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关于推土机制动性能测试方法分析
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内容提示：提出了一种测量推土机制动性能的新方法，设计了由单片微型计算机控制的测试仪器，包括测试仪的硬件设计和软件模块设计。经有关单位使用表明，该仪器具有智能化、高精度、操作简单等特点，在农机监理部门和管理维修部门具有广泛的应用前景。
摘要：提出了一种测量推土机制动性能的新方法，设计了由单片微型计算机控制的测试仪器，包括测试仪的硬件设计和软件模块设计。经有关单位使用表明，该仪器具有智能化、高精度、操作简单等特点，在农机监理部门和管理维修部门具有广泛的应用前景。（参考《建筑中文网》）
关键词：推土机 制动力 测量 微机控制
提高推土机行驶速度是提高生产效率的主要技术措施之一，但是必须有性能良好的制动系统来保证行驶的安全性。制动性能的好坏直接影响行驶的安全性，许多推土机事故是由于制动性能欠佳所致，所以必须经常对推土机的制动性能进行检测，发现制动性能下降，就要及时对制动系统进行调整或修理，提高制动性能。但是如何简单、快速地测试推土机的制动性能一直是一件比较困难的事，目前常用的检测方法有目测、试车和专用仪器检测等。前两种方法操作简单，但误差较大，只能粗略估测推土机的制动性能，不能够获得具体数据，且缺少一个统一的评价标准；后者价格昂贵，操作复杂，不宜进行移动测量。实际上，推土机的制动性能主要取决于刹车的制动力矩，所以可以用制动力矩作为衡量制动系性能的标准。本文提出了用单片微型计算机控制的测量制动力矩的方法和相应测量仪器，该仪器能够精确测量推土机制动力矩，并且体积小，可进行移动测量，能够为农机监理部门的监理和维修部门的维修提供科学依据。
一、测量原理
测量装置由千斤顶、底座、钢丝绳、拉力传感器和测量仪组成。千斤顶固定在底座上，用于提升车轮。钢丝绳的作用是在车轮的外缘向车轮施加力矩，钢丝绳的一头通过轮毂上的孔绑在车轮上，另一头沿车轮连接到拉力传感器，拉力传感器又与底座相连。拉力传感器把拉力的应变信号转换成电信号，通过屏蔽线传送给测量仪，由测量仪进行信号放大、模数转换和数据显示。
测量时，先把千斤顶往上顶，使车轮稍离地面，这时车轮应能自由转动，如果转不动，表明制动蹄与制动鼓之间的间隙过小，需进行调整或维修。转动车轮，使钢丝绳绷紧，然后踩住刹车，继续升千斤顶，钢丝绳被逐渐拉紧。当绳子的拉力产生的力矩超过刹车的制动力矩时，车轮就开始打滑，这时刹车的最大制动力矩M就等于绳子拉力产生的力矩，即∶
M=F.r
F——钢丝绳的拉力
r——推土机车轮半径
钢丝绳的拉力由拉力传感器转换成电信号，由测量仪按要求进行处理、记录和显示。对于一定型号的推土机，车轮的半径通常为常数，所以也可以用绳子拉力的大小直接来衡量该类推土机的制动性能。
二、测量仪硬件设计
测量仪的硬件由信号放大模块、A/D模数转换模块和CPU处理模块组成。测量仪实现对微弱信号的放大处理并转换成数字量，计算制动力矩和显示测量结果。
1、信号放大模块
拉力传感器（SENSOR）的输出信号是一对共模电压信号，电压差（ΔV）非常小，一般只有几毫伏，所以必须进行放大处理。放大模块由高精度放大器ICL7650组成，采用差分输入放大方式。ICL7650是CMOS型斩波稳零集成运放，采用动态校零方法以消除运放的失调和温漂，精密度高，在性能上非常接近理想运算放大器。对于电路参数，能够把拉力传感器送来的共模信号差分放大100倍。
2、A/D模数转换模块
模数转换模块的核心是ICL7109A/D转换器，ICL7109是双积分型A/D转换器，数据输出为12位二进制数，分辨率高，抗干扰能力强。同时它与微处理器接口有很好的兼容性，其数据线、控制线能直接与微处理器总线相连。
3、CPU处理模块
CPU处理模块由微处理器、行列键盘(KEY）和液晶显示器(LCD)组成。采用89C51单片机作为测量仪的微处理器，这种单片机芯片内部带有4K电擦写式程序存贮器，集成度高，处理能力强。89C51以每秒30次的速度读取A/D转换器的采样数据并对数据进行处理。测量仪的工作方式、控制命令和一些运行参数由行列键盘输入，运行结果从液晶显示器输出。
三、软件设计
