基于ADAMS的电力液压盘式制动器仿真研究.pdf

第 6期 总第 1 9 3 期 2 0 1 5年 l 2月 机 械 工 程 与自 动 化 MECHANI CAL ENGI NE ERI NG ＆ AUTOMATI ON N o． 6 De c ． 文 章 编 号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 5 0 6 0 0 8 0 ～ 0 2 基于 ADAMS的电力液压盘式制动器仿真研 究 姜朝俊 ，田树 涛。 ，孔祥虎 1 ． 山东省天安矿业有限公 司， 山东 济 宁 2 7 2 0 0 0 ；2 ． 山东科大机 电科技股份有 限公 司，山东 济宁 2 7 2 0 0 0 摘要 以电力液压 盘式制动器为研 究对象 ，利用 A D AMS软件 进行建模 仿真 ，优化 分析获 得制 动器 所 需要 的制动力矩和间隙。仿 真数据 与试验数据对 比表 明A DA MS软件的分析结果和试 验数据基本 吻合，为制 动 器 的设计和 计算提供 了可靠的方 法和依据 ，节省 了研发费用并缩短 了开发周期。 关键词 AD AMS ；电力液压盘式制动器 ；动力学分析 ；仿真 中图分类号 T P 3 9 1 ． 7 文献标识码 A 0 引言 电力液压盘式制动器是煤矿、 冶金 、 港 口码头等行 业常用的一种常闭结构制动装置， 其主要 由电力液压 推动器、 制动弹簧、 制动 闸瓦、 一套或者多套连杆机构 等组成。杠杆 比是电力液压盘式制动器非常重要 的结 构参数 ， 它是施加在制动盘上 的正压力与 电力液压制 动器 推力 的 比值 ， 一般 都是 手动计 算 系统杠 杆 比 ， 然后 做样机进行试验 ， 该方 法计算复杂， 制样周期长 ， 开发 费用 高。本 文 提 出 了一 种 应 用 动 力 学 分 析 软 件 A DAMS对制动器杠杆 比进行分 析的方法 ， 并对制动 器杠杆比进行优化 ， 比较理论分析和试验 的数据用 以 检验 理论分 析 的正确 性 。 1 电力液压 盘 式制动 器分 析模 型 1 ． 1 制动 器参 数 K DUB S 0 0 - 2 0 6 0电力液 压盘式 制动 器参数 见表 l ， 制动器外形及结构简图如 图 1所示 ， 并以铰点 1与 铰点 2的连线为 X轴 ， 铰点 1与铰点 2的中点为 y轴 建 立 坐标系 。 表 1 K D UB 5 D 0 2 0 6 0电力液压盘式制动器参数 额定制动力矩 制动盘径 制 动理论盘径 摩擦 摩擦副数 闸瓦正压力 N m mm mr r l 因数 量 个 N 2 06 0 5 0 0 4 0 0 0 ． 4 2 1 2 8 7 5 1 ． 2构 建虚拟 样机模 型 在建模分析过程 当中， 不需要将所有的动作 以及 零部件都考虑进去 ， 而应根据具体 的仿真 目的和需要 合理地忽略删减不必要 的部分 ， 以达到仿真 目的的同 时尽 可能地 简化 模 型 。本模 型 的基 本 假设 如 下 ①忽 略所有铰接点的摩擦力 ； ②忽略所有零部件的重力作 用 系统重量轻 ， 对系统分析基本没有影响 ； ③各零部 件为刚体 ， 即不会产生任何变形 。本 文采用 AD AMS 本 身 自带 的构建模 型 功 能 构建 制 动 器模 型 ， 对 模 型 的 各零部件进行物理信息的定义， 包括构件名称的修改、 材 料属性的修改等。整个模型中共有 7 个刚体、 一个弹簧、 9 个旋转副、 2 个平行副和 1 个施加力 弹簧工作载荷 。 电 力 液 压 推 动 器 A 制动器外形 b 制 动器结构简 图 图 1 制动器外形及结构简图 1 ． 3分析 工况 制动器分为开闸和闭闸工况 ， 开闸是由推动器 、 制 动弹簧和平面铰点组组成杠杆 系， 简单分析推动器和 制 动 弹簧 的杠 杆 比 ， 即可 求 得 推动 器 克 服 的最 大 弹 簧 力 。闭闸工况 是 系统 在制 动 弹簧 力 的作 用下 ， 将 弹 簧 力 增 比后传 递到 制动 闸 瓦上 ， 通 过 和制 动 盘 的 配合 产 生制动力 ， 进而对系统进行制动 ， 根据弹簧最小工作载 荷和最大工作载荷以及工作行程 即可设计制动弹簧 ， 这也是制动器的核心技术 。与闭闸工况相 比， 开闸工 况较简单 ， 所以本文主要分析闭闸工况 。 1 ． 4计 算制动 力矩 根 据 AD AMS软件 特性 ， 分 析 出制 动 器 闸瓦 的正 压力 ， 再 根 据公式 M NF R ff 其 中 ， M 为制 动力 矩 ， N 为摩擦副数量， F为正压力 ， R为制动理论半径 ， 为 摩擦因数 计算得 出制动力矩。 