聚氨酯弹性体护舷性能测试系统

吕玉林，孙 杰

（ 辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001）

聚氨酯弹性体护舷性能测试系统

吕玉林，孙 杰

（ 辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001）

针对聚氨酯护舷性能测试，试制了具有一定测量准确度的传感装置，研制了一种适合测试聚氨酯护舷力学性能的微机测试系统，利用该系统可以很好的测试聚氨酯护舷的50%压缩变形率的最大压缩反力和吸收能量。为聚氨酯护舷的检测提供了有效方法。

传感器；聚氨酯护舷；测试系统；吸收能量

护舷是港口码头和船舶的重要安全防护设施，其用途是在船舶之间或船舶与码头之间发生碰撞时起到吸收能量、缓冲撞击力的作用。聚氨酯护舷是由聚氨酯材料制造的一种新型护舷，其特点有拉伸强度较高，耐腐蚀性好，抗剪能力能力强；具有漂浮性，安装位置不受潮差影响；使用中不需要检查、充气，具有免维修性；没有爆破危险，具有安全性；具有更好的吸收性能和较低的反力性能；制品规格根据需要制造，在橡胶护舷中规格最大；护舷外表可以施加各种颜色，产品光滑美观，标识明显等，广泛使用于港口、近海和船靠船作业。

随着船舶运输业的发展，对护舷的要求也随之提高，出现了专业化的护舷，并制定了相应的技术性能指标[1]，其包括有50%压缩变形率的最大压缩反力和吸收能量,对于小型护舷(高度<500 mm,50%压缩变形<250 mm),其性能指标可在电子材料试验机上进行；对于大型护舷（高度>1 000 ~2 500 mm）,其性能指标的测试需要将护舷压缩变形1 000 mm以上,并且需要记录相应的载荷变形曲线[2]。本文试制了具有一定测量准确度的传感装置，研制了一种适合测试聚氨酯护舷力学性能的微机测试系统，并应用于相关企业的产品质量检测。

1 测试系统设计

1.1 测试系统原理

聚氨酯弹性体护舷性能测试方法基于如下原理：将直线位移经差动变压器式位移传感器转换为电压信号，通过测试该电压信号，得到直线位移值；试验载荷通过安装在液压缸油路上的压力传感器测量液压缸内的工作压力，从而间接得到。

1.1.1 位移测试原理

位移是通过与压力机滑块相连的差动变压器式位移传感器来测量，如图1所示。

1.1.2 压力测试原理

压力传感器通过电磁换向阀与液压缸油路相接，从而测试液压缸内的工作压力，如图2所示。

当液压机开始工作时，液压缸油路处于差动连接状态，电磁换向阀YV1断开，压力传感器开始工作，液压机滑块缓慢移动。聚氨酯护舷所受到的压缩反力为f（x）[3]：

式中:d—活塞杆直径；

P0—液压机滑块未压缩聚氨酯护舷时，液压缸内的工作压力；

P1—液压机滑块压缩聚氨酯护舷过程中，液压缸内的工作压力。

图1 位移的测试Fig.1 The displacement test

图2 压力的测试Fig.2 The pressure test

1.2 测试系统硬件设计

聚氨酯弹性体护舷性能的测试系统由压制液压机、差动变压器式位移传感器、压力传感器、信号调理器、模数转换器、计算机等硬件和测试软件组成。如图3所示。

图3 测试系统组成Fig.3 The form of test system

差动变压器式位移传感器和压力传感器输出的mV级电压信号，经信号调理器放大、滤波后，由模数转换器转换为数字量，通过计算机进行处理后，从而得到护舷压缩试验中的载荷和变形数据。

1.3 测试系统软件设计

本测试系统软件用C++ Builder语言编写，在Windows 7环境下运行，程序设计采用模块化(图1)结构，软件主要包括试验参数设置模块、试验数据采集模块、试验数据报告模块、计算吸收能量模块。试验参数设置模块是实现对系统的初始参数设置，包括有设置数据采集卡初始参数、设置差动变压器式位移传感器初始参数、设置压力传感器初始参数、设置聚氨酯护舷类型和高度、设置采样时间和采样方式。试验数据报告模块主要是实时显示采集到的变形量、反力、吸收能量和其对应的反力及吸收能量曲线，并保存其数据和曲线。计算吸收能量模块根据实时采集的反力f（xn）及位移xn，利用牛顿插值多项式和复化辛普生求积公式计算实时的吸收能量E，即设n+1次采样的位移值依次为：x0，x1，x2，…，xn和其对应的反力值为：f（x0），f（x1），f（x2），…，f（xn），则利用牛顿插值多项式来拟合反力函数fn（x）[4,5]，即

式中，f【x0，x1，x2，…，xn】为f（x）关于节点x0，x1，…，xn的n阶差商。

图4 测试系统程序流程图Fig.4 The program flow-process diagram of test system

利用复化辛普生求积公式计算吸收能量E[6]，

测试系统应用软件具有友好的用户界面，即系统各个功能的实现全部通过简便易懂的人机对话以交互方式实现。测试系统程序流程图如图4所示。

2 结束语

本文提出的聚氨酯护舷性能的测试系统具有较高的测试精度，能够实时反映位移、压缩反力动态值，方便、准确的检测聚氨酯护舷性能，为聚氨酯护舷性能的质量检测提供了条件。

［1］HG/T2666-1997(部标)[S]．

［2］熊晓明，张连洪.大型橡胶护舷力学性能测试系统[J].测量与设备，2001（11）：21-22.

［3］贾铭新.液压传动与控制[M].第二版.北京:国防工业出版社,2001.

［4］洪海龙，申亚芳，王华祥.橡胶护舷力学参数测试系统[J].电子测量技术，2000（3）:31-33.

［5］杨大地，王开荣,等.数值分析[M].北京:科学出版社,2006.

［6］宋岱才，路永洁，刘国志，陈明明.数值计算方法[M].北京：中国经济出版社， 2006.

The Performance Measurement System for the Polyurethane Elastomer Fender

LV Yu-lin，SUN Jie
（Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China）

Aiming at the performance test of the polyurethane fender, a sensor equipment with certain measurement accuracy was manufactured, then a computer measurement system for testing the mechanical performance of polyurethane fender was developed. The system can be used to well test the maximum compression pressure and absorbed energy of the polyurethane fender when compression deformation rate is 50%.It can provide an effective way for the experimental testing of polyurethane fender.

Sensor; Polyurethane fender; Test system; Absorption of energy

TQ 323.8

A

1671-0460（2011）12-1258-03

2011-10-20

吕玉林（1983-），男，河南南阳人，硕士研究生，2012年毕业于辽宁石油化工大学化工工程机械专业，研究方向：过程装备控制技术。E-mail：luyulin568@163.com。