为了实现可靠测量制动力的目的，需要设计相应的测量软件。测量软件包括以下一些功能。
1、自检功能
插上电源，软件被启动，先运行自检程序。自检程序对测量仪的各个硬件进行扫描，检查硬件工作是否正常，传感器信号能否输入等。若测量仪工作正常，则在显示器显示“P——”，等待接收命令，否则报警并输出错误代码。
2、调零功能
拉力传感器在未受力时，其输出的差分信号（ΔV）不一定为零，而是一个常数，所以测量仪要具备调零功能，测量时的结果应该减去这一初始常数。调零功能使用如下：去掉加在拉力传感器两端的拉力，按“跟踪”键进入测量状态，这时显示的结果即为初始常数。按键盘上“调零”键，调零程序自动将测量结果减去初始常数，测量仪显示‘0’。
3、校正功能
测量仪使用一段时间后，拉力传感器的输出信号和放大器的信号处理会有微小的线性变化，即线性误差。为了保证制动力的测量精度，需要定期对测量仪进行校正，所以在软件中设计了校正功能。校正功能使用如下：按“跟踪”键进入测量状态。在拉力传感器上悬挂一定重量的物体(50～100kg为宜)，物体事先已称过重量，这时测量的结果应等于物体的重量，如果不相等，表明有线性误差存在，需进行校正。按键盘上的“校正”键，然后输入物体的实际重量，再按“确认”键，即实现了对测量仪的校正，校正参数自动保存在单片微机中。
4、测量
测量仪经过调零校正后就可以用来测量推土机的制动力了。推土机的制动性能与最大制动力矩有关，为了使用方便，设计了两种测量方式。一种是跟踪测量方式，在测量过程中实时显示当前制动力的大小，按键盘上的“跟踪”键，测量仪就处于跟踪测量方式了。另一种是峰值测量方式，测量仪只显示在测量过程中最大的制动力，利于读数，按键盘上的“峰值”键即选择了本测量方式。在测量时可根据实际需要来选择测量方式。
四、小结
使用本测量仪对数千台推土机的制动性能进行了测试，表明该测量仪性能可靠，操作简单，检测速度快，一次完整的测试只需3 min。仪器的性能达到了设计要求。在测量过程中获得了大量的第一手数据，数据表明推土机的制动性能普遍达不到要求，主要表现在制动力矩不足和左右轮的制动力不平衡。
参考文献：
［1］何勇，陈均，奚文斌.推土机结构原理与检测维修［M］.北京：中国农业科技出版社，1999.383～388.
［2］高维宏.电路和电子技术［M］. 北京：高等教育出版社， 1989.294～296.
［3］周航慈.单片机程序设计基础［M］.北京：北京航空航天大学出版社，1997.150～152. 来源: 《建筑中文网》.
关键词：推土机 制动力 测量 微机控制
提高推土机行驶速度是提高生产效率的主要技术措施之一，但是必须有性能良好的制动系统来保证行驶的安全性。制动性能的好坏直接影响行驶的安全性，许多推土机事故是由于制动性能欠佳所致，所以必须经常对推土机的制动性能进行检测，发现制动性能下降，就要及时对制动系统进行调整或修理，提高制动性能。但是如何简单、快速地测试推土机的制动性能一直是一件比较困难的事，目前常用的检测方法有目测、试车和专用仪器检测等。前两种方法操作简单，但误差较大，只能粗略估测推土机的制动性能，不能够获得具体数据，且缺少一个统一的评价标准；后者价格昂贵，操作复杂，不宜进行移动测量。实际上，推土机的制动性能主要取决于刹车的制动力矩，所以可以用制动力矩作为衡量制动系性能的标准。本文提出了用单片微型计算机控制的测量制动力矩的方法和相应测量仪器，该仪器能够精确测量推土机制动力矩，并且体积小，可进行移动测量，能够为农机监理部门的监理和维修部门的维修提供科学依据。
一、测量原理
测量装置由千斤顶、底座、钢丝绳、拉力传感器和测量仪组成。千斤顶固定在底座上，用于提升车轮。钢丝绳的作用是在车轮的外缘向车轮施加力矩，钢丝绳的一头通过轮毂上的孔绑在车轮上，另一头沿车轮连接到拉力传感器，拉力传感器又与底座相连。拉力传感器把拉力的应变信号转换成电信号，通过屏蔽线传送给测量仪，由测量仪进行信号放大、模数转换和数据显示。
测量时，先把千斤顶往上顶，使车轮稍离地面，这时车轮应能自由转动，如果转不动，表明制动蹄与制动鼓之间的间隙过小，需进行调整或维修。转动车轮，使钢丝绳绷紧，然后踩住刹车，继续升千斤顶，钢丝绳被逐渐拉紧。当绳子的拉力产生的力矩超过刹车的制动力矩时，车轮就开始打滑，这时刹车的最大制动力矩M就等于绳子拉力产生的力矩，即∶
M=F.r
F——钢丝绳的拉力
r——推土机车轮半径