2 制 动器杠 杆 比优化 和仿 真 在 制动 器分 析 中 ， 最 重 要 的 就是 分 析 制 动 器 系统 的杠杆 比， 杠杆 比越大， 产生的正压力也 越大， 相应地 收稿 日期 2 0 1 5 0 9 1 4 ；修订 日期 2 0 1 5 1 1 0 2 作者简介 姜朝俊 I 9 6 8 一 ，男 ，山东阳谷人 ，工程师 ，本科 ，现从事煤矿机电设计工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 6期 姜朝俊 ， 等 基 于 ADA MS的 电力液压盘式 制动器仿真研究 8 1 制动力矩也越大 ， 但开闸间隙会变小 ， 所 以要在开闸间 隙和制动力矩 之间 寻求 最优组 合。开闸间隙一般为 1 mm～2 mm， 优化制动 器杠杆 比， 实现最 大制动力 矩 。 2 ． 1 制 动 器制动 力矩 分 析 在弹簧处施加弹簧最小工作载荷 8 5 0 N， 在闸瓦 处设置正压力测 力弹簧 ， 仿 真设 置如下 结束 时间为 4 S ， 步骤为 2 0 0 。将数值代人 M NF R p计算得 M 一 2 0 6 0 N m 。 2 ． 2优 化设 计 变量 由于制 动器 铰 点 较 多 ， 一 般 我 们 会 通 过 AD AMS 软件 的优化设计变量功能将每个铰点 x、 y 坐标参考 图 1 方 向 的数值 参数 化 ， 找 出对 系 统正 压 力 敏 感 的几 个铰点坐标 ， 单独计算每个设计变量对正压力的敏感 度。计算得到的制动器铰点设计变量对正压力的敏感 度 如表 2所 示 。 由表 2可 以 看 出 设 计 变 量 D V一 6 、 D V一 1 1 、 DV一 1 6的敏感度最高， 也就是说铰点 3 一 y、 铰点 6 一 x、 铰点 8 - y的位置变化对制动器系统 的正压力影响最大。 2 ． 3优化 设计 杠 杆 比 由表 2分析得 知 铰点 3 一 y方 向坐标 、 铰点 6 一 X 方 向坐标 、 铰 点 8 一 y方 向 坐标 对 制 动 力 矩 影 响最 大 ， 设 它 们 的数值 分 别 用 a 、 C 、 b表 示 。在 ADAMS中 ， 将 铰点 坐标 的数 值 浮动 范 围控 制在 1 O ， 分 析 每 个 铰 一 4 E l 4 ； ＼2 2 1 臀 1 瑶 制 动 力 矩 ／ - 、 ＼ ＼ ／ 1 ＼／ ， ／ 入 C ／开 闸 同 隙 、 、 ． a ／ m m ， 、 4 0 目 3 s 逞 z 0 遴 ＼ s星 巽 稃 1 图 2 a与制 动力矩和开 闸间隙 的关 系 图 3 3 制动 器仿 真 结果 与样 机试 验 结果 对 比 点坐标 的数值与制动力矩和开闸间隙之间的关系 。分 析结果如图 2 、 图 3和图 4所示。 表 2 设 计 变 量 对 正 压 力 的敏 感度 设计变量 设计点位置 初始值 ram 敏感度 N／ mm DV 一1 铰 点 l _ X 一8 5 2 3 DV 一2 铰点 l _ y O 3 5 DV一3 铰点 2 一 X 8 5 2 3 DV一4 铰点 2 一 y O 3 5 DV一5 铰点 3 一 X 1 2 5 l 1 4 DV 一6 铰点 3 y 6 1 O 2 5 5 DV 一7 铰 点 4 一 X 1 2 5 5 2 DV一8 铰 点 4 一 y 6 5 O 4 5 DV 一9 铰点 5 一 x 一1 2 5 5 2 D V _j0 铰点 5 一 y 6 5 0 4 5 DV 一 1 1 铰点 6 一 X 1 2 O 1 5 8 DV一1 2 铰点 6 一 y 7 1 8 8 2 DV 1 3 铰点 7 一 x 一1 5 5 7 5 DV 一1 4 铰点 7 一 y 7 2 5 2 5 DV _ 1 5 铰点 8 一 X 1 0 0 6 3 DV 1 6 铰点 8 一 y 2 1 5 1 2 O DV 一1 7 铰点 9 一 X 1 O O 6 3 DV一1 8 铰点 9 _ y 2 1 5 1 1 5 在满足开闸间隙 1 mm～2 mlT l 的条件下 ， 通过模 拟优化 ， 得 到最大正压力 时 、 6 、 的数 值 ， 如表 3所示 。 0 ．5邀 ．0足 ． s 嫠 4 00 0 3 5 0 0 ‘ 3 0 0 0 弓 2 5 0 0 囊 ； o0 1 0 0 0 嚣 5 0 0 0 ．制 动力矩 ＼／ ＼ ＼ 一 ＼ ＼ ＼ b ／ n c ／ m m b与制动力矩和开 闸间隙的关 系 图 4 c与制动 力矩的关系 C 与开 闸间隙无关 根 据仿 真模 型设 计 生 产 了一 台物 理 样 机 ， 型 号 为 KD UB S 0 0 2 0 6 0 ， 开闸间隙为 1 ． 5 i i l m。物理样机试验 结果与仿真分析结果对 比如表 4所示 。 