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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計和軟件模塊設計。經有關單位使用表明，該儀器具有智能化、高精度、操作簡單等特點，在農機監理部門和管理維修部門具有廣泛的應用前景。
關鍵詞：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效率的主要技術措施之一，但是必須有性能良好的制動系統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，所以必須經常對推土機的制動性能進行檢測，發現制動性能下降，就要及時對制動系統進行調整或修理，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，不能夠獲得具體數據，且缺少一個統一的評價標準;后者價格昂貴，操作復雜，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準。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，能夠為農機監理部門的監理和維修部門的維修提供科學依據。
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變信號轉換成電信號，通過屏蔽線傳送給測量儀，由測量儀進行信號放大、模數轉換和數據顯示。
測量時，先把千斤頂往上頂，使車輪稍離地面，這時車輪應能自由轉動，如果轉不動，表明制動蹄與制動鼓之間的間隙過小，需進行調整或維修。轉動車輪，使鋼絲繩繃緊，然后踩住剎車，繼續升千斤頂，鋼絲繩被逐漸拉緊。當繩子的拉力產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，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、測量儀硬件設計
測量儀的硬件由信號放大模塊、A/D模數轉換模塊和CPU處理模塊組成。測量儀實現對微弱信號的放大處理并轉換成數字量，計算制動力矩和顯示測量結果。
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型斬波穩零集成運放，采用動態校零方法以消除運放的失調和溫漂，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，能夠把拉力傳感器送來的共模信號差分放大100倍。
2、A/D模數轉換模塊
模數轉換模塊的核心是ICL7109A/D轉換器，ICL7109是雙積分型A/D轉換器，數據輸出為12位二進制數，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，其數據線、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轉換器的采樣數據并對數據進行處理。測量儀的工作方式、控制命令和一些運行參數由行列鍵盤輸入，運行結果從液晶顯示器輸出。
三、軟件設計
為了實現可靠測量制動力的目的，需要設計相應的測量軟件。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。自檢程序對測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，所以測量儀要具備調零功能，測量時的結果應該減去這一初始常數。調零功能使用如下：去掉加在拉力傳感器兩端的拉力，按“跟蹤”鍵進入測量狀態，這時顯示的結果即為初始常數。按鍵盤上“調零”鍵，調零程序自動將測量結果減去初始常數，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，所以在軟件中設計了校正功能。校正功能使用如下：按“跟蹤”鍵進入測量狀態。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，這時測量的結果應等于物體的重量，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，即實現了對測量儀的校正，校正參數自動保存在單片微機中。
4、測量
測量儀經過調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，為了使用方便，設計了兩種測量方式。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，按鍵盤上的“峰值”鍵即選擇了本測量方式。在測量時可根據實際需要來選擇測量方式。
四、小結
使用本測量儀對數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計要求。在測量過程中獲得了大量的第一手數據，數據表明推土機的制動性能普遍達不到要求，主要表現在制動力矩不足和左右輪的制動力不平衡。
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