本發(fā)明涉及一種用于工程機械液壓缸及導軌動態(tài)摩擦參數(shù)測試實驗裝置及其測試方法，特別是一種能夠同時進行工程機械液壓缸和滑動導軌結合面的動態(tài)摩擦參數(shù)進行測試的實驗裝置和測試方法。

背景技術：

液壓缸和導軌是工程機械系統(tǒng)中廣泛應用的組件或部件。液壓缸或?qū)к壗M件結合面摩擦直接影響其所在機械系統(tǒng)的定位與運動精度。由于一直以來對摩擦的測定及建模工作不足，往往出現(xiàn)液壓系統(tǒng)執(zhí)行機構定位不準的問題。因此需要發(fā)明一種簡單易行并且準確的測定典型機械部件摩擦參數(shù)的實驗裝置及其測試方法。工程機械作業(yè)時，時常受到?jīng)_擊載荷的影響，因此所建立的摩擦特性測試裝置中，應當可以實現(xiàn)在不同類型沖擊載荷作用下系統(tǒng)的快速響應速度跟蹤功能。

摩擦是一種復雜的物理現(xiàn)象，不僅具有速度、加速度依賴性，而且具有滯回和記憶特性。通常情況下，無論是在系統(tǒng)設計，還是在仿真及其實驗參數(shù)的確定過程中，摩擦環(huán)節(jié)往往被簡單地處理成庫倫摩擦力、粘性摩擦力抑或靜摩擦力(stribek效應)的形式。國內(nèi)外學術界一直以來從未停止對摩擦建模的研究。在學術界內(nèi)，面向控制過程的模型中有兩個摩擦模型應用較廣泛：一是canudasdewitc等人于1995年發(fā)表在《ieeetransactionsonautomaticcontrol》40卷3期的論文“anewmodelforcontrolofsystemswithfriction”提出的lugre模型；二是lampaertv和al-benderf等人于2003年在俄羅斯圣彼得堡召開的ieeeinternationalconferenceonphysicsandcontrol會議上發(fā)表的論文“ageneralizedmaxwell-slipfrictionmodelappropriateforcontrolpurposes”提出的gms模型。兩種摩擦模型的參數(shù)均需先進行動態(tài)摩擦特性測試，然后通過參數(shù)辨識來確定。在現(xiàn)有技術中，還沒有能同時對工程機械液壓缸及導軌的摩擦特性進行測試的試驗裝置。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種工程機械液壓缸及導軌的摩擦特性測試裝置及測試方法，以解決上述現(xiàn)有技術存在的問題，其方便易行且能夠同時對液壓缸和導軌副的摩擦力參數(shù)進行測試。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：一種工程機械液壓缸及導軌的摩擦特性測試裝置，包括被測液壓缸、加載液壓缸、對接機構、拉壓力傳感器、輪輻式力傳感器、滑塊、導軌及位移傳感器，所述被測液壓缸的軸線、加載液壓缸的軸線與所述導軌在同一水平面內(nèi)，所述加載液壓缸的活塞末端連接所述輪輻式力傳感器，所述輪輻式力傳感器另一端連接于所述對接機構上，所述對接機構另一端連接所述被測液壓缸的活塞，所述對接機構上在所述輪輻式力傳感器外側可拆卸連接所述拉壓力傳感器，所述拉壓力傳感器另一端連接所述滑塊，所述滑塊位于所述導軌上，所述位移傳感器設置于靠近所述加載液壓缸的活塞處。

本發(fā)明工程機械液壓缸及導軌的摩擦特性測試裝置，其中，還包括四個固定支座，所述四個固定支座上均開有一安裝孔，四個所述安裝孔的中心在同一直線上，所述被測液壓缸沿長度方向的兩端分別安裝于兩固定支座的安裝孔內(nèi)，所述加載液壓缸沿長度方向的兩端分別安裝于另外兩固定支座的安裝孔內(nèi)。

本發(fā)明工程機械液壓缸及導軌的摩擦特性測試裝置，其中，所述四個固定支座均固定于工作平臺上，所述位移傳感器設置于所述工作平臺上。

本發(fā)明工程機械液壓缸及導軌的摩擦特性測試裝置，其中，所述導軌為一組，所述一組導軌分別位于所述被測液壓缸的兩側，所述滑塊為兩塊，所述滑塊與導軌一一對應。

本發(fā)明工程機械液壓缸及導軌的摩擦特性測試裝置，其中，所述工作平臺上固定有導軌支架，所述導軌固定于所述導軌支架上。

本發(fā)明工程機械液壓缸及導軌的摩擦特性測試裝置，其中，所述對接機構與所述拉壓力傳感器之間設置有萬向節(jié)，所述萬向節(jié)與所述對接機構之間可拆卸連接。

