混凝土与碎石基床摩擦系数橡胶板与碎石基床摩擦系数取值分析

1、混凝土与碎石基床摩擦系数、橡胶板与碎石基床摩擦系数取值分析1 .混凝土与碎石基床摩擦系数比较1.1 试验长江口深水航道治理工程橡胶阻滑板摩擦系数试验研究报告中得出混凝土和碎石基 床试验结果见表1。表1混凝土与基床摩擦系数试验结果摩擦系数取值依据基床应力 统计指标峰值段平均值峰值40kpa60kpa80kpa40kpa60kpa80kpa同一基床应力测试次数131313131313同一基床应力最小值0.6170.5920.6800.6290.6290.685同一基床应力最大值0.7370.7590.7450.7510.7800.766同一基床应力平均值0.6850.6750.7150.7100.

2、6990.732同一基床应力标准差0.0290.0620.0190.0300.0590.020一种基床应力的均值0.6920.714二种基床应力的标准差0.0430.041通过表1可以发现同一基床应力最大值在 40kpa、60kpa、80kpa下规律不明显，本工程实际沉 管对地压力约为1.72kpa0.66kpa,根据规律应取对基床压力 40kpa工况下的摩擦力峰值最大值0.751。1.2 规范重力式码头设计规范中以0.6作为混凝土与基床摩擦系数，图1中给出规范编制说明提供的多家试验结果，从该图可看出，规范的摩擦系数0.6主要取自细平基床、基床应力200-600kpa的试验结果。在基床应力小于

3、 200kpa时摩擦系数增大到0.65 0.75 （见图中试验 1、2）。这与试验结果一致。还应注意到，试验采用150kg块石抛石基床，整平标准± 100mm, 整平标准接近于粗平，有利于摩擦系数的提高。图1重力式码头规范基床摩擦系数所引用试验结果港珠澳沉管隧道碎石基床属于细平，较本试验粗平基床摩擦系数会有降低的趋势，但沉 管对基床压力较小，较本试验对摩擦系数有增加的趋势，两种条件互相抵消，故取摩擦力系 数最大值为0.75。1.3 结论通过长江口深水航道治理工程橡胶阻滑板摩擦系数试验研究报告和重力式码头设 计规范综合分析，结合本工程碎石基床的特点和沉管对基床的压力分布情况，取沉管混凝

4、 土与碎石基床摩擦力系数为0.75。2 .橡胶板与碎石基床摩擦系数比较长江口深水航道治理工程橡胶阻滑板摩擦系数试验研究报告中为了定量分析摩擦系 数组内差异对产品抗滑安全度可能带来的影响,2.1 基床应力的影响试验中基床应力对摩擦系数的影响表现为摩擦系数随基床应力增加而略有降低的趋势。这种变化是总体平均趋势。对213批全部37块样品逐块分析，有20块样品服从这种规律。 由于这20块样品中有的组次不同基床应力下摩擦系数相差比较大， 出现了在基床应力分别为 40、60、80Kpa条件下全部样品摩擦系数均值为 0.913、0.892、0.871的递减结果，由于还有 接近一半组次不服从这种规律，所以，该

5、论证结果并不能完全说明问题。考虑到摩擦系数随基床应力而变化的特点，利用现有检测结果进行统计推断时，应以接 近于结构设计标准值的40Kpa基床应力条件下的试验结果为依据2.2 长江口二期工程配置橡胶阻滑板的沉箱底板摩擦系数估计40kpa条件下平均值达0.913,最小2.2.1 全部样品的摩擦系数，在设计确定的基床应力 值为0.818,且只出现于1个样品，其余都在0.84以上2.2.2 虽然同一试验条件下，重复试验得到的摩擦系数有一定的波动范围， 但出现小于0.75 或0.8的样品统计样品数仅4块，占全部样品的10.8 %。根据摩擦系数组内分布界限值的统 计，从平均意义而言，在设计采用的 40kp

6、a基床应力条件下同一块胶板的重复试验中出现小 于0.8的比例只占总测试次数的3.6%左右。2.2.3 样品摩擦系数最小值和组内摩擦系数小于0.8界限出现的比例，这种情况应属于小概率事件。整个沉箱的抗滑稳定性有较高的可靠度。2.3 港珠澳岛隧工程沉管精调系统底部橡胶板与基床摩擦系数分析沉管精调系统橡胶板拟采用和长江口工程相同产品，精调系统对基床压力最大约为 30.58kpa,和长江口工程中沉箱对基床压力 40kpa较接近，根据试验中基床应力对摩擦系数的 影响表现为摩擦系数随基床应力增加而略有降低的趋势，可以得出精调系统底部橡胶板对基 床摩擦系数有增大的趋势；由于基床属于细平，对摩擦力有减小的趋势