钢丝绳的拉力由拉力传感器转换成电信号，由测量仪按要求进行处理、记录和显示。对于一定型号的推土机，车轮的半径通常为常数，所以也可以用绳子拉力的大小直接来衡量该类推土机的制动性能。
二、测量仪硬件设计
测量仪的硬件由信号放大模块、A/D模数转换模块和CPU处理模块组成。测量仪实现对微弱信号的放大处理并转换成数字量，计算制动力矩和显示测量结果。
1、信号放大模块
拉力传感器（SENSOR）的输出信号是一对共模电压信号，电压差（ΔV）非常小，一般只有几毫伏，所以必须进行放大处理。放大模块由高精度放大器ICL7650组成，采用差分输入放大方式。ICL7650是CMOS型斩波稳零集成运放，采用动态校零方法以消除运放的失调和温漂，精密度高，在性能上非常接近理想运算放大器。对于电路参数，能够把拉力传感器送来的共模信号差分放大100倍。
2、A/D模数转换模块
模数转换模块的核心是ICL7109A/D转换器，ICL7109是双积分型A/D转换器，数据输出为12位二进制数，分辨率高，抗干扰能力强。同时它与微处理器接口有很好的兼容性，其数据线、控制线能直接与微处理器总线相连。
3、CPU处理模块
CPU处理模块由微处理器、行列键盘(KEY）和液晶显示器(LCD)组成。采用89C51单片机作为测量仪的微处理器，这种单片机芯片内部带有4K电擦写式程序存贮器，集成度高，处理能力强。89C51以每秒30次的速度读取A/D转换器的采样数据并对数据进行处理。测量仪的工作方式、控制命令和一些运行参数由行列键盘输入，运行结果从液晶显示器输出。
三、软件设计
为了实现可靠测量制动力的目的，需要设计相应的测量软件。测量软件包括以下一些功能。
1、自检功能
插上电源，软件被启动，先运行自检程序。自检程序对测量仪的各个硬件进行扫描，检查硬件工作是否正常，传感器信号能否输入等。若测量仪工作正常，则在显示器显示“P——”，等待接收命令，否则报警并输出错误代码。
2、调零功能
拉力传感器在未受力时，其输出的差分信号（ΔV）不一定为零，而是一个常数，所以测量仪要具备调零功能，测量时的结果应该减去这一初始常数。调零功能使用如下：去掉加在拉力传感器两端的拉力，按“跟踪”键进入测量状态，这时显示的结果即为初始常数。按键盘上“调零”键，调零程序自动将测量结果减去初始常数，测量仪显示‘0’。
3、校正功能
测量仪使用一段时间后，拉力传感器的输出信号和放大器的信号处理会有微小的线性变化，即线性误差。为了保证制动力的测量精度，需要定期对测量仪进行校正，所以在软件中设计了校正功能。校正功能使用如下：按“跟踪”键进入测量状态。在拉力传感器上悬挂一定重量的物体(50～100kg为宜)，物体事先已称过重量，这时测量的结果应等于物体的重量，如果不相等，表明有线性误差存在，需进行校正。按键盘上的“校正”键，然后输入物体的实际重量，再按“确认”键，即实现了对测量仪的校正，校正参数自动保存在单片微机中。
4、测量
测量仪经过调零校正后就可以用来测量推土机的制动力了。推土机的制动性能与最大制动力矩有关，为了使用方便，设计了两种测量方式。一种是跟踪测量方式，在测量过程中实时显示当前制动力的大小，按键盘上的“跟踪”键，测量仪就处于跟踪测量方式了。另一种是峰值测量方式，测量仪只显示在测量过程中最大的制动力，利于读数，按键盘上的“峰值”键即选择了本测量方式。在测量时可根据实际需要来选择测量方式。
四、小结
使用本测量仪对数千台推土机的制动性能进行了测试，表明该测量仪性能可靠，操作简单，检测速度快，一次完整的测试只需3 min。仪器的性能达到了设计要求。在测量过程中获得了大量的第一手数据，数据表明推土机的制动性能普遍达不到要求，主要表现在制动力矩不足和左右轮的制动力不平衡。
参考文献：
［1］何勇，陈均，奚文斌.推土机结构原理与检测维修［M］.北京：中国农业科技出版社，1999.383～388.
［2］高维宏.电路和电子技术［M］. 北京：高等教育出版社， 1989.294～296.
［3］周航慈.单片机程序设计基础［M］.北京：北京航空航天大学出版社，1997.150～152. 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200903/12373.htm
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