一种农机制动器磨损度智能检测装置与控制系统

顾建华 苏宏林 贲能军 严国军 刘娜

摘 要 针对农用拖拉机液压盘式制动器使用中存在的性能不稳定、卡死、磨损程度未知等问题，利用微电子新技术研发了一种制动器磨损度智能检测装置及控制系统，具有实时监测摩擦片磨损量，以及超限报警功能，提高了制动器的效率和安全稳定性。

关键词 液压盘式制动器；智能检测；农业机械；数值处理

中图分类号：TP117.1；TP39 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2015）36--02

液压盘式制动器是农用拖拉机的重要配置，是保证安全行驶的重要部件，具有结构简单、体积小、制动力矩大，且不受泥水侵袭等优点。在农机的使用过程中，摩擦材料的磨损、表面温度过高和热疲劳是导致制动器制动失效主要原因，由于農机保养维护率低，通常只有当故障出现时才进行维修保养，给农业生产带来不安全隐患。利用微电子新技术研制一种制动器磨损度智能检测装置和控制系统，这种系统可以实时监测摩擦片磨损量及超限报警功能，提高了制动器的效率和安全稳定性。

1 制动器的结构与工作原理

液压盘式制动器是农用四轮拖拉机上的安全制动装置[1]，其安装在拖拉机的驱动轮主轴上，结构见图1。液压制动器通过轴承座由螺钉固定在机器牵引部壳体上，其工作原理是：当车辆正常行驶时，活塞、摩擦片、轴承座三者是分离的，活塞和轴承轴座是固定不动的，摩擦片在主轴的带动下高速旋转；当车辆制动时，制动电磁阀控制液压油从进油口1进入油缸，在液压油的作用下将活塞8压向高速旋转的摩擦片11，使之与另一端的轴承座9接触，这样在液压力的作用下，活塞和轴承座将摩擦片压紧，产生制动力矩，起到制动主轴的作用。制动取消时，液压油经电磁阀回油池，这时由于液压力的撤销，活塞、摩擦片、轴承座三者再次分离，制动力矩消失。

2 检测系统设计

2.1 结构设计

盘式液压制动器的检测系统由摩擦片磨损度检测电路、显示电路和报警保护电路等部分组成。为引入制动器磨损检测装置，将活塞8进行改进。如图2所示，在活塞端面钻3个成120°均匀分布的锥形螺纹孔，用于安装3个电涡流传感器，其小端朝向制动器摩擦片。1为纸基摩擦介质，2为电涡流传感器，3为锥形螺栓，4为制动器活塞。

1.进油口；2.制动器壳体；3、7.O型圈；4.销；5.放气螺塞；6.防尘圈；8.活塞；9.轴承座；10.弹簧；11.摩擦片

1.纸基摩擦介质；2.电涡流传感器；3.锥形螺栓；4.制动器活塞

工作时，电涡流传感器检测的位移信号传输到一级放大电路，经过500倍放大后，反相比例放大电路进行二级放大，最终送入A/D转换器MAX197芯片并将电压信号转换成数字信号，经单片机处理通过液晶状态显示。当摩擦片磨损量超标时报警电路发出报警信息，可提醒驾驶员及时更换摩擦片或选择中断机械运行。图3为该系统的工作原理。

2.2 传感器选择

本设计中选用了3个CFZ系列电涡流位移传感器。线性范围：0～40 mm。线性误差：0.6%。探头外径：6 mm。信号输出0～5 V DC。工作电源：±15～24 V DC。该传感器具有非接触测量、线性范围宽、灵敏度高、抗干扰能力强、无介质影响、稳定可靠及易于处理等明显优点。

2.3 A/D转换芯片与信号处理

本系统中A/D转换器采用MAXIM公司出品的MAX197芯片。MAX197芯片是一款支持12位转换精度。高速的逐次逼近式A/D转换器。本设计中传感器额定激励电压为10 V，根据传感器的规格计算得输出小信号电压值为0～10 mV。设计中数据A/D能进行转换的电压范围是0～±5 V，因此小信号在处理之前首先要做一次放大，要求放大倍数大致在500倍，并且符合成本低，精度高，信号不失真。信号一级放大电路如图4所示。

2.4 单片机的选用

本设计采用最常用且价格便宜的ATMEL公司的单片机AT89C52（以下简称89C52），由于分别安装了3个位移传感器，为了实现对3个测量点3个传感器的巡检，采用德州CD4951B芯片选择测量通道，该芯片具有逻辑电平转换功能的CMOS单路8通道模拟多路复用器/多路解复用器，能满足检测精度和动态检测的需要?

2.5 软件设计及数据处理

为了便于程序的调试，主程序采用模块化的设计思想[2，3]，主要有A/D采集模块。存储模块和显示模块。通过AD转换器将传感器输出变成数字信号，由单片机进行读取，经过相关数据处理和变换，将位移在LED显示器上实时显示，然后检测信号和设置的极限值比较，超出范围进行报警，其中取3个测量点最大值为记录数据。主程序流程如图5所示。

3 结语

农用拖拉机盘式液压制动器磨损度在线检测装置具有结构简单、成本低、测试数据精确等特点，具有较高的应用价值，该套检测装置已进行小批量测试与使用，取得较高的使用效果，位移检测精度达到0.01 mm，提高了制动器的效率和安全稳定性。

参考文献

[1]刘娜.农用拖拉机液压盘式制动器[J].南方农业，2014，8（30）：182-183.

[2]刘同增.盘式制动器制动性能智能监测系统的应用[J].工矿自动化，2010（7）：120-121.

[3]袁锡明，李海波.摩托车制动器智能检测监控系统的设计与开发[J].计算机测量与控制，2012，20（10）：2710-2712.

（责任编辑：刘昀）