（载运工具运用工程专业论文）民机襟翼滑轨磨损性能试验机测控系统研究.pdf

r r i 一 ! 盖0 ：iil1，-t ，、 1、一 。毪q 1 n a n j i n gu n i v e r s i t yo fa e r o n a u t i c sa n da s t r o n a u t i c s t h eg r a d u a t es c h o o l c o l l e g eo fc i v i la v i a t i o n 1 8 3 帆y 18 111 r e s e a r c ho nm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o l s y s t e m o fw e a rt e s tm a c h i n ef o rs l i d eo ft h e c i v i la i r c r a f tf l a p a 砀e s i si n v e h i c l eo p e r a t i o ne n g i n e e r i n g b y j u n w e ic h e n a d v i s e db y p r o f e s s o rh o n g f uz u o s u b m i t t e di np a r t i a lf u l f i l l m e n t o ft h er e q u i r e m e n t s f o r t h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g m a r c h ，2 0 1 0 f 0 承诺书 本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指 行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 瑰者躲衄堑 e l 期：磋：；：缓 南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 民机襟翼运动机构中滑轨的摩擦磨损性能直接影响到民机襟翼运动机构可靠性。目前对磨 损，尤其是滚动摩擦的磨损尚不能准确计算。为了确定典型民机襟翼运动副的磨损性能，并为 民机典型襟翼运动副磨损性能评估提供基础。课题开展以常用两种材料，钛合金和钢、常用的 两种表面粗糙度、滑轨表面常用镀层材料和镀层工艺的滑轨作为研究对象的磨损性能试验。由 于试验件比较特殊、试验因素比较复杂，为使试验装置更具针对性，本文针对滑轨磨损性能试 验机的加载方式、运动控制、数据采集等要求，对滑轨磨损性能试验机测控系统的总体方案、 结构细化、具体实施等方面进行研究和开发。 本文就是以该课题为背景做了如下研究： 首先根据滑轨磨损性能试验机的结构原理、特点等确定出要检测的参数，制定了测控系统 的实施方案，以及各个参数的检测方法。从而实现了在线监测和记录，并通过计算机软件系统 对所得数据进行处理、分析和发布控制指令，获得平板在不同载荷不同运动状态下的实验数据。 其次针对所要测量、控制的物理量选取合适的传感器类型、液压执行元件、和数模转换的 必要设备，建立了测控系统的硬件模块。 然后介绍了虚拟仪器的发展和应用，并详细阐述了本文测控系统软件的整体结构，将测控 系统软件功能实现的细化过程进行了详细的介绍。 最后介绍滑轨磨损性能试验机测控系统的调试工作，简要介绍了试验装置和实验过程，并 对测控系统的主要功能进行评估。 关键词：磨损试验机，测控系统，液压控制，l a b v i e w ，数据采集 民机襟翼滑轨磨损性能试验机测控系统研究 a b s t r a c t f r i c t i o na n dw e a l - p r o p e r t i e so fs l i d ed i r e c t l ya f f e c tt h er e l i a b i l i t yo ft h ef l a pm o v e m e n t m e c h a n i s mo fc i v i la i r c r a f t a tp r e s e n t , q u a n t i t a t i v ec a l c u l a t i o no fw e a re s p e c i a l l yt h er o l l i n gw e a l i s n o tc l e a r i no r d