7、，故两个条件可抵消。结论：根据长江口深水航道治理工程橡胶阻滑板摩擦系数试验研究报告中分析，结 合本工程实际情况，橡胶板与碎石基床摩擦力系数可以参照长江口工程沉箱对基床40kpa压力的工况取值，在设计采用的 40kpa基床应力条件下同一块胶板的重复试验中出现小于0.8的比例只占总测试次数的3.6%左右，故可以取摩擦系数 0.8,保证率可以达到96.4%。永磁交流伺服电机位置反馈传感器检测相位与电机磁极相位的对齐方式2008-11-07 来源：internet 浏览：504主流的伺服电机位置反馈元件包括增量式编码器，绝对式编码器，正余弦编码器，旋转变压器等。为支持永磁交流伺服驱动的矢量控制，这些位

8、置反馈元件就必须能够为伺服驱动器提供永磁交流伺服电机的永磁体磁极相位，或曰电机电角度信息，为此当位置反馈元件与电机完成定位安装时，就有必要调整好位置反馈元件的角度检测相位与电机电角度相位之间的相互关系，这种调整可以称作电角度相位初始化，也可以称作编码器零位调整或对齐。下面列出了采用增量式编 码器，绝对式编码器，正余弦编码器，旋转变压器等位置反馈元件的永磁交流伺 服电机的传感器检测相位与电机电角度相位的对齐方式。增量式编码器的相位对齐方式在此讨论中，增量式编码器的输出信号为方波信号， 又可以分为带换相信号 的增量式编码器和普通的增量式编码器，普通的增量式编码器具备两相正交方波 脉冲输出信号A和B

9、,以及零位信号Z;带换相信号的增量式编码器除具备 ABZ 输出信号外，还具备互差120度的电子换相信号UVW, UVW各自的每转周期 数与电机转子的磁极对数一致。带换相信号的增量式编码器的 UVW电子换相信 号的相位与转子磁极相位，或曰电角度相位之间的对齐方法如下：1 .用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V 出，将电机轴定向至一个平衡位置；2 .用示波器观察编码器的U相信号和Z信号；3 .调整编码器转轴与电机轴的相对位置；4 .一边调整，一边观察编码器 U相信号跳变沿，和Z信号，直到Z信号稳 定在高电平上（在此默认Z信号的常态为低电平），锁定编码器与电机的相对 位置

10、关系；5 .来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，Z信号都能稳定在高电平上，则对齐有效。撤掉直流电源后，验证如下：1 .用示波器观察编码器的U相信号和电机的UV线反电势波形；2 .转动电机轴，编码器的U相信号上升沿与电机的UV线反电势波形由低到 高的过零点重合，编码器的Z信号也出现在这个过零点上。上述验证方法，也可以用作对齐方法。需要注意的是，此时增量式编码器的 U相信号的相位零点即与电机 UV线 反电势的相位零点对齐，由于电机的 U相反电势，与UV线反电势之间相差30 度，因而这样对齐后，增量式编码器的 U相信号的相位零点与电机U相反电势 的-30度相位点对齐，而电机电角

11、度相位与 U相反电势波形的相位一致，所以此 时增量式编码器的U相信号的相位零点与电机电角度相位的-30度点对齐。有些伺服企业习惯于将编码器的 U相信号零点与电机电角度的零点直接对 齐，为达到此目的，可以：1 .用3个阻值相等的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入电 机的UVW三相绕组引线；2 .以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点，就可以近似得到电机的U 相反电势波形；3 .依据操作的方便程度，调整编码器转轴与电机轴的相对位置，或者编码器 外壳与电机外壳的相对位置；4 .一边调整，一边观察编码器的 U相信号上升沿和电机U相反电势波形由 低到高的过零点，最终使上升沿和过零点重合，锁

12、定编码器与电机的相对位置关 系，完成对齐。由于普通增量式编码器不具备 UVW相位信息，而Z信号也只能反映一圈内 的一个点位，不具备直接的相位对齐潜力，因而不作为本讨论的话题。绝对式编码器的相位对齐方式绝对式编码器的相位对齐对于单圈和多圈而言，差别不大，其实都是在一圈内对齐编码器的检测相位与电机电角度的相位。早期的绝对式编码器会以单独的 引脚给出单圈相位的最高位的电平，利用此电平的0和1的翻转，也可以实现编 码器和电机的相位对齐，方法如下：1 .用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V 出，将电机轴定向至一个平衡位置；2 .用示波器观察绝对编码器的最高计数位电平信号；3

