大扭矩范圍制動器動態(tài)試驗臺的設計

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1、 大扭矩范圍制動器動態(tài)試驗臺的設計 摘要:本文介紹了一種大扭矩范圍制動器動態(tài)試驗臺的試驗原理，闡述了試驗臺的設計依據，以及飛輪組轉動慣量的確定與分配方法，并用實例詳細說明設計過程. 關鍵詞:制動器;試驗臺;慣性飛輪;轉動慣量 中圖分類號:TH133.31 文獻標識碼:A 文章編號:1005-8354(2010)05-0034-04 Design of the Brake Dynamic Torque Test-bed ZHANG Hai-bo，LIU Yi，XIAO Chuan-fang，LI Ji (No.704 Research Institut

2、e，CSIC，Shanghai 200031，China) Abstract:This article describes the experiment principle of a dynamic torque test-bed.The design basis and themethod for determining and allocating the rotary inertia of flywheel are present，and the design process is intro-duced with instance. Key words:brake;test-bed

3、;flywheel;rotary inertia of flywheel 35 0 概述 隨著世界經濟全球化愈演愈烈，商品的貿易愈發(fā)繁榮，各國的港口機械設備也越來越多，對其安全性能的要求也越來越高.各類制動器被廣泛地運用在港口起重設備中，其制動性能如何，直接影響到港口起重設備的安全和人的生命與財產安全.制動器最重要的性能是設備在運行中，它的動制動力矩是否達到設計值.為了保證制動器的制動性能，國家制定了《JB/T7020-2006電力液壓盤式制動器》、《JB/T6406-2006電力液壓鼓式制動器》、《JB/T7865-2006電磁鼓式制動器》等規(guī)范標準，其中明確規(guī)定了制動器動

4、態(tài)制動力矩的試驗方法，本文介紹的大扭矩范圍制動器動態(tài)試驗臺就是基于上述國家制定的規(guī)范標準設計的，用于對各類制動器(包括鼓式和盤式)進行動態(tài)制動力矩的測試. 1試驗原理 試驗原理:根據能量守恒原理，制動能量與機構運動能量相等.制動器動態(tài)試驗臺通過調節(jié)飛輪組的不同組合和轉速，模擬起重機械機構的運動能量，當制動器動作后，制動器的制動能量與制動器動態(tài)試驗臺的運動能量相等.因此，通過試驗臺上的轉矩轉速傳感器和計算機系統(tǒng)，從而測量出制動器的動態(tài)制動力矩 .根據規(guī)范標準規(guī)定檢測制動器動態(tài)制動力矩時，制動盤(輪)直徑小于或等于400mm時，測試設備測試初始轉速為1000r/min;制動盤(輪)直徑大于4

5、00mm時，測試設備測試初始轉速為750r/min(見表1).所以我們設計了兩套設備，一套用來檢測制動盤(輪)直徑小于或等于400mm的設備(2000Nm制動器試驗臺);另一套用來檢測制動盤(輪)直徑大于400mm的設備(35000Nm制動器試驗臺) .設備視圖如下：: 圖 12000Nm制動器動態(tài)試驗臺 測試范圍為(80～2000)Nm的制動器，初制動轉速為1000r/min 收稿日期:2010-08-09 作者簡介:張海波(1976-)，男，工程師，從事機械設計工作 表 1測試動態(tài)制動力矩時制動初始轉速規(guī)定 圖 235000Nm制動器動態(tài)試驗臺 測試

6、范圍為(1500～35000)Nm的制動器，初制動轉速為750r/min 2設計依據 規(guī)范標準規(guī)定: 1) 根據給定的制動器的規(guī)格選擇表1中對應制動初始轉速并計算許用單次制動功，計算公式如下: (1) 式中: W為許用單次制動功，單位J;為制動初轉速，單位r/min;為額定制動力矩，單位N.m. 2) 計算確定出被試制動器對應模擬轉動慣量，計算公式如下: (2) 式中: ∑J為制動軸上模擬總轉動慣量，單位kg.;為制動初轉速，單位r/min;W為許用單次制動功，單位J. 3) 根據計算的模擬總轉動慣量為試驗臺配備轉動慣量，實際配置

7、轉動慣量時可在計算所需的轉動慣量的20%范圍內浮動. 4) 將制動器調整至額定彈簧工作力和額定制動瓦退距狀態(tài)，根據以上確定的模擬總轉動慣量和制動軸的制動初始轉速進行三次制動試驗，每次試驗取平均值作為試驗結果，也可按式3驗算每次試驗的實際平均制動力矩. (3) 式中，為動態(tài)制動力矩，單位N.m;ts為有效制動時間，單位s. 3轉動慣量的確定與分配 不同型號的制動器有不同的額定制動力矩，也就要求有不同的許用單次制動功.在制動初轉速確定的情況下，單次制動功也就只能靠飛輪的轉動慣量來確定.要測試不同型號的制動器，就需要設計成轉動慣量可以按照要求來進行組合的機械結構，以滿足測試

8、的要求. []童忠良，張淑謙，楊京京.新能源材料與應用［M］.北京:國防科技大學出版社，2008. 1) 確定測試設備的最大轉動慣量∑Jmax:根據要求得知設備測試的制動器最大制動力矩，根據該力矩計算最大單次制動功，再根據最大單次制動功計算出相應的模擬總轉動慣量.該轉動慣量就是設備的最大轉動慣量. 2)[]肖慧杰，王凱，劉頎穎.淺析太陽能發(fā)電技術［J］.內蒙古石油化工，2010(3):93-94. 確定測試設備的最小轉動慣量根據要求得知設備測試的制動器最小制動力矩，根據該力矩計算最小單次制動功，再根據最小單次制動功計算出相應的模擬轉動慣量.該轉動慣量就是設備的最小轉動慣量.