本發(fā)明采用上述工程機械液壓缸及導軌的摩擦特性測試裝置進行工程機械液壓缸的摩擦特性測試方法，包括以下步驟：

(一)將所述拉壓力傳感器及萬向節(jié)拆除；

(二)測試靜態(tài)摩擦力：

設置常值跟蹤速度v和加載力fl，使被測液壓缸通過對接機構在加載液壓缸的帶動下以理論速度勻速運動；

保持加載力fl不變，從低速至高速改變跟蹤速度v，提取每個速度段內(nèi)的被測液壓缸壓力、柱塞位移、加載力等信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡送入工控機進行后臺處理進而得到摩擦力fr數(shù)據(jù)，從小到大連續(xù)變換加載力fl數(shù)值，再次從低速至高速改變跟蹤速度v，提取每個速度段內(nèi)的被測液壓缸壓力、柱塞位移、加載力等信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡送入工控機進行后臺處理進而得到摩擦力fr數(shù)據(jù)；

利用上述步驟得到的摩擦力fr數(shù)據(jù)，通過stribeck模型對每組加載力對應的靜態(tài)特性摩擦參數(shù)進行辨識：

findfc，fs，vs，σ2；

式中，fc是庫倫摩擦力，fs是最大靜摩擦力，vs是sribeck臨界速度，σ2是粘性摩擦系數(shù)；

測試動態(tài)摩擦力：

保持加載力fl不變，設置跟蹤速度v為三角波/正弦波形式，改變跟蹤速度信號頻率ω，分組提取每個頻率段內(nèi)的被測液壓缸壓力、柱塞位移、加載力等信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡送入工控機進行后臺處理進而得到摩擦力fr數(shù)據(jù)；

設置跟蹤速度v為三角波/正弦波形式，保持跟蹤速度信號頻率ω和幅值不變，從小至大連續(xù)調(diào)節(jié)加載力fl數(shù)值，分組提取不同加載力時的被測液壓缸壓力、柱塞位移、加載力等信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡送入工控機進行后臺處理進而得到摩擦力fr數(shù)據(jù)。

本發(fā)明采用上述工程機械液壓缸及導軌的摩擦特性測試裝置進行導軌摩擦特性的測試方法，其特征在于：包括以下步驟：

測試靜態(tài)摩擦力：

首先，在所述滑塊上加配重，保持加載力fl數(shù)值及配重不變，從小至大改變跟蹤速度v大小，分組提取不同跟蹤速度下導軌摩擦力fr數(shù)據(jù)，保持加載力fl數(shù)值及跟蹤速度v不變，從小至大改變配重大小，分組提取導軌摩擦力fr數(shù)據(jù)，所述滑塊及配重所受到的牽引力f由拉壓力傳感器測得，此時測試工況為勻速，根據(jù)牛頓第二定律，f-fr＝0，fr＝f；

然后，利用上述步驟中得到的導軌摩擦力fr數(shù)據(jù)，通過stribeck模型對每組加載力對應的靜態(tài)特性摩擦參數(shù)進行辨識：

findfc，fs，vs，σ2；

式中，fc是庫倫摩擦力，fs是最大靜摩擦力，vs是sribeck臨界速度，σ2是粘性摩擦系數(shù)；

測試動態(tài)摩擦力：

保持加載力fl數(shù)值及配重不變，設置跟蹤速度v為正弦波/三角波信號改變跟蹤速度信號頻率ω，分組提取不同跟蹤速度下導軌摩擦力fr數(shù)據(jù)，保持加載力fl數(shù)值、正弦波/三角波信號的跟蹤速度v和頻率ω不變，改變配重大小，分組提取不同配重下導軌摩擦力fr，f為滑塊所受牽引力，由所述拉壓力傳感器測得，m為滑塊及其配重的質(zhì)量，為加速度，根據(jù)牛頓第二定律