13、.调整编码器转轴与电机轴的相对位置；4 .一边调整，一边观察最高计数位信号的跳变沿，直到跳变沿准确出现在电 机轴的定向平衡位置处，锁定编码器与电机的相对位置关系；5 .来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，跳变沿 都能准确复现，则对齐有效。这类绝对式编码器目前已经被采用 EnDAT, BiSS, Hyperface等串行协议， 以及日系专用申行协议的新型绝对式编码器广泛取代，因而最高位信号就不符存在了，此时对齐编码器和电机相位的方法也有所变化， 其中一种非常实用的方法 是利用编码器内部的EEPROM,存储编码器随机安装在电机轴上后实测的相位， 具体方法如下：1 .将编码器随

14、机安装在电机上，即固结编码器转轴与电机轴，以及编码器外 壳与电机外壳；2 .用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V 出，将电机轴定向至一个平衡位置；3 .用伺服驱动器读取绝对编码器的单圈位置值，并存入编码器内部记录电机 电角度初始相位的EEPROM中；4 .对齐过程结束。由于此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向，因此存入的编码器内部 EEPROM中的位置检测值就对应电机电角度的-30度相位。此后，驱动器将任意 时刻的单圈位置检测数据与这个存储值做差，并根据电机极对数进行必要的换 算，再加上-30度，就可以得到该时刻的电机电角度相位。这种对齐方式需要编码器和伺服驱

15、动器的支持和配合方能实现，日系伺服的编码器相位之所以不便于最终用户直接调整的根本原因就在于不肯向用户提供 这种对齐方式的功能界面和操作方法。 这种对齐方法的一大好处是，只需向电机绕组提供确定相序和方向的转子定向电流， 无需调整编码器和电机轴之间的角度关系，因而编码器可以以任意初始角度直接安装在电机上， 且无需精细，甚至简 单的调整过程，操作简单，工艺性好。如果绝对式编码器既没有可供使用的 EEPROM ,又没有可供检测的最高计 数位引脚，则对齐方法会相对复杂。如果驱动器支持单圈绝对位置信息的读出和 显示，则可以考虑：1 .用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V 出，将

16、电机轴定向至一个平衡位置；2 .利用伺服驱动器读取并显示绝对编码器的单圈位置值；3 .调整编码器转轴与电机轴的相对位置；4 .经过上述调整，使显示的单圈绝对位置值充分接近根据电机的极对数折算 出来的电机-30度电角度所应对应的单圈绝对位置点，锁定编码器与电机的相对 位置关系；5 .来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，上述折 算位置点都能准确复现，则对齐有效。如果用户连绝对值信息都无法获得，那么就只能借助原厂的专用工装，一边 检测绝对位置检测值，一边检测电机电角度相位，利用工装，调整编码器和电机 的相对角位置关系，将编码器相位与电机电角度相位相互对齐，然后再锁定。这 样一来

17、，用户就更加无从自行解决编码器的相位对齐问题了。个人推荐采用在EEPROM中存储初始安装位置的方法，简单，实用，适应 性好，便于向用户开放，以便用户自行安装编码器，并完成电机电角度的相位整 定。正余弦编码器的相位对齐方式普通的正余弦编码器具备一对正交的 sin, cos 1Vp-p信号，相当于方波信号 的增量式编码器的AB正交信号，每圈会重复许许多多个信号周期，比如2048等；以及一个窄幅的对称三角波Index信号，相当于增量式编码器的Z信号，一 圈一般出现一个；这种正余弦编码器实质上也是一种增量式编码器。另一种正余 弦编码器除了具备上述正交的sin、cos信号外，还具备一对一圈只出现一个信号

18、 周期的相互正交的1Vp-p的正弦型C、D信号，如果以C信号为sin,则D信号 为cos,通过sin、cos信号的高倍率细分技术，不仅可以使正余弦编码器获得比原始信号周期更为细密的名义检测分辨率，比如2048线的正余弦编码器经2048细分后，就可以达到每转400多万线的名义检测分辨率，当前很多欧美伺服厂家 都提供这类高分辨率的伺服系统，而国内厂家尚不多见；此外带C、D信号的正余弦编码器的C、D信号经过细分后，还可以提供较高的每转绝对位置信息，比 如每转2048个绝对位置，因此带C、D信号的正余弦编码器可以视作一种模拟 式的单圈绝对编码器。采用这种编码器的伺服电机的初始电角度相位对齐方式如下：1

