì)電壓為10 V，根據(jù)傳感器的規(guī)格計(jì)算得輸出小信號(hào)電壓值為0～10 mV。設(shè)計(jì)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(hào)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(hào)不失真。信號(hào)一級(jí)放大電路如圖4所示。

2.4 單片機(jī)的選用

本設(shè)計(jì)采用最常用且價(jià)格便宜的ATMEL公司的單片機(jī)AT89C52（以下簡(jiǎn)稱(chēng)89C52），由于分別安裝了3個(gè)位移傳感器，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)3個(gè)測(cè)量點(diǎn)3個(gè)傳感器的巡檢，采用德州CD4951B芯片選擇測(cè)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(mǎn)足檢測(cè)精度和動(dòng)態(tài)檢測(cè)的需要?

2.5 軟件設(shè)計(jì)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(jì)思想[2，3]，主要有A/D采集模塊。存儲(chǔ)模塊和顯示模塊。通過(guò)AD轉(zhuǎn)換器將傳感器輸出變成數(shù)字信號(hào)，由單片機(jī)進(jìn)行讀取，經(jīng)過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)處理和變換，將位移在LED顯示器上實(shí)時(shí)顯示，然后檢測(cè)信號(hào)和設(shè)置的極限值比較，超出范圍進(jìn)行報(bào)警，其中取3個(gè)測(cè)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(yǔ)

農(nóng)用拖拉機(jī)盤(pán)式液壓制動(dòng)器磨損度在線(xiàn)檢測(cè)裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、測(cè)試數(shù)據(jù)精確等特點(diǎn)，具有較高的應(yīng)用價(jià)值，該套檢測(cè)裝置已進(jìn)行小批量測(cè)試與使用，取得較高的使用效果，位移檢測(cè)精度達(dá)到0.01 mm，提高了制動(dòng)器的效率和安全穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

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[2]劉同增.盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)性能智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用[J].工礦自動(dòng)化，2010（7）：120-121.

[3]袁錫明，李海波.摩托車(chē)制動(dòng)器智能檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2012，20（10）：2710-2712.

（責(zé)任編輯：劉昀）