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华东理工大学硕士研究生学位论文开题报告题目：边界润滑膜温度特性试验机测量与控制系统的研究学院：机械与动力工程学院专业：机械设计及理论学号：030090470姓名：蔡纪卫导师：高志教授开题报告日期：2010年10月19日硕士研究生学位论文开题报告边界润滑膜温度特性试验机测量与控制系统的研究第1页共14页边界润滑膜温度特性试验机测量与控制系统的研究1.课题的提出随着社会科技的迅猛发展，机械已经成为整个社会的主流设备，提到机械，难免会提到摩擦，而为了减小机械设备的摩擦和磨损，通常需要在摩擦表面加入润滑油。但绝大多数条件下，润滑油都不能将摩擦表面完全隔开，两摩擦表面会产生一定程度的直接接触，从而使摩擦副在边界润滑条件下工作。润滑油是由基础油加各类添加剂组成的，在润滑油中加入油性添加剂和极压添加剂是改善其边界润滑性能的最重要手段，这些润滑添加剂的作用原理是在摩擦表面生成各种类型的边界润滑膜，包括物理吸附膜和化学反应膜，从而在边界润滑条件下保持摩擦过程中的低摩擦状态和抑制摩擦表面的磨损。为了正确的选择和研究润滑添加剂，必须建立一套合理的评价体系。因此，多年来研究人员一直在探求润滑添加剂的各种评价方法，目前评价润滑油边界润滑性能所采用的主要方法是临界载荷或临界速度法，其原理是：在室温条件下，针对影响摩擦副状态的两个主要工作参数：载荷和速度。在保持其中的一个参数不变的条件下，增大另一个参数的值，使摩擦副由正常工作状态到破坏状态，由此获得速度(或载荷)变化的临界值，以此作为润滑油边界润滑性能的评价指标。但是，由于载荷和速度都不是润滑油本身的物理量，与润滑油本身的物理─化学特性没有直接关系，因此，用它们作为评价指标是不确切的，而且这个试验结果随试验条件的不同将发生显著的变化，使得在采用不同的试验方法或不同的试验条件所得到的试验结果之间没有好的一致性，与现场的使用效果也没有好的一致性。本项研究预针对目前采用“临界载荷”或“临界速度”作为润滑油添加剂性能评价方法所存在的问题，拟探索一种新的润滑油性能评价方法，建立一个基于摩擦面温度的润滑添加剂性能评价体系，研究和开发一套能用于不同摩擦面温度条件下进行润滑油性能评价试验的试验方法和试验装置，以研究和评价各种润滑添加剂的性能及其在摩擦面上的作用机理。本项研究对于润滑油的合理使用及其性能的提高，对于润滑添加剂的设计和和开发，对于润滑工程本身的理论和实硕士研究生学位论文开题报告边界润滑膜温度特性试验机测量与控制系统的研究第2页共14页践，都有着十分重要的意义。在温度法试验中，实验设备的主要参数如下：选用四球摩擦副；温度的控制范围是从室温到300度；主轴的转速最高达到2转/分钟，摩擦力范围控制在0到5kg.试验方法采用逐级升温实验法。试验装置旨在研究边界摩擦时，润滑油边界膜的温度特性，因此，它的功能决定了它必须具备如下特点：a、试验机应能较精确地测出摩擦面间润滑油边界膜的温度；b、在试验的过程中应能根据试验的需要，比较方便且准确地将摩擦面间润滑油边界膜的温度调整控制到预定值；c、试验机能准确测量出预测时刻的摩擦副间的摩擦力。d、试验机能准确控制主轴的转速。试验机的这些特点就突出了该项研究的一个重点：摩擦力的精确测量，温度的精确测量与控制以及主轴转速的准确控制！这也是该项研究的一个核心和关键部分，摩擦力与温度能否精确测量直接影响到研究中的数据与结果。2.国内外研究概况2.1.目前计算机控制系统的类型计算机控制系统与其所控制的生产对象密切相关，控制对象不同，控制系统也不同，根据应用特点、控制方案、控制目标和系统构成，计算机控制系统一般可分为以下几种类型：数据采集系统（DAS），直接数字控制系统（DDC），监督控制系统（SCC），集散控制系统（DCS）。20世纪70年代，人们在测量、模拟和逻辑控制领域率先使用了数字计算机，产生了集中式控制。