19、 .用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V 出，将电机轴定向至一个平衡位置；2 .用示波器观察正余弦编码器的 C信号波形；3 .调整编码器转轴与电机轴的相对位置；4 .一边调整，一边观察C信号波形，直到由低到高的过零点准确出现在电机 轴的定向平衡位置处，锁定编码器与电机的相对位置关系；5 .来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，过零点 都能准确复现，则对齐有效。撤掉直流电源后，验证如下：1 .用示波器观察编码器的C相信号和电机的UV线反电势波形；2.转动电机轴，编码器的C相信号由低到高的过零点与电机的 UV线反电势 波形由低到高的过零点重合。这种验

20、证方法，也可以用作对齐方法。此时C信号的过零点与电机电角度相位的-30度点对齐。如果想直接和电机电角度的0度点对齐，可以考虑：1 .用3个阻值相等的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入电 机的UVW三相绕组引线；2 .以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点，就可以近似得到电机的U 相反电势波形；3 .调整编码器转轴与电机轴的相对位置;4 .一边调整，一边观察编码器的 C相信号由低到高的过零点和电机 U相反 电势波形由低到高的过零点，最终使2个过零点重合，锁定编码器与电机的相对 位置关系，完成对齐。由于普通正余弦编码器不具备一圈之内的相位信息， 而Index信号也只能反 映一圈内的一

21、个点位，不具备直接的相位对齐潜力，因而在此也不作为讨论的话 题。如果可接入正余弦编码器的伺服驱动器能够为用户提供从 C、D中获取的单 圈绝对位置信息，则可以考虑：1 .用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V 出，将电机轴定向至一个平衡位置；2 .利用伺服驱动器读取并显示从 C、D信号中获取的单圈绝对位置信息；3 .调整旋变轴与电机轴的相对位置；4 .经过上述调整，使显示的绝对位置值充分接近根据电机的极对数折算出来 的电机-30度电角度所应对应的绝对位置点，锁定编码器与电机的相对位置关 系；5 .来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，上述折 算绝对位

22、置点都能准确复现，则对齐有效。此后可以在撤掉直流电源后，得到与前面基本相同的对齐验证效果：1 .用示波器观察正余弦编码器的 C相信号和电机的UV线反电势波形；2 .转动电机轴，验证编码器的 C相信号由低到高的过零点与电机的 UV线 反电势波形由低到高的过零点重合。如果利用驱动器内部的EEPROM等非易失性存储器，也可以存储正余弦编 码器随机安装在电机轴上后实测的相位，具体方法如下：1 .将正余弦随机安装在电机上，即固结编码器转轴与电机轴，以及编码器外 壳与电机外壳；2 .用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V 出，将电机轴定向至一个平衡位置；3 .用伺服驱动器读取由C

23、、D信号解析出来的单圈绝对位置值，并存入驱动 器内部记录电机电角度初始安装相位的 EEPROM等非易失性存储器中；4 .对齐过程结束。由于此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向，因此存入的驱动器内部 EEPROM等非易失性存储器中的位置检测值就对应电机电角度的 -30度相位。此 后，驱动器将任意时刻由编码器解析出来的与电角度相关的单圈绝对位置值与这 个存储值做差，并根据电机极对数进行必要的换算，再加上 -30度，就可以得到 该时刻的电机电角度相位。这种对齐方式需要伺服驱动器的在国内和操作上予以支持和配合方能实现， 而且由于记录电机电角度初始相位的 EEPROM等非易失性存储器位于伺服驱动

24、器中，因此一旦对齐后，电机就和驱动器事实上绑定了，如果需要更换电机、正 余弦编码器、或者驱动器，都需要重新进行初始安装相位的对齐操作，并重新绑定电机和驱动器的配套关系。旋转变压器的相位对齐方式旋转变压器简称旋变，是由经过特殊电磁设计的高性能硅钢叠片和漆包线 构成的，相比于采用光电技术的编码器而言， 具有耐热，耐振。耐冲击，耐油污， 甚至耐腐蚀等恶劣工作环境的适应能力，因而为武器系统等工况恶劣的应用广泛 采用，一对极（单速）的旋变可以视作一种单圈绝对式反馈系统，应用也最为广 泛，因而在此仅以单速旋变为讨论对象， 多速旋变与伺服电机配套，个人认为其 极对数最好采用电机极对数的约数，一便于电机度的对