e rt og e tt h ew e a rp r o p e r t i e so fk i n e m a t i cp a i ra n dp r o v i d ea ne v a l u a t i o no ff l a p m o v e m e n tm e c h a n i s mo fe i v i la i r c r a f t ，w e a rp r o p e r t i e st e s to fs l i d eh a sb e e ns t u d i e di n c l u d i n gt w o c o m m o n l yu s e dm a t e r i a l s ：t i t a n i u ma n ds t e e l s ，t w ok i n d so fs u r f a c er o u g h n e s s ，s l i d es u r f a c ec o a t i n g m a t e r i a l sa n dc o a t i n gp r o c e s s e s a st h ee x p e r i m e n t a lp i e c ei ss p e c i a la n dc o m p l e xe x p e r i m e n t a lf a c t o r ss h o u l db ec o n s i d e r e d , t h i s p a p e rm a i n l ys t u d i e da b o u tl o a d i n gm e t h o d so ft h es l i d ew e a rt e s tm a c h i n e ，m o t i o nc o n t r o l ，d a t a a c q u i s i t i o n ，t e s tm a c h i n ec o n t r o ls y s t e ma n ds t r u c t u r er e f i n e m e n t t h i sp a p e r , w h i c hi su n d e rt h eb a c k g r o u n do ft h ep r o j e c t ，i n c l u d e st h ef o l l o w i n gs t u d i e s ： f i r s t , a c c o r d i n gt ot h es t r u c t u r a lp r i n c i p l e ，c h a r a c t e r i s t i c so fs l i d ew e a rt e s tm a c h i n e ，m o n i t o r i n g a n dc o n t r o ls y s t e mi m p l e m e n t a t i o np l a ni sd e v e l o p e d ，a n dt e s t i n gp a r a m e t e r sa n dd e t e c t i o nm e t h o di s i d e n t i f i e d c o m p u t e rs o r w a r eh a sb e e nd e v e l o p e df o ro n - l i n em o n i t o r i n g ，a n a l y s i sa n dd i s s e m i n a t i o n o fc o n t r o li n s t r u c t i o n s ，e x p e r i m e n t a ld a t ai n d i f f e r e n ts t a t e sa n dd i f f e r e n tl o a d sh a sb e e nr e s t o r e d s e c o n d , t h ea p p r o p r i a t es e n s o r , h y d r a u l i ca c t u a t o r s ，a n ds e v e r a la n a l o gc o n v e r s i o no ft h e n e c e s s a r ye q u i p m e n th a sb e e ns e l e c t e df o rt h ed e s i r e dm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o lo ft h ep h y s i c a l q u a n t i t y , t h em o n i t o r i n ga n dc o n t r o ls y s t e mh a r d w a r em o d u l e sh a sb e e ne s t a b l i s h e d t h e nd e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no fv i r t u a li n s t r u m e n ta n dt h es t r u c t u r eo fc o n t r o ls o f t w a r e s y s t e mh a sb e e ni n t r o d u c e di nd e t a i l s f i n a l l yt h i sp a p e rd e s c r i b e dd e b u g g i n go ft h es l i d ew e a rt e s tm a c h i n ec o n t r o ls y s t e m ，i n t r o d u c e d t h e p r o c e s so ft e s t i n ge q u i p m e n ta n de x p e r i m e n t si nab r i e f , a n da c c e s s e dt h em a i nf u n c t i o no fc o n t r o l s y s t e r n k e yw o r d s ：w e a rt e s tm a c h i n e ，c o n t r o ls y s t e m ，h y d r a u l i cc o n t r o l ，l a b v l e w , d a t aa c q u i s i t i o n i l 南京航空航天大学硕士学位论文 目录 第一章绪论二l 1 1 本课题的来源及研究意义1 1 1 1 课题的来源1 1 1 2 课题的研究意义及目的2 1 2 简述碳化钨材料涂层技术3 1 3 现代测试技术的组成特点及发展状况5 1 3 1 测控系统的组成及特点5 1 3 2 测控技术的发展状况6 1 4 本课题的研究内容7 第二章测控系统总体方案设计8 2 1 滚轮滑轨摩擦磨损性能试验机简介8 2 1 1 滑轨磨损性能试验机原理8 2 1 2 试验机结构简介8 2 2 测试系统的检测对象和检测参数1 2 2 2 1 影响滑轨疲劳磨损的主要因素和辅助检测参数1 2 2 2 2 测试系统检测参数的确定1 6 2 3 测控系统的主要任务1 6 2 3 1 主要任务1 6 2 3 2 测试系统的实现策略1 7 2 4 测控系统设计方案1 7 2 5 本章小结1 8 第三章测控系统硬件模块的建立1 9 3 1 传感器的信号检测1 9 3 1 1 传感器的组成及工作原理1 9 3 1 2 接触载荷、轴向载荷、摩擦力的监测2 0 3 1 3 运动状态的监测2 4 3 1 - 4 温度的监测2 5 3 1 5 振动的检测2 7 3 2 液压执行系统2 8 i i i 民机襟翼滑轨磨损性能试验机测控系统研究 3 2 1 液压系统结构2 8 3 2 2 垂直载荷控制的执行元件2 9 3 2 3 运动控制的执行元件3 0 3 3 数模转换和接口的实现3 l 3 3 1 关于p c i 总线技术3 l 3 3 2 数据采集卡3 2 3 3 3 运动控制卡3 3 3 4 本章小结3 5 第四章基于l a b v i e w 的软件开发3 6 4 1 虚拟仪器介绍3 6 4 1 1 虚拟仪器3 6 4 1 2 l a b v i e w 软件介绍3 8 4 2 测控系统软件的功能实现3 9 4 2 1 测控系统软件整体结构3 9 4 2 2 测控系统软件操作界面4 0 4 3 数据通信程序4 l 4 3 1 数据采集程序4 1 4 3 2 控制信号发生程序4 3 4 4 控制、监测程序4 4 4 4 1 垂直载荷控制4 4 4 4 2 轴向载荷控制4 5 4 4 3 运动状态控制4 6 4 4 4 温度和摩擦力监测程序4 7 4 4 5 振动监测程序4 7 4 4 6 报警和急停功能4 8 4 5 本章小结4 8 第五章测控系统的调试和试验4 9 5 