基于液压杠杆法的制动器静态制动力矩试验台设计.pdf

设i t 与制造 2 0 1 4 年 第1 期 第2 7 卷， 总 第1 2 9 期 机械 研究 与应用 基于液压杠杆法的制动器静态制动力矩试验台设计 王松 雷， 顾 旭 波 江苏省特种设 备安 全监督检验研究 院 无锡 分院，江 苏 无锡2 1 4 1 7 4 摘 要 通过对J B ／ 1 5 4 0 6 2 0 0 6 电力液压鼓式制动器 和 J B ／ T 1 0 9 1 7 2 o 0 s 钳盘式制动器 等有关标准的研究， 总结 了工业制动 器静 态制动力矩测试的基本要 求。分析静 态制动 力矩的砝 码法 、 液压杠杆 法和 电流 法及 其特点 和区别 结合 I B T I 1 0 5 0 0工业制动器综合性能试验 台的静 态制动 力矩试验 台架的设计 实例 ， 从 测试原理 、 液 压 系统 、 机械 结 构 、 安全防护等方面进行 了具体设 计． 、 关键词 液压杠杆法 ； 工业制动 器； 静 态制动 力矩试验 台； 设计研 究 中图分 类号 T H一 3 9 文献标 志码 A 文章编号 1 0 0 7 - 4 4 1 4 2 0 1 4 0 l - 0 1 2 2 0 3 De s i g n i n S t a t i c Br a k i ng Tor qu e Te s t Be d o f I nd us t r i a l Br a ke Ba s e d o n Hy d r a ul i c- Le v e r M e t ho d W ANG S o ng l e i ．GU Xu bo W u x i B r a n c h ’ J i a n g s u P r o v i m e S p e c i a l E q u ip m e n t S a f e t y S u p e r v i s i o n I n s p e c t i o n I n s t i t u t e ，W u x i J i a n g s u 2 1 4 1 7 4 ，C h i n a Ab s t r a c t B y r e s e a r c h i n g o n J B ／ T 6 4 0 6 2 0 0 6 e l e c t r o h y d r a u l i c d r u m b r a k e s a n d J B ／ T1 0 9 1 7 2 0 0 8 c a l i p e r b r a k e s a n d o t h e r l -e [ e v a n t s t a n d a r d s ，t h e s t a t i c b r a k i n g t o r q u e t e s t i n g b a s i c r e q u i r e me n t s o f i n d u s t r i a l b r a k e s a r e s u mma r i z e d ． T h e d i f f e r e n t c h a r a c t e r i s t i c s o f s t a t i c b r a k i n g t o r q u e t e s t me t h o d f r o m t h e we i g h t me t h o d，h y d r a u l i c l e v e r s me t h o d a n d c mT e n t me t h o d a r e a n a l y s e d ．C o mb i n i n g wi t h t h e d e v e l o p me n t o f I B T I 1 0 5 0 0 i n d u s t r i a l b r a k e s c o mp r e h e n s i v e p e r f o r ma n c e t e s t b e d，s t a t i c b r a k i n g t o r q u e t e s t b e d a r e d e s i g n e d，a n d t h e t e s t p r i n c i p l e ，h y d r a u l i c s y s t e ms ， me c h a n i c a l s t r u c t u r e ，me c h a n i c a l s t r u c t u r e ，s e c u r i t y a n d o t h e r a s p e c t s a r e s p e c i fi c l y d e s i g n e d ． Ke y wo r d s h y d r a u l i 一 l e v e r me t h o d ；i n d u s t r i a l b r a k e；s t a t i c b r a k i n g t o r q u e t e s t b e d；d e s i g n r e s e a r c h 1 引 言 制动器指工业装 备当中以动力驱动为特征 的各种制动装置 ， 不包括汽车和农用车辆、 工程车辆 、 列车以及航天器等常用运输工具的制动装置。工业 制动器是起重运输 、 港 口装卸 、 冶金 、 矿山、 建筑工程 、 水利工程 、 风 电及核电机组 、 船舶及海上重工 、 石油钻 采 、 炼化 、 轻工等机械中不可缺少的制动装置， 其性能 好坏直接影响到设备运行 的可靠性和安全性。我 国 国家质检总局特种设备安全监察局于 2 0 0 3年开始对 工业制 动 器 实 施 型 式试 验 许 可 证 的许 可 生 产 制 度 J 。随着制动器技术的不断进步 ， 制动器的制动 力矩越米越大 ， 传统的测试方法和测试设备 已经不能 满足试验的需求。 2 静态制动力矩试验基本原理 静态试验是对制动器结构功能和静态制动性能 考核的试验 ， 可在专用 的制动器静 态试 验 台架上进 行 ． 主要特征是试验过程 中， 不需要用动力转动制 动轮。静态试验台架可测试制动器的额定力矩值。 静态制动力矩试验有砝码法 、 液压法和电流法三种 ， 前两种方法可在砝码杠杆台架上进行 ， 第三种方法须 在试验系统 进行。 2 ． 1 静态制动力矩检测砝码法 如图 1所示 ， 根据被试制动器制动力矩额定值 ， 准备好砝码 ， 砝码应分 3种 以上等级 ， 其 中最小一级 的砝码质量不得超过所需砝码总质量 2 ％ ； 装好砝码 杠杆 ， 并 由大到小将砝码施加 于砝码钩上 ， 最后施加 最小一级砝码， 安装砝码直至制动轮产生转动， 且转 动一角度后停止 转角应不大于 2 0 。 ， 按下式计算静 态制动力矩 Mj 9 ． 8 [ GG I LG 2 。 ] 1 式 中 为静态制动力矩 ， N m； G为砝码质量 ， k g ； G 。 为砝码钩质量 ， k g ； G 为杠杆质量 ， k g ； L为砝码 重 心至制动轮重心的距离 ， m； a为杠杆重心至制动轮 中 心的距离 ， m。 图 1 砝码杠杆 法原 收稿 日期 2 0l 3 一 1 8 一 I 4 作者简介 土松 H 1 1 9 8 l 一 ， ， 河南 人， 工程帅， 研究疗向 特种设备榆测、 特种设备仪器开发、 机械设 一 j 理论 l 2 2 杌械 研究与应 用 2 0 1 4 年 第1 期 第2 7 卷， 总 第1 2 9 期 设计与制造 砝码法试验方法如下 1 根据被试制动器制动力矩值， 计算所需砝码 总质量 G； 2 将被试制动器调整至额定制动弹簧力 常 开式无此要求 和额定制动退距状态， 使被试制动器 对制动偶件实施制动； 3 由计算砝码总质量 G， 准备三级不同等级的 砝码， 逐级逐个增加， 逐步观查制动偶件动作情况。 第一级达到 9 0 ％G左右 可 圆整 、 第二级达到 5 ％G 左右 可圆整 ， 再加第三级 每次增加的单个砝码质 量不应大于 2 ％G ， 直至制动偶件动作时停止； 4 取下最后施加的 1 个砝码 ， 余下的砝码为实 测时试验砝码总质量 ； 5 根据实测时试验砝码总质量 ， 计算被试制动 器静态制动力矩实测值。 试验应在相同条件下进行 3次 ， 取平均值作为试 验结果。 2 ． 2 静态制动力矩检测液压杠杆法 钳盘式制动器一般制动力比较大 ， 试验所需的砝 码质量较多 ， 给试验带来麻烦 ， 除砝码加载的精度外 ， 砝码搬运和放置也使砝码法显得现实 。在后期 的制 动器标准中引入了静态制动力矩液压法 的概念 。 1 当被试制动器制动力 不大于 2 0 0 0 N时试 验宜采用砝码法 ， 大于 2 0 0 0 N时宜采用液压法。 2 根据被试制动器制动力值 ， 计算所需液压缸 出力 P。 3 将被试制 动器调整至额定制动弹簧力 常 开式无此要求 和额定制动退距状态 ， 使被试制动器 对制动偶件实施制动。 4 分散剂调节液压缸 出力 ， 逐级逐次增加 ， 逐 步观查 制动偶件动作情况 。第一级达到 9 0 ％P 可 圆 整 左右， 第二级达到 9 5 ％P 可圆整 左右， 再加第 三级 每次增加 的力不应大于 2 ％P ， 直至制动偶件 产生动作时停止。 5 制动偶件产生动作前一次液压缸出力 ， 即为 被试制动器静态制动力实测值。 6 由力臂长度计算出制动力矩大小。 试验应在相 同条件下进行 3次 ， 取平均值作为试 验结果 。 2 ． 3 静态制动力矩检测的电流法 试验台处于静止状态， 按规定条件将制动器闭合 抱闸 ； 仅给试验台驱动电机通电并逐渐增加驱动 电机电流直至电机产生转动时停止 电流增加 ， 试验 电 流通过电流传感器转换成信号并由计算机自动进行 采集， 通过运算在计算机上生成试验曲线和试验报 告。 2 ． 4 三种检测方法的比较 砝码法要求砝码质量较重 、 数量较多 ， 且砝码 的 质量差和砝码组合要巧妙设计 ， 还存在试验精度低 、 砝码加载费时费力 、 力矩较大时砝码放 置困难等 弊 端， 而砝码法试验台架结构简单， 不需控制系统， 造价 便宜。 液压杠杆法 自动加载 、 自动控制 、 自动 回位 、 适用 制动力范围广、 试验效率高、 试验精度高， 已逐步取代 砝码法 ， 而液压杠杆法需要液压系统和控制系统 ， 成 本较高 。 砝码法和液压法的试验台架基本相 同， 只在加载 方法上有所区别 ， 两者既能测定制动器静态额定制动 力矩值 ， 又能模拟起重机制动器支持制动工况 ， 方法 简单易行、 精度较高， 是比较理想的支持制动模拟方 法 ， 但都需要专门的试验台架 ， 无法直接安装在动态 制动试验系统中。 电流法在动态制动试验系统 中通过设置电流传 感器进行系统启动电流的测定 ， 进而转化成 电动机的 电磁转矩与制动力矩平衡 ， 此种测试方法中电动机实 际处于堵转状态 ， 必须特别注意控制电枢电流值的大 小和变化作用时间 ， 同时也要尽可能控制测试的次数 和时问， 否则 电机发热将影响电动机的工作寿命和正 常使用， 另外， 电流法不能够模拟起重机制动器支持 制动工况 。 。⋯。 3 静态制动力矩试验的液压杠杆法原理u l j 试验台处 于静止状态 ， 按规定条件将制动器闭合 抱 闸 ； 将液压测力装置与试验台连接 ， 给测力液压 缸逐渐增压直至试验台转动时停止增压 ， 试验压力 由 压力传感器转换成信号并由计算机 自动进行采集 ， 通 过运算在计算机上生成试验曲线和试验报告 ； 计算机 用下列公式计算静态制动力矩 Mb A p L一9 ． 8 G 2 口 2 式 中 为静态制动力矩 ， N 1 1 1 ； P为油缸压力 ， N ／ i n n 1 ； 为油缸活塞 面积， m i l l ； c 2 为杠杆质量 ， k g ； L 为油缸 中心至制动中心 的距离 ， 1 “／ 1 ； a为杠杆重心至制 动中心的距离， r lq 。 4 静态制动力矩试验的液压杠杆法结构设计 静态力矩试验机构主要是由杠杆 4、 杠杆支点 7 、 组合油缸 8 、 称重机构 9 、 滑动座 1 0 、 接近开关 1 1等零 部件组成， 如图2 所示。 惯性飞轮 1 的一侧机架上设置有液压装置 9 ， 液 压装置 9 采用组合液压缸， 通过双液压缸并联， 测量 范围广、 测量更精确； 液压装置 9 通过滑动座 1 0 安装 于机架上 ， 液压装置 9的活塞杆 8端部通过螺栓 6紧 固液压推杆 4一端， 液压推杆 4的另一端固定有齿形 块 3 ， 惯性飞轮 1 上通过紧固件固定有齿形结构 2 ， 齿 ．1 23 ． 设计与制造 2 0 1 4 年 第1 期 第2 7 卷， 总 第1 2 9 期 机械 研究 与应用 表 2 转速调理模块测试结果统计 从表 2中的输入输 出信号 比较来看 ， 无论输 入 信号的频率 、 幅值有多大 ， 输出信号的频率都与输入 信号频率一致 ， 输 出幅值基本稳定在 4 ． 2 V左右。 满足将转速信号调理为同周期 ， 且幅值满足一般转 速测量模块输入要求 的目的。制作完成的航空发动 机转速信号调理模块样机各项参数符合预期结果。 6 结 语 转速调理是获得准确转速信号的关键 ， 也是发 动机振动实时监视的基础 。转速传感器输出信号频 率 、 幅值都不尽相同， 多数波形不正规或奇异。此文 设计的航窄发动机转速调理电路 ， 能够对转速传感 器输 出的复杂信号进行预处理 ， 得到幅值固定 ， 频率 与原信号一致的方波信号 ， 为进一步发动机转速 的 准确测量测量奠定基础。 此文设计的转速信号调理模块可为一个独立设 备 ， 在其他转速信号测量设备前对其输入信号进行 预先调理 ， 也可以将转速信号调理模块所用的电路 直接集成到航空发动机实时振动监视系统 中， 作 为 一 个转速信号预调理模块使用。在发动机飞行试验 中有一定应用价值。 参考文献 [ 1 ] 赵万明．液氧煤油发动机试车主要 参数测 量方 法研究 J ] ．火箭 推进 ， 2 0 0 6 ， 3 2 5 5 l 一 5 5 ． 2 ] 李晓明 ， 蔡忠春 ， 蒋宁航空发动饥转速 信号的榆测 【 J ] 长春 工业 大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 7， 2 8 2 2 2 0 2 2 3 [ 3 ] 安治永 ， 李 应红 ， 徐 永强 ， 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