摩擦试验机计算机测试系统的设计与应用

　　C/C复合材料是应航天航空需要而发展起来的一种新型材料，由于其良好的导热性及承载能力大、寿命长、环境适应能力强等优点而被广泛用在新一代飞机刹车装置上，实现了飞机制动技术的重大突破。C/C复合材料的摩擦磨损性能是影响其制动性能的关键。材料的摩擦磨损性能与许多因素有关，材料本身, 刹车速度、刹车压力及惯量等都影响其摩擦磨损性能。

　　本文从硬件和软件两个方面分别阐述摩擦试验机的自动测试系统, 通过设定刹车速度、压力和惯量,测试 C/C 复合材料在刹车过程的性能参数随时间的变化, 并记录曲线和数据, 为其在飞机制动装置上的应用提供科研依据。

　　1 系统结构与实现

　　1.1 系统结构

　　系统包括 3 台电机，主电机通过变频器控制MM-1000 型摩擦试验机的升速，鼓风电机用于冷却主电机，油泵电机给摩擦试验机主轴润滑，利用固态继电器进行控制。在摩擦试验机安装传感器系统检测数据，通过信号调理后由计算机采集进入计算机系统,实现对数据的处理。系统结构框图如图 1 所示。

　　1.2 系统的工作原理与实现

　　MM-1000 型摩擦试验机主要组成部分如图 2 所示。系统工作分升速和刹车试验两部分，在摩擦试验机主轴升速阶段，主电动机通过皮带传递摩擦离合器带动主轴旋转;在刹车试验阶段，由预先调好压力的气压通过气缸对摩擦试件作正向(轴向)加压。摩擦试件夹在机床主轴和磨头之间, 在进行升速前, 装备惯性轮以模拟实际刹车的惯量, 设定刹车速度。当主轴达到设定速度时, 通过离合器分离惯性轮, 开始送气加压进行刹车试验。通过传感器采集速度、温度、力矩、压力 4 个信号经 A/D 转换进入计算机系统。

　　(1)变频器工作原理

　　选用西门子公司的Micromaster 430 通用变频器，具有很好的线性 V/f 控制特性，能够控制电机平稳的升速和降速。

　　系统工作时首先通过人机对话界面设定主电机需要达到的速度，也即设定变频器的输出频率。为使电机平稳的升速和降速，设定变频器的频率按照线性关系从“0”平滑地增大到设定的频率。由于变频器的输出频率和电压呈线性关系，设定变频器的输出频率与电机的转速成线性关系, 从而带动电动机从静止状态逐渐加速到设定速度。

　　(2)信号的采集与输出

　　自动测试系统中采用工控机和研华的多功能数据采集卡 PCI-1711。

　　选用工业控制计算机作为主机是因为其与相同型号的 PC 机相比具有长期稳定运行，抗干扰能力强的特点。PCI-1711 是一种即插即用型的数据采集板，通过 PCI 扩展槽与计算机相连,含最常用的测量和控制功能,采样速率可达到 100k/s。本系统使用 4 路 A/D 转换，每一通道采集 1 个参数; 1 路 D/A 转换用于设定变频器的输出频率;5 路数字量输出, 用于控制固体继电器和变频器。