1 试验装置及试验条件4 9 5 1 1 试验必须装置4 9 5 1 2 试验条件5 0 5 2 测控系统调试5 2 5 2 1 传感器的安装问题5 2 i v 5 3 5 4 第六章 6 1 6 2 参考文献6 1 致谢6 3 在学期间的研究成果及发表的学术论文6 4 v 民机襟翼滑轨磨损性能试验机测控系统研究 v i 图表清单 图1 1 典型测控系统组成6 图2 1 滑轨磨损性能试验机原理图8 图2 2 试验机的机械框架设计简图9 图2 3 正压力油缸设计简图9 图2 4 拉力油缸设计简图1 0 图2 5 运动油缸设计简图1 0 图2 6 动态液压夹头设计简图l o 图2 7 往复移动工作平台设计简图1 l 图2 8 滚轮夹具组件设计简图1 l 图2 9 油源部分设计简图一1 2 图2 1 0 载荷与磨损率的关系曲线。1 3 图2 1 l 速度与磨损率的关系曲线1 4 图2 1 2 遇到故障点时的冲击脉冲。1 5 图2 1 3 试验机测控系统结构图1 8 图3 1 传感器的组成框图2 0 图3 2 两个方块接触的a n s y s 计算值2 2 图3 3 无涂层的平板与滚轮接触的a n s y s 计算值2 2 图3 4c h b h l 型轮辐式力传感器传感器2 3 图3 5 磁致伸缩位移传感器2 5 图3 6 红外测温仪2 7 图3 7 振动传感器。2 8 图3 8 滑轨磨损性能试验机液压原理图2 9 图3 9 比例溢流阀3 0 图3 1 0h q j d d v 型比例伺服阀和伺服放大器3 1 图3 1 1 数据采集卡3 2 图3 1 2 四路模拟量输出运动控制卡3 4 图4 1 虚拟仪器的功能模块3 6 图4 2 虚拟仪器的构成3 7 图4 3 虚拟仪器整体系统结构3 8 图4 4 测控系统软件的整体结构3 9 南京航空航天大学硕士学位论文 图4 5 测控系统软件操作界面4 0 图4 6 数据采集程序4 2 图4 7 数据分隔4 3 图4 8 控制信号发生程序子4 3 图4 9 垂直载荷控制程序4 4 图4 1 0 轴向载荷控制程序一4 5 图4 1 l 运动状态程序一4 6 图4 1 2 温度、摩擦力监测程序。4 7 图4 1 3 振动监测程序4 8 图4 1 4 报警对话框4 8 图5 1 滑轨磨损性能试验机实物图4 9 图5 2 钛合金平板试验件。5 1 图5 3 钢平板试验件51 图5 4 滚轮试验件图5 2 图5 5 二次曲线拟合图5 4 图5 6 轴向载荷响应图5 7 图5 7 位移控制响应图5 8 表3 1p c i 1 7 1 1 特性表( 1 ) 3 3 表3 2p c i 1 7 1 1 特性表( 2 ) 3 3 表5 1 实验前准备工作5 2 表5 2 垂直载荷标定数据5 4 表5 3 摩擦力传感器标定数据5 4 表5 4 轴向载荷传感器标定数据5 5 表5 5 位移传感器标定数据5 5 表5 6 验证试验的试验步骤5 5 表5 7 加载2 0 0 k n 实验数据( k n ) 5 7 i 民机襟翼滑轨磨损性能试验机测控系统研究 i i 南京航空航天大学硕士学位论文 第一章绪论 随着全球经济的发展，近三十年来航空运输业已经进入了持续、快速增长时期。根据波音 公司的市场展望【l 】，未来2 0 年内新增民用飞机的总价值将达到2 1 0 0 0 亿美元，2 0 2 4 年全球民用 飞机的机队至少翻一番：我国航空运输业也将迅猛发展，旅客流量的增长将达到8 8 的年平均 增长率，飞机总量将接近翻两番，达到3 2 0 0 架。蓬勃发展的航空市场带来空前机遇。机遇面前， 我国民机制造业也做好了迎接挑战的准备。我国已经成功研制具有自主知识产权、符合国际适 航标准的“新型涡扇喷气支线客机”( 简称a r j 2 1 飞机) 2 1 ，并获首飞成功。2 0 0 8 年中国商用公 司成立，大飞机研制项目已经启动。 我国民用飞机的研制水平与欧美等发达国家相比差距较大，以波音、空客为代表的国外飞 机制造商无论是技术、服务还是经验上都比国内强。因此，如何能够在新的市场环境下抓住机 遇、增强自身竞争力、并且占领市场就成为我国民机制造业面i 临的重要课题。 1 1 本课题的来源及研究意义 1 1 1 课题的来源 世界上能研制生产支线客机的国家很多，而且许多国家都把开发结构简单、研制风险较小 的支线客机作为发展民用飞机工业的突破口。襟、缝翼的磨损与可靠性问题就在我国a r j 2 1 飞 机研制过程中有所体现，襟、缝翼运动机构磨损是襟、缝翼卡阻、不一致、不对称等故障的主 要原因之一，是必须解决的关键问题；同时襟、缝翼磨损导致的故障及可靠性降低问题广泛存 在于民机使用过程。 