定速式摩擦试验机自动化检测技术的研究

【摘要】目前国内普遍采用定速式摩擦试验机对汽车衬片的摩擦性能进行测试，该方法存在测量繁琐、高温操作、粉尘污染等缺点。本文研究将位移传感器应用到定速式摩擦试验机上，来实现摩擦性能试验的自动化检测。

【关键词】衬片摩擦性能自动化检测

1、概述

汽车制动器衬片[1]是汽车制动系统中的必不可少的功能零部件之一，衬片的摩擦性能优劣将直接影响到汽车在制动过程中的操作性、安全性和舒适性。GB5763-2008标准[2]中明确规定了各类衬片的摩擦系数、摩擦系数允许偏差及磨损率等指标的要求，规定了试验设备应符合JC/T1065标准规定。摩擦性能试验的主要步骤：a.将试片装入支撑臂内，在100℃以下进行初次磨合，至接触面达95%以上；b.取出试片，测10个厚度值，重新装入支撑臂内；c.在试验温度100℃时，测定圆盘旋转5000转期间的摩擦力，重复步骤b；d.在各个试验温度150℃、200℃、250℃、300℃、350℃时，按步骤c进行同样试验；e.在最高试验温度测定结束后，从最高试验温度起每降50℃时，测定圆盘1500转期间的摩擦力，一直测至100℃。

2、存在的问题

以咸阳新益摩擦密封设备有限公司生产的XD-MSM型定速式摩擦试验机[3]为例，在进行步骤c和步骤d的过程中都需要将试片取出测量厚度并重新装回去，这个阶段会存在以下几个问题：1.将试样反复取出和装入高温的设备夹具中，对人员操作要求非常高，存在被烫伤的危险；2.在试样厚度测试过程中，定速转盘的温度无法稳定，过高或者过低会对接下去的试验产生影响；3.高温和高速摩擦会磨损试样使得周围环境里产生试验粉尘及异味，长期接触对检验人员的健康不利；4.试样经过反复地取出、测量和装入，既增加人为误差，也增加误操作的几率。若其中一次试样装夹有误，在试验过程中试样可能飞出夹具，不仅损坏试样影响整个试验，而且还可能威胁到检验人员的人身安全。所以对原试验方法改进及检测设备自动化改造非常必要。

3、设备改造

3.1硬件改造

a.激光位移传感器b.反射平面固件c.支撑架d.试验样片e.转盘台架

采用日本进口基恩士KL-2001型激光位移传感器a，对XD-MSM型定速式摩擦试验机进行改造。将传感器固定在设备主体支架下侧，在试片支撑架c中心位置设置反射平面固件b，调整反射面与传感器的初始距离为25mm左右。试验过程中，随着试片d的持续磨损，支撑架也随之下降，传感器与反射面之间距离增大。当一阶段摩擦试验完成后通过测量位移变化量和摩擦力来计算试样的磨损率，安装位置如图1所示。

3.2软件设计

测试界面（图2）：1）可对基本参数进行快速设置；2）在界面上方为摩擦系数、温度和转盘曲线图，下方有主电机、电加热器、抽风机和水阀，点击相应部位可随时控制启停；3）左侧有设定温度、设定转数和张力零位按钮；4）右侧有前一温度段试验结果显示，含全平均摩擦力、后平均摩擦力，摩擦系数、试验前厚度、试验后厚度、厚度差和磨损率。

软件功能：1）设有报警功能，当停水或者加热管损坏导致的试验温度超限或者试片损坏脱离导致的位移超限时，设备可自动停机保护；2）可设置各温度段的位移偏差值，对检测结果进行修正；3）全程自动采集摩擦力和位移值计算摩擦系数和磨损率，在一温度段试验完成后自动进入下一温度段试验，无需人工测量或数据输入；4）每个试验温度段的试验数据将在本试验温度段结束后自动保存，如果意外中断可继续试验，防止数据丢失；5）试验方式可选择手动或者自动，手动方式过程中在进行下一个温度段试验前可以对试验温度进行选择设置，试验过程更加灵活。

4、检测结果及分析

使用由浙江耐磨达刹车片有限公司提供的同一批次试验样片进行摩擦性能试验。试片为4类汽车衬片，指定摩擦系数为0.40，规格25mm×25mm×7mm，数量4片。进行试验温度100℃至350℃的手动检测试验和自动检测试验。以手动检测结果作为真实值，摩擦系数[4]最大差值为0.02，最大偏差值为-5.0%（见表1）；磨损率[5]最大差值为0.03（10-7cm3/（N・m）），最大偏差值为-4.5%（见表2）。自动检测结果的偏差均未超出±5%的偏差，说明试验数据是可靠的、合理的。

5、总结

本文中研究的定速式摩擦试验机自动化检测技术具有智能、高效、绿色、安全等优点，降低了操作要求，减少了人为误差，保护了人身健康安全。

可以与GB 5763标准起草单位进行技术合作，改进摩擦性能试验方法，实现自动化检测设备的标准化。同时向相关的汽车衬片制造企业进行推广应用，以提高企业产品自主检测能力，保证产品的质量，增强竞争力。该项目将能够促进汽车制动衬片配套企业技术进步，加快产业结构的转型升级，实施可持续发展战略，提升行业国际竞争力。

参考文献

[1]于自强，李爽.着力技术创新提高核心竞争力――汽车用制动器衬片国内外生产行业现状及发展方向[J].产品可靠性报告. 2008（1）.

[2] GB5763-2008，汽车用制动器衬片[S].

[3]JC/T 1065-2007，定速式摩擦试验机[S].

[4]周永俊.定速式摩擦试验摩擦系数测量不确定度评定报告[J].科技创业家，2013（15）.

[5]孙庆华，等.定速式摩擦试验机磨损率测量不确定度评定分析[J].北京汽车，2015（6）.