定速式摩擦試驗機自動化檢測技術的研究

姜禮義 黃長城 姜志堅 吳沨

【摘要】目前國內普遍采用定速式摩擦試驗機對汽車襯片的摩擦性能進行測試，該方法存在測量繁瑣、高溫操作、粉塵污染等缺點。本文研究將位移傳感器應用到定速式摩擦試驗機上，來實現摩擦性能試驗的自動化檢測。

【關鍵詞】襯片摩擦性能自動化檢測

1、概述

汽車制動器襯片[1]是汽車制動系統中的必不可少的功能零部件之一，襯片的摩擦性能優劣將直接影響到汽車在制動過程中的操作性、安全性和舒適性。GB5763-2008標準[2]中明確規定了各類襯片的摩擦系數、摩擦系數允許偏差及磨損率等指標的要求，規定了試驗設備應符合JC/T1065標準規定。摩擦性能試驗的主要步驟：a.將試片裝入支撐臂內，在100℃以下進行初次磨合，至接觸面達95%以上；b.取出試片，測10個厚度值，重新裝入支撐臂內；c.在試驗溫度100℃時，測定圓盤旋轉5000轉期間的摩擦力，重復步驟b；d.在各個試驗溫度150℃、200℃、250℃、300℃、350℃時，按步驟c進行同樣試驗；e.在最高試驗溫度測定結束后，從最高試驗溫度起每降50℃時，測定圓盤1500轉期間的摩擦力，一直測至100℃。

2、存在的問題

以咸陽新益摩擦密封設備有限公司生產的XD-MSM型定速式摩擦試驗機[3]為例，在進行步驟c和步驟d的過程中都需要將試片取出測量厚度并重新裝回去，這個階段會存在以下幾個問題：1.將試樣反復取出和裝入高溫的設備夾具中，對人員操作要求非常高，存在被燙傷的危險；2.在試樣厚度測試過程中，定速轉盤的溫度無法穩定，過高或者過低會對接下去的試驗產生影響；3.高溫和高速摩擦會磨損試樣使得周圍環境里產生試驗粉塵及異味，長期接觸對檢驗人員的健康不利；4.試樣經過反復地取出、測量和裝入，既增加人為誤差，也增加誤操作的幾率。若其中一次試樣裝夾有誤，在試驗過程中試樣可能飛出夾具，不僅損壞試樣影響整個試驗，而且還可能威脅到檢驗人員的人身安全。所以對原試驗方法改進及檢測設備自動化改造非常必要。

3、設備改造

3.1硬件改造

a.激光位移傳感器b.反射平面固件c.支撐架d.試驗樣片e.轉盤臺架

采用日本進口基恩士KL-2001型激光位移傳感器a，對XD-MSM型定速式摩擦試驗機進行改造。將傳感器固定在設備主體支架下側，在試片支撐架c中心位置設置反射平面固件b，調整反射面與傳感器的初始距離為25mm左右。試驗過程中，隨著試片d的持續磨損，支撐架也隨之下降，傳感器與反射面之間距離增大。當一階段摩擦試驗完成后通過測量位移變化量和摩擦力來計算試樣的磨損率，安裝位置如圖1所示。

3.2軟件設計

測試界面（圖2）：1）可對基本參數進行快速設置；2）在界面上方為摩擦系數、溫度和轉盤曲線圖，下方有主電機、電加熱器、抽風機和水閥，點擊相應部位可隨時控制啟停；3）左側有設定溫度、設定轉數和張力零位按鈕；4）右側有前一溫度段試驗結果顯示，含全平均摩擦力、后平均摩擦力，摩擦系數、試驗前厚度、試驗后厚度、厚度差和磨損率。

軟件功能：1）設有報警功能，當停水或者加熱管損壞導致的試驗溫度超限或者試片損壞脫離導致的位移超限時，設備可自動停機保護；2）可設置各溫度段的位移偏差值，對檢測結果進行修正；3）全程自動采集摩擦力和位移值計算摩擦系數和磨損率，在一溫度段試驗完成后自動進入下一溫度段試驗，無需人工測量或數據輸入；4）每個試驗溫度段的試驗數據將在本試驗溫度段結束后自動保存，如果意外中斷可繼續試驗，防止數據丟失；5）試驗方式可選擇手動或者自動，手動方式過程中在進行下一個溫度段試驗前可以對試驗溫度進行選擇設置，試驗過程更加靈活。

4、檢測結果及分析

使用由浙江耐磨達剎車片有限公司提供的同一批次試驗樣片進行摩擦性能試驗。試片為4類汽車襯片，指定摩擦系數為0.40，規格25mm×25mm×7mm，數量4片。進行試驗溫度100℃至350℃的手動檢測試驗和自動檢測試驗。以手動檢測結果作為真實值，摩擦系數[4]最大差值為0.02，最大偏差值為-5.0%（見表1）；磨損率[5]最大差值為0.03（10-7cm3/（N·m）），最大偏差值為-4.5%（見表2）。自動檢測結果的偏差均未超出±5%的偏差，說明試驗數據是可靠的、合理的。

5、總結

本文中研究的定速式摩擦試驗機自動化檢測技術具有智能、高效、綠色、安全等優點，降低了操作要求，減少了人為誤差，保護了人身健康安全。

可以與GB 5763標準起草單位進行技術合作，改進摩擦性能試驗方法，實現自動化檢測設備的標準化。同時向相關的汽車襯片制造企業進行推廣應用，以提高企業產品自主檢測能力，保證產品的質量，增強競爭力。該項目將能夠促進汽車制動襯片配套企業技術進步，加快產業結構的轉型升級，實施可持續發展戰略，提升行業國際競爭力。

參考文獻

[1]于自強，李爽.著力技術創新提高核心競爭力——汽車用制動器襯片國內外生產行業現狀及發展方向[J].產品可靠性報告. 2008（1）.

[2] GB5763-2008，汽車用制動器襯片[S].

[3]JC/T 1065-2007，定速式摩擦試驗機[S].

[4]周永俊.定速式摩擦試驗摩擦系數測量不確定度評定報告[J].科技創業家，2013（15）.

[5]孫慶華，等.定速式摩擦試驗機磨損率測量不確定度評定分析[J].北京汽車，2015（6）.