根据民航总局航空安全技术中心2 0 0 5 年报告显示，收集到航空器与飞行操纵系统故障有关 事件1 3 8 起，造成飞机中断起飞1 3 次，返航备降4 4 次，换机1 5 次，滑回1 5 次。襟翼、缝翼 系统故障导致的重要事件8 8 起，占整个飞行操纵系统总数的6 4 7 ，该系统也是多年以来发生 重要事件最多的系统之一。 统计数据显示，近年来民机在使用过程中不断发生襟、缝翼故障，如b a e l 4 6 、波音 7 3 7 3 0 0 5 0 0 、波音7 4 7 、波音7 6 7 、运七、运8 ，军机如水轰五、歼7 e 等也都相继出现过襟、 缝翼故障。虽然大部分为事故征候，但也有导致灾难性事故的。失效模式大部分为襟、缝翼卡 阻，卡阻的原因又多为传动机构失效、传动及支撑元构件失效、运动副磨损等。多数故障未形 成严重事故，其中一个重要原因是现在大城市的机场跑道较长，不放襟翼着陆也不致出现太大 的事故。但随着以后新支线飞机的投入使用，在拥有的跑道不太长的中等城市机场着陆时，增 升装置卡阻导致飞机出事故的概率就会大大增加。因此，开展民用飞机襟、缝翼运动机构可靠 性设计与试验验证技术研究是很有必要的。 1 民机襟翼滑轨磨损性能试验机测控系统研究 据2 0 0 3 年世界航空安全信息报导，飞机在起飞、爬升、进场和着陆阶段发生故障导致死亡 人数占总人数的近2 3 ，因此这几个阶段的民用飞机安全性状况令人担忧。2 0 0 6 7 3 0 号首都机 场飞往伦敦的国航波音7 4 7 航班就是因为襟翼卡住故障，不能回收导致飞机空中放油冒险返回 机场。2 0 0 6 年冬天加拿大一架c p 0 2 0 0 客机的襟翼在打开状态时卡住不动，由于飞行阻力增大， 空中几乎耗尽燃油。襟、缝翼系统是飞机在起飞、爬升、进场和着陆阶段必须要使用的系统， 其可靠性事关飞机安全性。 以上这些情况都表明，民用飞机的襟、缝翼运动机构可靠性还不能满足民用飞机的安全性 要求。民用飞机的襟、缝翼运动机构是航空、航天飞行器中典型部件，因此对民用飞机的襟、 缝翼运动机构可靠性进行研究具有相当的代表性。民用飞机襟、缝翼运动机构在其寿命期内安 全可靠地工作是飞机安全性分析与设计中必须要考虑的关键问题，也是保证飞机取得适航认证 的一个重要环节。因此本项目拟以民用飞机典型的襟、缝翼运动机构为研究对象，深入开展其 可靠性分析、设计和试验的理论方法和工程应用技术的研究，确立襟翼、缝翼等全动结构机构 的可靠性设计指标，形成民用飞机襟、缝翼运动机构的较完善的可靠性分析、设计与试验方法， 建立相关数据库，并开发民用飞机襟、缝翼运动机构可靠性分析、设计与试验方法平台集成系 统，建立起相应的可靠性设计技术、分析技术及试验验证技术体系，为民用飞机襟翼，缝翼机 构的维护和修理提供技术支持。在民机适航标准中有多条关于飞机缝翼、襟翼的精确位置 要求。民航总局近年来多次专门发出针对襟、缝翼操纵机构的适航性指令要求。 以此为背景原中国航空工业第一集团公司第一飞机设计研究院与南京航空航天大学等单位 进行了 民用飞机襟、缝翼运动机构可靠性设计与试验验证技术研究项目的研究。襟翼关键 元件滑轨的磨损性能是研究的关键问题之一，立足于提高襟翼机构可靠性和经济性，为改进设 计提供决策支持。本文重点研究了飞机襟翼滑轨磨损性能试验机研制过程中的测控系统设计、 研发和调试等问题。 1 1 2 课题的研究意义及目的 民机襟翼运动机构中滑轨的摩擦磨损性能直接影响到民机襟翼运动机构可靠性。目前对磨 损，尤其是滚动摩擦的磨损尚不能准确计算。为了确定典型民机襟翼运动副的磨损性能，并为 民机典型襟翼运动副磨损性能评估提供基础。本试验以国内某机型飞机襟翼运动机构及其载荷、 应力水平为背景，在此基础上将载荷和应力水平向上、下延伸。将滑轨常用的两种材料，钛合 金和钢、常用的两种表面粗糙度、滑轨表面常用镀层材料和镀层工艺作为研究对象。在此基础 上，按照不改变试验原理的原则，经过一定的简化，例如用带刚性支撑的平板代替真实滑轨； 用材料、表面处理、热处理与滚针轴承相同的滚轮代替滚针轴承，开展滑轨的磨损性能试验。 试验结果可以为在研型号、后继型号中滑轨的设计提供技术支持。 试验的主要目的： 2 南京航空航天大学硕士学位论文 1 ) 获得两种常用材料：钛合金( 表面火焰喷涂碳化钨) 、钢( 表面镀硬铬) 分别与滚轮配 合的磨损性能； 2 ) 获得滑轨不同表面粗糙度对滚轮表面、滑轨表面磨损性能的影响； 3 ) 获得不同轴向载荷对滑轨表面磨损性能的影响； 4 ) 获得不同接触载荷对滑轨表面磨损性能的影响； 5 ) 获得钢滑轨滚轮，钛合金滑轨，滚轮两种运动副的滚动摩擦系数和磨损系数。 