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摘要：提出了一種測量推土機制動性能的新方法，設(shè)計了由單片微型計算機控制的測試儀器，包括測試儀的硬件設(shè)計和軟件模塊設(shè)計。經(jīng)有關(guān)單位使用表明，該儀器具有智能化、高精度、操作簡單等特點，在農(nóng)機監(jiān)理部門和管理維修部門具有廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：推土機 制動力 測量 微機控制
提高推土機行駛速度是提高生產(chǎn)效率的主要技術(shù)措施之一，但是必須有性能良好的制動系統(tǒng)來保證行駛的安全性。制動性能的好壞直接影響行駛的安全性，許多推土機事故是由于制動性能欠佳所致，所以必須經(jīng)常對推土機的制動性能進行檢測，發(fā)現(xiàn)制動性能下降，就要及時對制動系統(tǒng)進行調(diào)整或修理，提高制動性能。但是如何簡單、快速地測試推土機的制動性能一直是一件比較困難的事，目前常用的檢測方法有目測、試車和專用儀器檢測等。前兩種方法操作簡單，但誤差較大，只能粗略估測推土機的制動性能，不能夠獲得具體數(shù)據(jù)，且缺少一個統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn);后者價格昂貴，操作復(fù)雜，不宜進行移動測量。實際上，推土機的制動性能主要取決于剎車的制動力矩，所以可以用制動力矩作為衡量制動系性能的標(biāo)準(zhǔn)。本文提出了用單片微型計算機控制的測量制動力矩的方法和相應(yīng)測量儀器，該儀器能夠精確測量推土機制動力矩，并且體積小，可進行移動測量，能夠為農(nóng)機監(jiān)理部門的監(jiān)理和維修部門的維修提供科學(xué)依據(jù)。
一、測量原理
測量裝置由千斤頂、底座、鋼絲繩、拉力傳感器和測量儀組成。千斤頂固定在底座上，用于提升車輪。鋼絲繩的作用是在車輪的外緣向車輪施加力矩，鋼絲繩的一頭通過輪轂上的孔綁在車輪上，另一頭沿車輪連接到拉力傳感器，拉力傳感器又與底座相連。拉力傳感器把拉力的應(yīng)變信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過屏蔽線傳送給測量儀，由測量儀進行信號放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)顯示。
測量時，先把千斤頂往上頂，使車輪稍離地面，這時車輪應(yīng)能自由轉(zhuǎn)動，如果轉(zhuǎn)不動，表明制動蹄與制動鼓之間的間隙過小，需進行調(diào)整或維修。轉(zhuǎn)動車輪，使鋼絲繩繃緊，然后踩住剎車，繼續(xù)升千斤頂，鋼絲繩被逐漸拉緊。當(dāng)繩子的拉力產(chǎn)生的力矩超過剎車的制動力矩時，車輪就開始打滑，這時剎車的最大制動力矩M就等于繩子拉力產(chǎn)生的力矩，即∶
M=F.r
F——鋼絲繩的拉力
r——推土機車輪半徑
鋼絲繩的拉力由拉力傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，由測量儀按要求進行處理、記錄和顯示。對于一定型號的推土機，車輪的半徑通常為常數(shù)，所以也可以用繩子拉力的大小直接來衡量該類推土機的制動性能。
二、測量儀硬件設(shè)計
測量儀的硬件由信號放大模塊、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和CPU處理模塊組成。測量儀實現(xiàn)對微弱信號的放大處理并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，計算制動力矩和顯示測量結(jié)果。
1、信號放大模塊
拉力傳感器(SENSOR)的輸出信號是一對共模電壓信號，電壓差(ΔV)非常小，一般只有幾毫伏，所以必須進行放大處理。放大模塊由高精度放大器ICL7650組成，采用差分輸入放大方式。ICL7650是CMOS型斬波穩(wěn)零集成運放，采用動態(tài)校零方法以消除運放的失調(diào)和溫漂，精密度高，在性能上非常接近理想運算放大器。對于電路參數(shù)，能夠把拉力傳感器送來的共模信號差分放大100倍。