求得fr。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術取得了以下技術效果：由于本發(fā)明工程機械液壓缸及導軌的摩擦特性測試裝置的加載液壓缸的活塞末端連接輪輻式力傳感器，輪輻式力傳感器另一端連接于對接機構上，對接機構另一端連接被測液壓缸的活塞，對接機構上在輪輻式力傳感器外側可拆卸連接拉壓力傳感器，拉壓力傳感器另一端連接滑塊，因此可通過本裝置進行滑動導軌結合面的摩擦力參數(shù)測試，也可拆除拉壓力傳感器對被測液壓缸進行摩擦力參數(shù)測試，消除滑動導軌結合面摩擦對測試誤差的影響，測試結果更準確，并且結構簡單、成本低，可用于不同壓力和運動速度下滑動副及工程機械液壓缸的摩擦力測試。本發(fā)明公開的摩擦力測試方法可以滿足變速度(及其頻率)、變壓力(負載)、變正壓力下動態(tài)摩擦力的測試需求，能夠適用于不同摩擦模型的辨識實驗。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明工程機械液壓缸及導軌的摩擦特性測試裝置的立體結構示意圖；

圖2為本發(fā)明工程機械液壓缸及導軌的摩擦特性測試裝置的主視結構示意圖；

圖3為本發(fā)明工程機械液壓缸及導軌的摩擦特性測試裝置的俯視結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

如圖1、2、3所示，本發(fā)明一種工程機械液壓缸及導軌的摩擦特性測試裝置，包括被測液壓缸11、加載液壓缸12、對接機構13、拉壓力傳感器14、輪輻式力傳感器15、滑塊17、導軌18及位移傳感器，被測液壓缸11的軸線、加載液壓缸12的軸線與導軌18在同一水平面內(nèi)，導軌18為一組，一組導軌18分別位于被測液壓缸11的兩側，滑塊17為兩塊，兩滑塊17上均開有螺栓連接孔，用于固定配重，位移傳感器為磁致伸縮式高精度位移傳感，加載液壓缸12的活塞末端連接輪輻式力傳感器15，輪輻式力傳感器15另一端連接于對接機構13上，對接機構13另一端連接被測液壓缸11的活塞末端，對接機構13上在輪輻式力傳感器15前后兩側分別通過螺栓可拆卸連接有一拉壓力傳感器14，兩拉壓力傳感器14另一端分別通過螺栓連接于一滑塊17上，兩滑塊17分別位于一導軌18上并可在相應的導軌18上滑動，位移傳感器設置于靠近加載液壓缸12的活塞處，加載液壓缸12通過對接機構13向被測液壓缸11施加加載力，拉壓力傳感器14用于測量滑塊17的牽引力。

如圖1所示，本發(fā)明一種工程機械液壓缸及導軌的摩擦特性測試裝置包括四個固定支座21、22、23、24，四個固定支座21、22、23、24均通過螺栓固定于工作平臺25上，四個固定支座上均開有一安裝孔，四個安裝孔的中心在同一直線上，被測液壓缸11沿長度方向的兩端分別安裝于兩固定支座21、22的安裝孔內(nèi)，加載液壓缸12沿長度方向的兩端分別安裝于另外兩固定支座23、24的安裝孔內(nèi)，保證被測液壓缸11與加載液壓缸12同軸，位移傳感器設置于工作平臺25上，位移傳感器與加載油缸12的活塞連接，避免位移傳感器導向部件摩擦對測量結果的影響。

如圖1所示，工作平臺25上固定有導軌支架26，導軌18焊接固定于導軌支架26上。

另外，在對接機構13與兩拉壓力傳感器14之間分別設置有萬向節(jié)20，萬向節(jié)20與對接機構13之間通過螺栓可拆卸連接，萬向節(jié)20補償拉壓力傳感器14牽引軸線與對接機構13軸線的空間偏差。

測試實驗時，液壓閥組驅(qū)動被測液壓缸11帶動滑塊沿直線導軌運動，調(diào)節(jié)比例調(diào)速閥或者伺服閥的電壓可以改變其輸出流量，即改變被測液壓缸11活塞的運動速度，調(diào)節(jié)位于加載液壓閥組中的比例溢流閥電壓從而改變加載力的大小。系統(tǒng)加入速度閉環(huán)控制可以實現(xiàn)正弦、三角波或者常值跟蹤速度下的摩擦力測試，被測液壓缸壓力、柱塞位移、加載力等信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡送入工控機進行后臺處理進而得到摩擦力數(shù)據(jù)。