表 3 优化数值 表 开 闸间隙 mm 优化最大制动力矩 N m a mm b mm f ram 1 ． 0 2 6 6 0 6 4 1 1 9 7 1 O 8 1 ． 2 2 3 5 0 6 1 9 2 0 9 1 1 2 1 ． 5 2 O 6 0 6 O 3 2 1 5 1 1 5 1 ． 7 1 8 2 O 5 7 9 2 2 1 1 2 O 2 ． 0 l 5 5 O 5 5 6 2 3 2 1 2 7 1 由表 4可知 ， 两者偏差较小 ， 在 1 O 之 内， 存在偏 差的原因主要是 未考虑弹簧 的富余系数 ， 摩擦 因数浮 动空 间在 0 ． 3 5 40 ． 4 5之 间 ， 且 在试 验 当 中需 考 虑 系统 的摩擦阻力 ， 总体来说 ， 仿真结果与试验结果基本一致 。 4结束 语 计 电力液压盘式制动器 ， 与试验结果 比较接近， 能够满 足工 程精 度 和使用 要求 。 表 4 物理样机试验 结果与仿真分析结果对 比 参 数 l 正 压力 N I 制 动力矩 N m 样机试验 l 1 3 5 4 0 l 2 1 6 6 仿真 分析 l 1 2 8 7 5 f 2 0 6 0 参考文献 [ 1 ] 高广娣 ． 典 型机械 机构 AD AMS仿 真应 用 [ M] ． 北 京 电 子工业 出版社 ， 2 0 1 3 ． [ 2 ] 范建成 ， 熊光 明． 虚拟样 机软 件 MS C ． AD AMS应 用与 提 高[ M] ． 北京 机械工 业出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 3 ] 孙 恒 ， 陈作 模． 机 械 原 理 [ M 1 ． 北 京 高等 教 育 出版 社 ， 20 06 ． [ 4 ] 梅 经 武． 起 重机 用 盘式 制动 器 [ J ] ． 起 重运 输 机 械 ， 1 9 9 2 1 1 2 5 2 6 ． E s ] 王新伟 ， 郭冬梅． 盘式制动器在带式输送机上的应用E J 3 ． 起重运输 机械 ， 2 0 0 5 1 1 6 2 6 3 ． 综上所述， A DAMS软件能够很好地仿真优化设 S i m u l a t i o n 0 f El e c t r 0 一 h y d r a u l i c Di s c Br a k e Ba s e d 0 n ADAM S J I ANG Ch a 0 - j a n ，T I AN S h u - t a o ，KONG Xi a n g - h u 1 ． Sh a nd o n g Ti a n’ a n Mi n i n g Co ．， Lt d ．，J i n i n g 2 7 2 0 0 0， Chi n a ；2 ． S ha n d o ng Ke d a M E Te c h n o l o gy Co ．，Lt d ．，J i n i n g 2 7 2 0 0 0， Ch i n a Ab s t r a c t Ta k i n g a n e l e c t r o h y d r a u l i c d i s c b r a k e a s r e s e a r c h o b j e c t ，t h i s p a p e r c a r r i e d o u t t h e s i mu l a t i o n a n a l y s i s o n e l e c t r o h y d r a u l i c d i s c b r a k e ，g e t t i n g b r a k i n g mo me n t a n d c l e a r a n c e ．Ex p e r i me n t a l d a t a s h o w t h e a n a l y t i c a l r e s u l t s o f ADAM S a g r e e wi t h t h a t o f e x p e r i me n t a l d a t a ．I t p r o v i d e s a r e l i a b l e m e t h o d a n d b a s i s f o r t h e d e s i g n o f b r a k e s ． Ke y wo r d s ADAM S；e l e c t r o h y d r a u l i c d i s c b r a k e s ；d y n a mi c a n a l y s i s ；s i mu l a t i o n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m