数据采集系统是计算机应用于生产过程控制最早的一种类型。把需要采集的过程参数经过采样、A/D转换为数字信号送入计算机。计算机对这些输入量进行计算处理（如数字滤波、标度变换、越限报警等），并按需要进行显示和打印输出。直接数字控制系统（DDC）是计算机在工业中应用最普遍的一种方式。它是用一台计算机对多个被控参数进行巡回检测，检测结果与给定值进行比较，并按预定的数学模型（如PID控制规律）进行运算，其输出直接控制被控对象，使被控参数稳定在给定值上。在DDC系统中是用计算机代替模拟调节器进行控制，对生产过程直接影响的被控参数给定值是预先设定的，并存入计算机的内存中，这个给定值不能根据生产工艺信息的变化及时修改，故DDC系统无法使生产过程处于最优工况。在监督控制系统SCC中，计算机按照描述生产过程的数学模型计算出最佳给定值送给模拟调节器或DDC计算机，模拟调节器或DDC计算机控制生产过程，从而使生产过程始终处于最优工况。SCC系统较DDC系统更接近硕士研究生学位论文开题报告边界润滑膜温度特性试验机测量与控制系统的研究第3页共14页生产变化的实际情况，它不仅可以进行给定值控制，而且还可以进行顺序控制、自适用控制及最优控制等。监督控制系统有两种不同的结构形式：一种是SCC+模拟调节器，另一种是SCC+DDC控制系统。20世纪80年代，由于微处理器的出现而产生了集散控制系统（DCS），又称分布式控制系统。它以微处理器为核心，实现地理上和功能上的控制，同时通过高速数据通道把各个分散点的信息集中起来，进行集中的监视和操作，并实现复杂的控制和优化。DCS的设计原则是分散控制，集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。2.2温度的测量与控制情况2.2.1.温度检测与及控制系统的国内外状况温度是一个非常重要的物理量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形、结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度控制失误就可能引起生产安全、产品质量、产品产量等一系列问题。因此对温度的检测的意义就越来越大。温度采集控制系统在工业生产、科学研究和人们的生活领域中，得到了广泛应用。在工业生产过程中，很多时候都需要对温度进行严格的监控，以使得生产能够顺利的进行，产品的质量才能够得到充分的保证。使用自动温度控制系统可以对生产环境的温度进行自动控制，保证生产的自动化、智能化能够顺利、安全进行，从而提高企业的生产效率。温度采集控制系统是在嵌入式系统设计的基础上发展起来的。嵌入式系统虽然起源于微型计算机时代，但是微型计算机的体积、价位、可靠性，都无法满足广大对象对嵌入式系统的要求，因此，嵌入式系统必须走独立发展道路。这条道路就是芯片化道路。将计算机做在一个芯片上，从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代。单片机诞生于二十世纪七十年代末，经历了SCM、MCU和SOC三大阶段在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。同时温度也是生活中最常见的一个物理硕士研究生学位论文开题报告边界润滑膜温度特性试验机测量与控制系统的研究第4页共14页量，也是人们很关心的一个物理量，它与我们的生活息息相关，有着十分重要的意义，在工业生产中，温度过高或过低会直接影响到产品的质量、对机械设备和控制系统中的各种元器件造成一定的损坏，严重的会影响到生产安全。在日常生活中，温度过高或过低同样会造成一些不良影响。在实际生产、生活等各个领域中，温度是环境因素的不可或缺的一部分，对温度及时精确的控制和检测显得尤为重要。