本發(fā)明采用上述工程機械液壓缸及導軌的摩擦特性測試裝置進行工程機械液壓缸摩擦特性測試的方法，包括以下步驟：

(一)將兩拉壓力傳感器14、兩萬向節(jié)20及兩螺栓拆除，以削弱導軌副摩擦力隨機性對加載力波動的影響；

(二)測試靜態(tài)摩擦力：

設置常值跟蹤速度v和加載力fl，使被測液壓缸11通過對接機構13在加載液壓缸12的帶動下以理論速度勻速運動；

保持加載力fl不變，從低速至高速改變跟蹤速度v，提取每個速度段內(nèi)的被測液壓缸壓力、柱塞位移、加載力等信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡送入工控機進行后臺處理進而得到摩擦力fr數(shù)據(jù)，被測液壓缸壓力由油路上的壓力傳感器獲得，柱塞位移由位移傳感器獲得，從小到大連續(xù)變換加載力fl數(shù)值，再次從低速至高速改變跟蹤速度v，提取每個速度段內(nèi)的被測液壓缸壓力、柱塞位移、加載力等信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡送入工控機進行后臺處理進而得到摩擦力fr數(shù)據(jù)；

利用上述步驟得到的摩擦力fr數(shù)據(jù)，通過stribeck模型對每組加載力對應的靜態(tài)特性摩擦參數(shù)進行辨識：

findfc，fs，vs，σ2；

式中，fc是庫倫摩擦力，fs是最大靜摩擦力，vs是sribeck臨界速度，σ2是粘性摩擦系數(shù)，此模型是著名的stribeck模型，用于描述機械系統(tǒng)靜態(tài)摩擦力，應用廣泛。

測試動態(tài)摩擦力：

保持加載力fl不變，設置跟蹤速度v為三角波/正弦波形式，改變跟蹤速度信號頻率ω，分組提取每個頻率段內(nèi)的被測液壓缸壓力、柱塞位移、加載力等信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡送入工控機進行后臺處理進而得到摩擦力fr數(shù)據(jù)；

設置跟蹤速度v為三角波/正弦波形式，保持跟蹤速度信號頻率ω和幅值不變，從小至大連續(xù)調(diào)節(jié)加載力fl數(shù)值，分組提取不同加載力時的被測液壓缸壓力、柱塞位移、加載力等信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡送入工控機進行后臺處理進而得到摩擦力fr數(shù)據(jù)。

采用上述工程機械液壓缸及導軌的摩擦特性測試裝置進行導軌摩擦特性的測試方法，包括以下步驟：

測試靜態(tài)摩擦力：

首先，在滑塊17上加配重，保持加載力fl數(shù)值及配重不變，從小至大改變跟蹤速度v大小，分組提取不同跟蹤速度下導軌摩擦力fr數(shù)據(jù)，保持加載力fl數(shù)值及跟蹤速度v不變，從小至大改變配重大小，分組提取導軌摩擦力fr數(shù)據(jù)，滑塊17及配重所受到的牽引力f由拉壓力傳感器14測得，此時測試工況為勻速，根據(jù)牛頓第二定律，f-fr＝0，fr＝f；

然后，利用上述步驟中得到的導軌摩擦力fr數(shù)據(jù)，通過stribeck模型對每組加載力對應的靜態(tài)特性摩擦參數(shù)進行辨識：

findfc，fs，vs，σ2；

式中，fc是庫倫摩擦力，fs是最大靜摩擦力，vs是sribeck臨界速度，σ2是粘性摩擦系數(shù)，此模型是著名的stribeck模型，用于描述機械系統(tǒng)靜態(tài)摩擦力，應用廣泛；

測試動態(tài)摩擦力：

保持加載力fl數(shù)值及配重不變，設置跟蹤速度v為正弦波/三角波信號改變跟蹤速度信號頻率ω，分組提取不同跟蹤速度下導軌摩擦力fr數(shù)據(jù)，保持加載力fl數(shù)值、正弦波/三角波信號的跟蹤速度v和頻率ω不變，改變配重大小，分組提取不同配重下導軌摩擦力fr，f為滑塊所受牽引力，由所述拉壓力傳感器14測得，m為滑塊及其配重的質(zhì)量，為加速度，根據(jù)牛頓第二定律求得fr。

本發(fā)明中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制。