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1、 大扭矩范圍制動器動態(tài)試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì) 摘要:本文介紹了一種大扭矩范圍制動器動態(tài)試驗(yàn)臺的試驗(yàn)原理，闡述了試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)依據(jù)，以及飛輪組轉(zhuǎn)動慣量的確定與分配方法，并用實(shí)例詳細(xì)說明設(shè)計(jì)過程. 關(guān)鍵詞:制動器;試驗(yàn)臺;慣性飛輪;轉(zhuǎn)動慣量 中圖分類號:TH133.31 文獻(xiàn)標(biāo)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(jīng)濟(jì)全球化愈演愈烈，商品的貿(mào)易愈發(fā)繁榮，各國的港口機(jī)械設(shè)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(yùn)用在港口起重設(shè)備中，其制動性能如何，直接影響到港口起重設(shè)備的安全和人的生命與財(cái)產(chǎn)安全.制動器最重要的性能是設(shè)備在運(yùn)行中，它的動制動力矩是否達(dá)到設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)，其中明確規(guī)定了制動器動

4、態(tài)制動力矩的試驗(yàn)方法，本文介紹的大扭矩范圍制動器動態(tài)試驗(yàn)臺就是基于上述國家制定的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，用于對各類制動器(包括鼓式和盤式)進(jìn)行動態(tài)制動力矩的測試. 1試驗(yàn)原理 試驗(yàn)原理:根據(jù)能量守恒原理，制動能量與機(jī)構(gòu)運(yùn)動能量相等.制動器動態(tài)試驗(yàn)臺通過調(diào)節(jié)飛輪組的不同組合和轉(zhuǎn)速，模擬起重機(jī)械機(jī)構(gòu)的運(yùn)動能量，當(dāng)制動器動作后，制動器的制動能量與制動器動態(tài)試驗(yàn)臺的運(yùn)動能量相等.因此，通過試驗(yàn)臺上的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從而測量出制動器的動態(tài)制動力矩 .根據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定檢測制動器動態(tài)制動力矩時(shí)，制動盤(輪)直徑小于或等于400mm時(shí)，測試設(shè)備測試初始轉(zhuǎn)速為1000r/min;制動盤(輪)直徑大于4

5、00mm時(shí)，測試設(shè)備測試初始轉(zhuǎn)速為750r/min(見表1).所以我們設(shè)計(jì)了兩套設(shè)備，一套用來檢測制動盤(輪)直徑小于或等于400mm的設(shè)備(2000Nm制動器試驗(yàn)臺);另一套用來檢測制動盤(輪)直徑大于400mm的設(shè)備(35000Nm制動器試驗(yàn)臺) .設(shè)備視圖如下：: 圖 12000Nm制動器動態(tài)試驗(yàn)臺 測試范圍為(80～2000)Nm的制動器，初制動轉(zhuǎn)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(jī)械設(shè)計(jì)工作 表 1測試動態(tài)制動力矩時(shí)制動初始轉(zhuǎn)速規(guī)定 圖 235000Nm制動器動態(tài)試驗(yàn)臺 測試

6、范圍為(1500～35000)Nm的制動器，初制動轉(zhuǎn)速為750r/min 2設(shè)計(jì)依據(jù) 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定: 1) 根據(jù)給定的制動器的規(guī)格選擇表1中對應(yīng)制動初始轉(zhuǎn)速并計(jì)算許用單次制動功，計(jì)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(zhuǎn)速，單位r/min;為額定制動力矩，單位N.m. 2) 計(jì)算確定出被試制動器對應(yīng)模擬轉(zhuǎn)動慣量，計(jì)算公式如下: (2) 式中: ∑J為制動軸上模擬總轉(zhuǎn)動慣量，單位kg.;為制動初轉(zhuǎn)速，單位r/min;W為許用單次制動功，單位J. 3) 根據(jù)計(jì)算的模擬總轉(zhuǎn)動慣量為試驗(yàn)臺配備轉(zhuǎn)動慣量，實(shí)際配置

7、轉(zhuǎn)動慣量時(shí)可在計(jì)算所需的轉(zhuǎn)動慣量的20%范圍內(nèi)浮動. 4) 將制動器調(diào)整至額定彈簧工作力和額定制動瓦退距狀態(tài)，根據(jù)以上確定的模擬總轉(zhuǎn)動慣量和制動軸的制動初始轉(zhuǎn)速進(jìn)行三次制動試驗(yàn)，每次試驗(yàn)取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果，也可按式3驗(yàn)算每次試驗(yàn)的實(shí)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(shí)間，單位s. 3轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速確定的情況下，單次制動功也就只能靠飛輪的轉(zhuǎn)動慣量來確定.要測試不同型號的制動器，就需要設(shè)計(jì)成轉(zhuǎn)動慣量可以按照要求來進(jìn)行組合的機(jī)械結(jié)構(gòu)，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(yīng)用［M］.北京:國防科技大學(xué)出版社，2008. 1) 確定測試設(shè)備的最大轉(zhuǎn)動慣量∑Jmax:根據(jù)要求得知設(shè)備測試的制動器最大制動力矩，根據(jù)該力矩計(jì)算最大單次制動功，再根據(jù)最大單次制動功計(jì)算出相應(yīng)的模擬總轉(zhuǎn)動慣量.該轉(zhuǎn)動慣量就是設(shè)備的最大轉(zhuǎn)動慣量. 2)[]肖慧杰，王凱，劉頎穎.淺析太陽能發(fā)電技術(shù)［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2010(3):93-94. 確定測試設(shè)備的最小轉(zhuǎn)動慣量根據(jù)要求得知設(shè)備測試的制動器最小制動力矩，根據(jù)該力矩計(jì)算最小單次制動功，再根據(jù)最小單次制動功計(jì)算出相應(yīng)的模擬轉(zhuǎn)動慣量.該轉(zhuǎn)動慣量就是設(shè)備的最小轉(zhuǎn)動慣量.

9、 3) 確定測試設(shè)備固有的轉(zhuǎn)動慣量 在設(shè)計(jì)完成后需要對設(shè)備進(jìn)行固有轉(zhuǎn)動慣量進(jìn)行計(jì)算，如果，只要對固有的轉(zhuǎn)動慣量進(jìn)行修正即可;如果，并且，該設(shè)計(jì)也滿足要求;否則就要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，或者確認(rèn)方案不合理. 4)確定設(shè)備飛輪組的設(shè)計(jì)運(yùn)用組合的方法我們可以設(shè)計(jì)成不同轉(zhuǎn)動慣量的飛輪，然后將它們進(jìn)行組合就可以得到我們計(jì)算的模擬轉(zhuǎn)動慣量最為接近的轉(zhuǎn)動慣量.根據(jù)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(zhuǎn)動慣量，這樣就可以得到種組合.也可以得到轉(zhuǎn)動慣量級差為 然后驗(yàn)算<20%即可. 4設(shè)計(jì)實(shí)例 下面以2000Nm制動器動態(tài)試驗(yàn)臺的飛輪轉(zhuǎn)動

10、慣量分配為例進(jìn)行說明.該設(shè)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(zhuǎn)速為n1=1000 r/min. 1) 確定最大轉(zhuǎn)動慣量∑Jmax: 該制動器動態(tài)試驗(yàn)臺測試的最大制動力矩為，根據(jù)式1可得最大單制動功: 根據(jù)式2，由上面計(jì)算的最大單次制動功，可得最大模擬轉(zhuǎn)動慣量: 2)[]宋澤新，李新偉，趙成軍.增安型高壓電機(jī)接線盒的設(shè)計(jì)［J］.電氣防爆，2004(2):22-23. 確定最小轉(zhuǎn)動慣量∑Jmin: 該制動器動態(tài)試驗(yàn)臺測試的最小制動力矩為，根據(jù)式1可得最小單次制動功: 根據(jù)式2，由上面計(jì)算的最小單次制動功，可得最小模擬轉(zhuǎn)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(xué)學(xué)報(bào)，2006(11):1888-1890 校核固有的轉(zhuǎn)動慣量 經(jīng)設(shè)計(jì)完成后對2000Nm制動器動態(tài)試驗(yàn)臺固有的轉(zhuǎn)動慣量的重新計(jì)算得到，滿足標(biāo)準(zhǔn)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(shù)和系統(tǒng)應(yīng)用［M］。.上海:上海交通大學(xué)出版社，2010. 確定設(shè)備飛輪組的設(shè)計(jì) 2000Nm制動器動態(tài)試驗(yàn)臺采用6個(gè)慣性盤，并按1:2:4:8:16:32的比例進(jìn)行慣性轉(zhuǎn)矩的組合，這樣可以得到種(包括空轉(zhuǎn))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(zhuǎn))兩種情況外，假設(shè)其中任意一種加載情況下的轉(zhuǎn)動慣量為∑J，都可以根據(jù)公式(該公式由1，2推導(dǎo)出)來確定該轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動慣量和制動轉(zhuǎn)矩分配 5結(jié)語 目前已在使用的制動器動態(tài)扭矩測試設(shè)備中，因?yàn)榛诓煌哪康亩胁煌臏y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(shí)，采用大功率的電機(jī)經(jīng)過減速機(jī)減速后，提供足夠大的轉(zhuǎn)矩，使制動器在制動的狀態(tài)下，制動盤或輪仍然轉(zhuǎn)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(xué)的制動器動態(tài)試驗(yàn)臺是根

13、據(jù)制動時(shí)間為2s而設(shè)計(jì)的儲能裝置，讓制動器在2s的時(shí)間內(nèi)制動，從而測出制動器的動態(tài)制動力矩.這些測試設(shè)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(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范要求，不能用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)臺符合國家對制動器動態(tài)制動力矩的統(tǒng)一考核標(biāo)準(zhǔn)，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(dá)到(80～35000)N.m. 我們研制的大扭矩范圍制動器動態(tài)試驗(yàn)臺已在上海特種設(shè)備技術(shù)研究院得到了實(shí)際應(yīng)用，使用效果較好. 參考文獻(xiàn): ——————————————— ［1］中華人民共和國機(jī)械行

14、業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JB/T7020-2006電力液壓盤式制動器［S］.2006. ［2］中華人民共和國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JB/T6406-2006電力液壓鼓式制動器［S］.2006. ［3］中華人民共和國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JB/T7865-2006電磁鼓式制動器［S］.2006. ［4］韋樹寶，徐長生.慣性負(fù)載制動器試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)及虛擬樣機(jī)仿真分析［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào):交通科學(xué)與工程版，2006(6):988-990. ［5］成大先.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第二卷［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009. (上接第19頁)裝、維護(hù).機(jī)械性能設(shè)計(jì)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(jī)械性能來保證.船用光伏接線盒產(chǎn)品要綜合考慮了上述設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì). 目前我國光伏接線盒生產(chǎn)廠家參差不齊，國內(nèi)還沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范.CNCA/CTS 0003-2010《地面用太陽電池組件主要部件技術(shù)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(gè)在國家主管部門批準(zhǔn)備案的光伏組件用接線盒的認(rèn)證技術(shù)規(guī)范，為國內(nèi)開展光伏組件用接線盒認(rèn)證工作提供了標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù).隨著我國船用太陽能技術(shù)的發(fā)展和利用，船用光伏接線盒標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也需要盡快制定. 參考文獻(xiàn):