比如，农业上土壤各个层面上的温度将会影响植物的生长；在医院的监护中也用到温度的测量。在工业中，料桶里外上限温度要求不一，以及热处理中工件各个部位的温度对工件形成后的性能至关重要等等。现代电子工业的飞速发展对自动测试的要求越来越高。采用单片机对温度进行控制,不仅具有控制方便和组态简单的优点,而且可以提高被控温度的技术指标。针对以上情况，在控制成本的前提下，通过本设计设计一款能够实时检测控制温度，又具有对系统设定不同的报警温度的温度控制报警系统功能。此系统能够满足现代生产生活的需要，效率高，具有较强的稳定性和灵活性。因此，在生产和生活中要对温度进行严格的控制，使温度在规定的范围内变化。通过本系统提高学生对于温度控制的认识。在学习实践中提高对理论的认知能力和动手解决实际问题的能力，达到教学实践相结合的目的。及采用先进的科学技术，加以丰富的保安实际经验和知识，向社会提供各种超值安全设备服务，给用户带来安全和放心。随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。2.2.2常用的加热方法1、辐射加热a.红外、可见光波段如硅碳棒或类陶瓷加热元件,发出红外辐射,也有的用红外线灯。b.射频、微波可认为是电磁感应,这些方法可透入内部加热。2、电热元件如用电阻丝加热温度不高时主要靠传导,随温度增高,辐射增加。密闭容器或鼓风时,热气流起很重要作用(其中有对流)。硕士研究生学位论文开题报告边界润滑膜温度特性试验机测量与控制系统的研究第5页共14页3、电炉丝因炉丝温度可远高于600℃,炉丝被加热后机械性能变化,所以一般需要嵌入耐火材料槽中,或用陶瓷器件支架固定,也可用磁管、石英管或云母片绝缘固定。4、加热管将电炉丝装入金属管,用耐热材料绝缘。这些金属管外套密封性能好,可在水(油)中工作,可以根据要求加工成直型、U型、环型、螺旋型等等。很多都要求在水中方可通电加热,否则很快即烧毁。5、电磁加热电磁加热是应用电磁感应原理进行加热的。交变电流通过线圈产生磁场，利用高频的电流通过环形线圈，从而产生无数封闭磁场力，当磁场的磁力线通过导磁（如：铁质器皿）的底部，既会产生无数小涡流（一种交变电流，家用电磁炉使用的是15－30KHZ的高频电流），使铁质器皿本生自行高速发热，达到的目的。其他电热元件种类甚多,应用较多的还有半导体器件6、非电热加热直接燃煤、油、酒精、气等加热。2.2.3常用的温度测量方法1．用感温材料感温材料随温度变化而呈现相应的变化,可有输出用于显示和实现控温(包括安全保护),具体材料和形式主要有以下几种。热膨胀材料，包括固体形式，液体以及气体形式。多利用两种不同膨胀系数的材料组成。2.用电特性材料利用器件材料电特性随温度变化的有多种,目前应用最广泛。常用的电特性感温材料有铂，半导体电阻或半导体PN结以及热电偶。其他感应温度变化的材料元件还有很多种,其中有些极少用,如通过辐射色温分析测温度,只用于特殊需要。有些很常用,如利用水蒸气压力与温度对应关系实现感温、测温、控温。2.2.4常用的温度控制方法应用最多最为广泛的是通过调节电位器改变参考电压设定温度,将感温件传来的信号与这些参考数值经比较器或差分放大器处理后输出控温信号。电路大同小异,当然有特殊的如用积分放大器。硕士研究生学位论文开题报告边界润滑膜温度特性试验机测量与控制系统的研究第6页共14页功率驱动(控制加热用的大电流)加热电流一般较大,需经功率驱动控制,这种控制加热电流的器件多种多样,除少数例外,大多可归为两类。一类是触点型，简单的机械接点如双金属片、继寿命,但因拉弧打火,局部过热氧化等影响其使用寿命(时间、合断次数)。触点打火还会对周围设备造成干扰。另一类是无触点型，用的最多的是可控硅或大功率三极管,固态继电器(包括光电耦合的)当属这一类。可以无级(连续变化)调节加热电流。2.2.5.本试验机中拟采用的测控系统方式本测控系统由两种计算机控制系统方式构成，分别为：计算