2、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊
模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的核心是ICL7109A/D轉(zhuǎn)換器，ICL7109是雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)輸出為12位二進制數(shù)，分辨率高，抗干擾能力強。同時它與微處理器接口有很好的兼容性，其數(shù)據(jù)線、控制線能直接與微處理器總線相連。
3、CPU處理模塊
CPU處理模塊由微處理器、行列鍵盤(KEY)和液晶顯示器(LCD)組成。采用89C51單片機作為測量儀的微處理器，這種單片機芯片內(nèi)部帶有4K電擦寫式程序存貯器，集成度高，處理能力強。89C51以每秒30次的速度讀取A/D轉(zhuǎn)換器的采樣數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行處理。測量儀的工作方式、控制命令和一些運行參數(shù)由行列鍵盤輸入，運行結(jié)果從液晶顯示器輸出。
三、軟件設(shè)計
為了實現(xiàn)可靠測量制動力的目的，需要設(shè)計相應(yīng)的測量軟件。測量軟件包括以下一些功能。
1、自檢功能
插上電源，軟件被啟動，先運行自檢程序。自檢程序?qū)y量儀的各個硬件進行掃描，檢查硬件工作是否正常，傳感器信號能否輸入等。若測量儀工作正常，則在顯示器顯示“P——”，等待接收命令，否則報警并輸出錯誤代碼。
2、調(diào)零功能
拉力傳感器在未受力時，其輸出的差分信號(ΔV)不一定為零，而是一個常數(shù)，所以測量儀要具備調(diào)零功能，測量時的結(jié)果應(yīng)該減去這一初始常數(shù)。調(diào)零功能使用如下：去掉加在拉力傳感器兩端的拉力，按“跟蹤”鍵進入測量狀態(tài)，這時顯示的結(jié)果即為初始常數(shù)。按鍵盤上“調(diào)零”鍵，調(diào)零程序自動將測量結(jié)果減去初始常數(shù)，測量儀顯示‘0’。
3、校正功能
測量儀使用一段時間后，拉力傳感器的輸出信號和放大器的信號處理會有微小的線性變化，即線性誤差。為了保證制動力的測量精度，需要定期對測量儀進行校正，所以在軟件中設(shè)計了校正功能。校正功能使用如下：按“跟蹤”鍵進入測量狀態(tài)。在拉力傳感器上懸掛一定重量的物體(50～100kg為宜)，物體事先已稱過重量，這時測量的結(jié)果應(yīng)等于物體的重量，如果不相等，表明有線性誤差存在，需進行校正。按鍵盤上的“校正”鍵，然后輸入物體的實際重量，再按“確認”鍵，即實現(xiàn)了對測量儀的校正，校正參數(shù)自動保存在單片微機中。
4、測量
測量儀經(jīng)過調(diào)零校正后就可以用來測量推土機的制動力了。推土機的制動性能與最大制動力矩有關(guān)，為了使用方便，設(shè)計了兩種測量方式。一種是跟蹤測量方式，在測量過程中實時顯示當(dāng)前制動力的大小，按鍵盤上的“跟蹤”鍵，測量儀就處于跟蹤測量方式了。另一種是峰值測量方式，測量儀只顯示在測量過程中最大的制動力，利于讀數(shù)，按鍵盤上的“峰值”鍵即選擇了本測量方式。在測量時可根據(jù)實際需要來選擇測量方式。
四、小結(jié)
使用本測量儀對數(shù)千臺推土機的制動性能進行了測試，表明該測量儀性能可靠，操作簡單，檢測速度快，一次完整的測試只需3 min。儀器的性能達到了設(shè)計要求。在測量過程中獲得了大量的第一手數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表明推土機的制動性能普遍達不到要求，主要表現(xiàn)在制動力矩不足和左右輪的制動力不平衡。
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