25、应和极对数分解。旋变的信号引线一般为6根，分为3组，分别对应一个激励线圈，和2个正 交的感应线圈，激励线圈接受输入的正弦型激励信号， 感应线圈依据旋变转定子 的相互角位置关系，感应出来具有SIN和COS包络的检测信号。旋变SIN和COS 输出信号是根据转定子之间的角度对激励正弦信号的调制结果，如果激励信号是sin cot,转定子之间的角度为9 ,则SIN信号为sin co tx sin 9 ,则COS信号为sin CD txcos9 ,根据SIN, COS信号和原始的激励信号，通过必要的检测电路，就 可以获得较高分辨率的位置检测结果，目前商用旋变系统的检测分辨率可以达到 每圈2的12次方，即4

26、096,而科学研究和航空航天系统甚至可以达到 2的20 次方以上，不过体积和成本也都非常可观。商用旋变与伺服电机电角度相位的对齐方法如下：1 .用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出；2 .然后用示波器观察旋变的SIN线圈的信号引线输出；3 .依据操作的方便程度，调整电机轴上的旋变转子与电机轴的相对位置，或 者旋变定子与电机外壳的相对位置；4 .一边调整，一边观察旋变SIN信号的包络，一直调整到信号包络的幅值完 全归零，锁定旋变；5 .来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，信号包 络的幅值过零点都能准确复现，则对齐有效。撤掉直流电源，进行对齐验证

27、：1 .用示波器观察旋变的SIN信号和电机的UV线反电势波形；2.转动电机轴，验证旋变的SIN信号包络过零点与电机的 UV线反电势波形 由低到高的过零点重合。这个验证方法，也可以用作对齐方法。此时SIN信号包络的过零点与电机电角度相位的-30度点对齐。如果想直接和电机电角度的0度点对齐，可以考虑：1 .用3个阻值相等的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入电 机的UVW三相绕组引线；2 .以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点，就可以近似得到电机的U 相反电势波形；3 .依据操作的方便程度，调整编码器转轴与电机轴的相对位置，或者编码器 外壳与电机外壳的相对位置；4 .一边调整，一边观

28、察旋变的SIN信号包络的过零点和电机 U相反电势波形 由低到高的过零点，最终使这2个过零点重合，锁定编码器与电机的相对位置关 系，完成对齐。需要指出的是，在上述操作中需有效区分旋变的SIN包络信号中的正半周和负半周。由于SIN信号是以转定子之间的角度为8的sin 8值对激励信号的调 制结果，因而与sin 8的正半周对应的SIN信号包络中，被调制的激励信号与原 始激励信号同相，而与sinB的负半周对应的SIN信号包络中，被调制的激励信号与原始激励信号反相，据此可以区别和判断旋变输出的SIN包络信号波形中的正半周和负半周。对齐时，需要取 sinO由负半周向正半周过渡点对应的 SIN 包络信号的过零

29、点，如果取反了，或者未加准确判断的话，对齐后的电角度有可 能错位180度，从而造成速度外环进入正反馈。如果可接入旋变的伺服驱动器能够为用户提供从旋变信号中获取的与电机电角度相关的绝对位置信息，则可以考虑：1 .用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V 出，将电机轴定向至一个平衡位置；2 .利用伺服驱动器读取并显示从旋变信号中获取的与电机电角度相关的绝 对位置信息；3 .依据操作的方便程度，调整旋变轴与电机轴的相对位置，或者旋变外壳与 电机外壳的相对位置；4 .经过上述调整，使显示的绝对位置值充分接近根据电机的极对数折算出来 的电机-30度电角度所应对应的绝对位置点，锁定编码器与电机的相对位置关系；5 .来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时， 上述折 算绝对位置点都能准确复现，则对齐有效。此后可以在撤掉直流电源后，得到与前面基本相同的对齐验证效果：1 .用示波器观察旋变的SIN信号和电机的UV线反电势波形；2 .转动电机轴，验证旋变的SIN信号包络过零点与电机的 UV线反电势波形 由低到高的过零点重合。如果利用驱动器内部的EEPROM等非易失性存储器，也可以存储旋变随机 安装在电机轴上后实测的相位，具体方法如下：1 .将旋变随机安装在电机上，即固结旋变转轴与电机轴，以及旋变外壳与电 机外壳；2 .用一个