为获得上述实验结果用于滑轨疲劳磨损性能试验的试验设备是必不可少的，但是现有国内 磨损性能试验机大多以对滚式接触摩擦形势存在，没有针对平板滚轮这种形式摩擦副的磨损性 能试验机，而且考虑到试验参数的特殊性和后续试验的改进能力，项目组决定自行设计研发滑 轨摩擦磨损性能试验机。那么如何能够精确、长效的采集和控制多项试验参数数据就成为了试 验机研发过程中的重中之重。本课题就是从上述角度出发针对滑轨磨损性能试验机的加载方式、 运动形式和数据收集等要求，对滑轨磨损性能试验机测控系统的总体方案、结构细化和具体实 施等方面进行研究和开发。 1 2 简述碳化钨材料涂层技术 本课题中滑轨的两种材料分别为t i 6 a l _ 4 v ，表面处理为火焰喷涂碳化钨；3 0 c 舳l s j n i 2 a ， 表面处理为镀硬铬。经分析在表面处理涂层没有完全磨损消耗而只是在麻点率达到一定程度时 即宣告滑轨报废，因此本课题的磨损性能试验便成为针对航空材料涂层零件接触疲劳性能的研 究。 通常各种机件( 构件) 的失效( 机械性能：接触疲劳、磨损、腐蚀、疲劳断裂；物理化学性能： 化学及热稳定性等) 一般都初发于机件( 构件) 表面或近表面。采用表面增强改性技术可使工件表 面获得高硬度、低摩擦系数、良好的化学及高温稳定性、理想的综合机械性能及超常规、超特 性的摩擦学性能，从而使零部件表面体系在技术指标、可靠性、寿命和经济性等方面获得最佳 效果。表面工程科技领域的研究成果将为未来的工业生产提供先进的技术方法和工艺手段，因 此表面工程技术进步居于工业技术发展的前沿【3 】。 关于镀硬铬这种表面处理方式的使用和材料性能在现今的工程应用中已经较为成熟，本文 就不做赘述，仅在此对火焰喷涂碳化钨技术作简要介绍。 1 、热喷涂技术发展 热喷涂技术通过火焰、电弧或等离子体等热源将某种线状或粉末状的材料加热到熔化状态 ( 或保持为固态) 并加速形成高速熔滴( 或固态颗粒) ，喷向基体后，经过与基体表面的撞击后经扁 平化、快速冷却凝固并在其表面形成涂层【4 】。 1 9 1 0 年，瑞士m u s c h o o p 博士研制成功第一个金属喷涂装置金属熔液喷涂，标志着热 喷涂技术的开端。随后在2 0 年代与3 0 年代，相继研制成功线材火焰喷涂( w i r ef l a m es p r a y i n g ： 3 民机襟翼滑轨磨损性能试验机测控系统研究 w f s ) 、电弧喷涂( a r cs p r a y i n g ：a s ) 以及粉末火焰喷涂( p o w d e rf l a m es p r a y i n g ：p f s ) ，并逐渐在 工业领域获得了应用。5 0 年代，美国联合碳化物公司( u n i o nc a r b i d ec o ：u c c ) 研制成功爆炸喷 涂设备，使喷涂粒子的速度大幅度提高，制备的涂层具有更优良的性能，从而有力地推动了热 喷涂技术在航天航空领域的应用和发展；与此同时，等离子喷涂( p l a s m as p r a y i n g ：p s ) 的研制 成功使可喷涂材料的范围从金属材料扩展到高熔点难熔金属及氧化物陶瓷材料，几乎可以喷涂 具有物理熔点的任何材料，从而，极大地促进了热喷涂技术的发展；8 0 年代出现的超音速火焰 喷涂m i g hv e l o c i t yo x y _ f 1 l e l ：h v o f ) 又为制备具有优越性能的w c c o 等金属陶瓷涂层提供 了有效的方法p ，6 j 。 2 、碳化钨涂层的研究现状 w c - c o 系硬质合金热喷涂层，基于其优越的耐磨性，业已成为应用极为广泛的耐磨涂层之 一。众所周知，碳化钨，钴涂层的耐磨性能依赖于粉末的性质和热喷涂条件，所形成的涂层的微 观结构决定着涂层的性能【7 】。大量的文献通过x 射线衍射( ) 、透射电镜( t s m ) 、扫描电镜( s e m ) 及化学等手段观察分析了碳化钨陶瓷涂层的微观结构。 高速涂层制备技术如超音速火焰喷涂以及爆炸喷涂具有喷涂粉末速度高、喷涂温度低，涂 层具有较低的气孔率、较高的结合强度和硬度以及较低的脱碳率等特点，因此在制备w c c o 涂层中更为常用。但超音速火焰喷涂最大的缺点是，气体消耗量巨大，导致产品成本增加。