9、 3) 確定測試設備固有的轉動慣量 在設計完成后需要對設備進行固有轉動慣量進行計算，如果，只要對固有的轉動慣量進行修正即可;如果，并且，該設計也滿足要求;否則就要進行重新設計，或者確認方案不合理. 4)確定設備飛輪組的設計運用組合的方法我們可以設計成不同轉動慣量的飛輪，然后將它們進行組合就可以得到我們計算的模擬轉動慣量最為接近的轉動慣量.根據需要我們可以確定n組飛輪盤，并按照20:21:22:……:2n比例分配飛輪盤的轉動慣量，這樣就可以得到種組合.也可以得到轉動慣量級差為 然后驗算<20%即可. 4設計實例 下面以2000Nm制動器動態(tài)試驗臺的飛輪轉動

10、慣量分配為例進行說明.該設備主要用于測試小制動力矩的制動器(即:制動盤或輪直徑小于400mm)，制動初轉速為n1=1000 r/min. 1) 確定最大轉動慣量∑Jmax: 該制動器動態(tài)試驗臺測試的最大制動力矩為，根據式1可得最大單制動功: 根據式2，由上面計算的最大單次制動功，可得最大模擬轉動慣量: 2)[]宋澤新，李新偉，趙成軍.增安型高壓電機接線盒的設計［J］.電氣防爆，2004(2):22-23. 確定最小轉動慣量∑Jmin: 該制動器動態(tài)試驗臺測試的最小制動力矩為，根據式1可得最小單次制動功: 根據式2，由上面計算的最小單次制動功，可得最小模擬轉動慣量:

11、 3)[]李大勇，陳如亮，崔巖等.基于Pspice的光伏組件熱斑現(xiàn)象仿真［J］.哈爾濱工業(yè)大學學報，2006(11):1888-1890 校核固有的轉動慣量 經設計完成后對2000Nm制動器動態(tài)試驗臺固有的轉動慣量的重新計算得到，滿足標準規(guī)范要求. 4)[] Martin A.Green著，狄大衛(wèi)，曹昭陽，李秀文等譯，太陽。電池工作原理、技術和系統(tǒng)應用［M］。.上海:上海交通大學出版社，2010. 確定設備飛輪組的設計 2000Nm制動器動態(tài)試驗臺采用6個慣性盤，并按1:2:4:8:16:32的比例進行慣性轉矩的組合，這樣可以得到種(包括空轉)制動力矩的組合.慣性盤慣性的級

12、差為: 除開飛輪全加載與全不加載(空轉)兩種情況外，假設其中任意一種加載情況下的轉動慣量為∑J，都可以根據公式(該公式由1，2推導出)來確定該轉動慣量測試的扭矩范圍. 測試扭矩下限為:;測試扭矩下限為: 具體分配如下表: 表 2各飛輪組的轉動慣量和制動轉矩分配 5結語 目前已在使用的制動器動態(tài)扭矩測試設備中，因為基于不同的目的而有不同的測試方法.比如常州某制動器廠家在測試制動器的動態(tài)制動力矩時，采用大功率的電機經過減速機減速后，提供足夠大的轉矩，使制動器在制動的狀態(tài)下，制動盤或輪仍然轉動，然后通過傳感器測出制動器的動態(tài)制動力矩;又或者武漢某科研大學的制動器動態(tài)試驗臺是根

13、據制動時間為2s而設計的儲能裝置，讓制動器在2s的時間內制動，從而測出制動器的動態(tài)制動力矩.這些測試設備雖然也能考核制動器的制動性能，但沒有完全符合國家標準的規(guī)范要求，不能用統(tǒng)一標準考核制動器的動態(tài)制動力矩的性能. 我們研制的大扭矩范圍制動器動態(tài)試驗臺符合國家對制動器動態(tài)制動力矩的統(tǒng)一考核標準，能檢測的制動力矩范圍覆蓋廣泛.它既能測試各類鼓式制動器，也能測試各類盤式制動器，制動力矩覆蓋范圍達到(80～35000)N.m. 我們研制的大扭矩范圍制動器動態(tài)試驗臺已在上海特種設備技術研究院得到了實際應用，使用效果較好. 參考文獻: ——————————————— ［1］中華人民共和國機械行

14、業(yè)標準.JB/T7020-2006電力液壓盤式制動器［S］.2006. ［2］中華人民共和國機械行業(yè)標準.JB/T6406-2006電力液壓鼓式制動器［S］.2006. ［3］中華人民共和國機械行業(yè)標準.JB/T7865-2006電磁鼓式制動器［S］.2006. ［4］韋樹寶，徐長生.慣性負載制動器試驗臺設計及虛擬樣機仿真分析［J］.武漢理工大學學報:交通科學與工程版，2006(6):988-990. ［5］成大先.《機械設計手冊》第二卷［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2009. (上接第19頁)裝、維護.機械性能設計需要滿足電氣性能和環(huán)境性能的要求，電氣性能和環(huán)境性能需要靠機械性能來保證.船用光伏接線盒產品要綜合考慮了上述設計要點進行設計. 目前我國光伏接線盒生產廠家參差不齊，國內還沒有相應的標準規(guī)范.CNCA/CTS 0003-2010《地面用太陽電池組件主要部件技術條件第1部分:接線盒》于2010年5月正式發(fā)文，這是我國目前第一個在國家主管部門批準備案的光伏組件用接線盒的認證技術規(guī)范，為國內開展光伏組件用接線盒認證工作提供了標準和依據.隨著我國船用太陽能技術的發(fā)展和利用，船用光伏接線盒標準規(guī)范也需要盡快制定. 參考文獻: