大扭矩范圍制動器動態(tài)試驗臺的設(shè)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(shè)計依據(jù)，以及飛輪組轉(zhuǎn)動慣量的確定與分配方法，并用實例詳細(xì)說明設(shè)計過程.關(guān)鍵詞:制動器;試驗臺;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)05-0034-04Design of the Brake Dynamic Torque Test-bed ZHANG Hai-bo，LIU Yi，XIAO Chuan-fang，LI Ji(No.704 Research Institute，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;flywheel;rotary inertia of flywheel350 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產(chǎn)安全.制動器最重要的性能是設(shè)備在運行中，它的動制動力矩是否達(dá)到設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，其中明確規(guī)定了制動器動態(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(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的，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試驗原理試驗原理:根據(jù)能量守恒原理，制動能量與機(jī)構(gòu)運動能量相等.制動器動態(tài)試驗臺通過調(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)試驗臺的運動能量相等.因此，通過試驗臺上的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器和計算機(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，制動盤(輪)直徑小于或等于400mm時，測試設(shè)備測試初始轉(zhuǎn)速為1000r/min;制動盤(輪)直徑大于400mm時，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制動器試驗臺).設(shè)備視圖如下：:圖 12000Nm制動器動態(tài)試驗臺測試范圍為(802000)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)計工作表 1測試動態(tài)制動力矩時制動初始轉(zhuǎn)速規(guī)定圖 235000Nm制動器動態(tài)試驗臺測試范圍為(150035000)Nm的制動器，初制動轉(zhuǎn)速為750r/min2設(shè)計依據(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(zhuǎn)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(yīng)模擬轉(zhuǎn)動慣量，計算公式如下: (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)計算的模擬總轉(zhuǎn)動慣量為試驗臺配備轉(zhuǎn)動慣量，實際配置轉(zhuǎn)動慣量時可在計算所需的轉(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，每次試驗取平均值作為試驗結(jié)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(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)該力矩計算最大單次制動功，再根據(jù)最大單次制動功計算出相應(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)該力矩計算最小單次制動功，再根據(jù)最小單次制動功計算出相應(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. 3) 確定測試設(shè)備固有的轉(zhuǎn)動慣量在設(shè)計完成后需要對設(shè)備進(jìn)行固有轉(zhuǎn)動慣量進(jìn)行計算，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)計也滿足要求;否則就要進(jìn)行重新設(shè)計，或者確認(rèn)方案不合理. 4)確定設(shè)備飛輪組的設(shè)計運用組合的方法我們可以設(shè)計成不同轉(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算<20%即可.4設(shè)計實例 下面以2000Nm制動器動態(tài)試驗臺的飛輪轉(zhuǎn)動慣量分配為例進(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，由上面計算的最小單次制動功，可得最小模擬轉(zhuǎn)動慣量: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，2006(11):1888-1890校核固有的轉(zhuǎn)動慣量經(jīng)設(shè)計完成后對2000Nm制動器動態(tài)試驗臺固有的轉(zhuǎn)動慣量的重新計算得到，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(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(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)試驗臺是根據(jù)制動時間為2s而設(shè)計的儲能裝置，讓制動器在2s的時間內(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(8035000)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(shè)備技術(shù)研究院得到了實際應(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)載制動器試驗臺設(shè)計及虛擬樣機(jī)仿真分析J.武漢理工大學(xué)學(xué)報:交通科學(xué)與工程版，2006(6):988-990.5成大先.機(jī)械設(shè)計手冊第二卷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)計要點進(jìn)行設(shè)計.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):