另 外，爆炸喷涂可以提供给粉末最高的速度( 8 0 0 1 2 0 0 m s ) ，使涂层与基体之间的结合更为牢固， 具有更高的硬度和耐磨性，是目前制备w c 涂层最佳的喷涂方法。 然而根据已报导的试验结果，即使是超音速火焰喷涂，取决于燃气的种类、压力和流量、 喷嘴的长度、粉末的种类，w c 的分解也会发生。k r e y e 等人使用枪筒长度为6 英寸的j c t - k o t e 喷枪并用丙烯作为燃气喷涂时，相对于w c 的衍射峰金属钨的主峰高达6 0 ；而当使用w c 和 c o 两相粉末时，钨仅为1 5 8 1 。 3 、火焰喷涂碳化钨钴合金涂层耐磨性 目前，国内火焰喷涂碳化钨钻合金涂层取代镀硬铬技术目前该项技术处于起步阶段，孙继 勇【9 】通过磨合试验，研究了典型的具有h v o f 喷涂碳化钨钴合金涂层的起落架活塞杆类零件与 传统的“o ”形橡胶密封圈之间的磨损情况，并与传统的含氰镀铬镀层进行了比较。结果表明： h v o f 喷涂碳化钨钴合金涂层具有良好的耐磨性和致密性，始终保持较良好的表面状况，对非 金属密封件具有良好的适应性。姚舜晖【lo 】等采用高速氧焰喷涂技术制备质量分数为4 0 纳米碳 化钨增强镍基合金涂层，探讨其显微组织、相组成及硬度，并评价其摩擦磨损性能。结果表明，与 传统碳化钨增强镍基合金涂层相比较，两类涂层的组成相同，但纳米碳化钨增强镍基合金涂层 组织中的碳化钨颗粒尺寸较小且分布更均匀，其硬度比传统碳化钨增强镍基合金涂层高1 0 ， 磨痕深度小2 0 。姚舜掣1 1 l 探讨碳化钨几何形状对涂层显微组织、组成相、微硬度以及摩擦磨 4 南京航空航天大学硕士学位论文 损性能的影响。结果显示，碳化钨几何形状的确是影响各项性能的重大因素，就抗磨损性能而 言，大直径的圆形碳化钨增强效果最佳，而小直径的圆形碳化钨增强效果最差。 1 3 现代测试技术的组成特点及发展状况 测量是人们认识和改造世界的一种必不可少的重要手段，具体说就是把被测未知量与同性 质标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数，并用数字表示这个倍数的过程。测试是具有 试验性质的测量，即为测量和试验的综合。它是以确定被测物属性量值为目的的一组操作。通 过测量和试验能使人们对事物获得定性或定量的概念，并发现客观事物的规律性。广义地讲， 测量是对被测量进行检测，变换分析处理、判断和控制等的综合认识过程【1 2 1 。 对测量方法，从不同角度出发有不同的分类方法：按测量手续分类为：直接测量、间接测 量、联立测量；按测量方式分类为：偏差式测量、零位式测量、微差式测量；按测量敏感元件 是否与被测介质接触分类为：接触式测量、非接触式测量；按被测量变化快慢分类为：静态测 量、动态测量；按测量系统是否向被测对象施加能量分类为：主动式测量、被动式测量；按被 测物理量是否在变化过程中被测分类为：在线测量、离线测量。在科学实验和工程实践中，由 于各客观条件不可能完美无缺，以及在测量工作中人在主观方面的各种原因，都会使测量结果 与实际值不同，e p n 量误差客观存在于一切科学实验与工程实践中。没有误差的测量是不存在 的，这就是误差公理。当误差超过一定限度时，测量不仅变得毫无意义，而且会给工作带来危 害。因此对测量误差的控制就成为衡量测量技术水平，以至于科技水平的重要标志之一【1 3 1 。 研究测量误差的目的，就是要根据误差产生的原因、性质及规律，在一定测量条件下尽力 设法减小误差，保证测得值有一定的可信度，将误差控制在允许的范围之内。 1 3 1 测控系统的组成及特点 1 、测控系统的特点 现代工业技术及科学研究中，测试技术十分重要，涉及面很广。从某种意义上来说“没有 测试，就没有科掣1 4 1 。”测量是获得各种物理量和描述物理过程参数的唯一手段，但是在各种 测量中，大量的参量很难用直接测量的方法获得，需要将它们的变化转换成另外某些参量的变 化，然后对转换后的参量进行测量。机械工程中常用的测量方法可以用机械测量方法、光学机 械测量方法和电测方法。随着微电子技术、半导体超大集成器件的发展，特别是微型电子计算 机技术的成熟，极大地推进了测试技术的进步，对电量的测量技术已达到比较完美的程度。由 于它的高精度、高灵敏度、高响应速度，以及低功耗、结构小，可以连续测量、自动控制和可 以方便地与计算机接口等特点，使之达到了用机械方法和一般光学方法测量时很难达到的水平。 致使电测法( 把被测得非电量变换成电量后，再加以测量) 在动、静态测量中得到了广泛的应用。 使用电测方法测试时有以下优点 1 5 , 1 6 1 5 民机襟翼滑轨磨损性能试验机测控系统研究 ( 1 ) 日- - i 以将许多不同的非电量转换成电量加以测量，从而可以使用相同的测量和记录显示仪 器； ( 2 ) 输出的电量信号可以做远距离传输，有利于远距离操作和自动控制； ( 3 ) 采用电测法可以对变化中的参数进行动态测量，因此可以测量和记录其瞬时值及变化过 程； ( 4 ) 易于用许多后续的数据处理分析仪器，特别是与电子计算机连接。从而能够对复杂的测 量结构进行快速的运算分析处理，以及提供反馈控制。 2 、测试系统的组成 不同的测试系统其组成结构各不相同，系统中各单元类型更是千差万别、种类繁多。但从 总的功能上综合分析，又有着一定的一致性。通常测试系统的基本组成包括基准单元、传感单 元、中间变换单元和传输单元、计算处理单元、显示记录单元等 1 7 , 1 8 】。 由于电信号在各种不同信号及能量的变换方面最为方便，最容易实现信号的有线或无线长 距离传输，最便于控制，从而组成自动控制系统，实现高度自动化，决定了电测系统应用最为 广泛。典型电测系统组成如图1 1 所示。 计显 传 _ 中间 算 _ 一 刁专 感变换 处记 器装置 理录 囱圆一囱 图1 1 典型测控系统组成 1 3 2 测控技术的发展状况 由于现代科学和技术发展的需要，对测试技术会提出更多更新的要求，激励着测试技术向 前发展。另一方面各种学科领域的新成就( 如新的物理和化学原理、新材料、微电子学和电子计 算机技术等) 也常常首先反映在测试方法和仪器设备的改进中。新技术的兴起促使测试技术蓬勃 发展，尤其在以下几个方面的发展最为突出： ( 1 ) 电路设计的改进广泛采用运算放大器和各种集成电路，大大简化了测试系统，提高了系 统特性。 ( 2 ) 新型传感器层出不穷，可测量迅速增多，当今世界已拥有极高水平的各种电子设备和信 息技术。能不能开发出上乘的测试装置，关键也在于传感器的开发和应用。 ( 3 ) 广泛应用信息技术，特别是计算机技术和信息处理技术，使测试技术产生了巨大变化， 大幅度地提高测试系统的精确度、测量能力和工作效率；引进许多新的分析手段和方法，使测 6 一 南京航空航天大学硕士学位论文 试系统具有实时分析、记忆、逻辑决断、自校、自适应控制和某些补偿能力，向着智能化发展。 ( 4 ) 多参量测量系统的开发这种测量系统可实现多自变量函数的测量，是自动控制系统必不 可少的装置。它也广泛应用于设备的监测和组成线型和面型传感器阵列进行图像或场量的测试。 测试技术总是从其它关联学科吸取营养而得以发展。综合国内外动态，可以看出测试技术的发 展趋势是：除了不断提高灵敏度、精度和可靠性外，主要向小型化、非接触化、多功能化( 多参 数测量、测量和放大一体化) 和智能化方向发屉1 1 l 。计算机技术的发展也使测试技术产生革命 性的变化。利用当今计算机运算速度的不断提高，存贮容量的不断扩大，依靠专用硬件和软件 的支持，使得信号分析可以做到近似“实时”的地步。借助计算机管理，即实现了自动测试系 统。现代信息科学的发展，关键在于信息的获取、传递和信息处理技术的进一步提高，计算机 技术已经将信息处理技术推进到一个前所未有的阶段。而作为信息的获取技术已大大落后于信 息处理技术，因此自动检测技术越来越引起人们的重视。 1 4 本课题的研究内容 本课题是在达到项目技术要求、完成试验指标的前提下，建立完整的磨损性能试验机的测 控系统。主要思路：首先如何利用传感器技术将试验所需的力信号、运动信号、温度信号和振 动信号等非电量变化信号转换成信号采集系统可接受的同范围内的电量模拟信号：其次是如何 将上述电模拟信号通过怎样的a d 转换，使之成为便于计算机处理的数字信号；最后是如何利 用计算机软件编程对实时采集信号的处理和分析，以此实现非电量信号的检测、处理和分析， 并对可控元件发出指令形成力与运动的闭环控制。 为了实现上述疲劳试验装置在线检测系统，本课题主要开展了以下几方面的研究工作： ( 1 ) 检测系统总体方案的设计。根据滑轨磨损性能试验机的结构原理、特点等确定出要检测 的参数，制定了测控系统的实施方案，以及各个参数的检测方法。从而实现了在线监测和记录， 并通过计算机软件系统对所得数据进行处理、分析和发布控制指令，获得平板在不同载荷不同 运动状态下的实验数据。 ( 2 ) 测控系统硬件模块建立。在制定了测控系统的实施方案后，针对所要测量、控制的物理 量选取合适的传感器类型、液压执行元件和数模转换的必要设备。 ( 3 ) 测控系统的软件开发。一个完整的试验机测控系统必然包括一个用于人机交互的操作界 面，而滑轨磨损性能试验