低速重载设备用制动器性能的试验方法及装置转让专利
申请号 : CN202010285738.2
文献号 : CN111366364B
文献日 : 2021-12-24
发明人 : 邢伟 , 李玉良 , 董强 , 常嵩 , 黄科 , 程刚 , 鲍加铭 , 陈强 , 周靖凯 , 黄垂总 , 崔麦香
申请人 : 中国人民解放军63921部队
摘要 :
权利要求 :
1.一种低速重载设备用制动器性能的试验方法,其特征在于,包括:将低速重载设备等效换算为高速轻载的模拟物体,以获得模拟物体的模拟速度;
将模拟物体安置在带有低速重载设备用制动器的试验台上,通过驱动系统驱动模拟物体旋转;
在模拟物体达到模拟速度后,通过制动系统对模拟物体制动,以获得制动器对模拟物体制动时的相关动态参数;
通过所获得的相关动态参数,评估低速重载设备用制动器的性能。
2.根据权利要求1所述的试验方法,其特征在于,将低速重载设备等效换算为高速轻载的模拟物体,是根据制动效能等效的原则,采用如下公式进行等效计算:运行动能:
制动功率:
其中,J1、ω1分别为高速轻载模拟物体的转动惯量和旋转角速度;J2、ω2分别为低速重载设备的转动惯量和旋转角速度。
3.根据权利要求1或2所述的试验方法,其特征在于,通过制动系统对模拟物体制动,以获得制动器对模拟物体制动时的相关动态参数包括:通过液压系统对制动器供油,使制动器制动安装有模拟物体的惯量轴,以获得制动器对模拟物体制动时的相关动态参数。
4.根据权利要求3所述的试验方法,其特征在于,通过液压系统对制动器供油,以获得制动器对模拟物体制动时的相关动态参数包括:在固定液压油压力的条件下,通过液压系统对制动器供以液压油,以对惯量轴进行制动;
利用液压油对惯量轴进行制动的过程中,通过检测系统对制动器进行检测以获得如下参数:制动器制动钳的制动油压、制动时间,制动器制动盘的温度,制动器的转角。
5.根据权利要求4所述的试验方法,其特征在于,通过驱动系统驱动模拟物体旋转之前,还包括如下步骤:
将检测系统的压力检测元件安置于所述制动器的制动钳与制动盘之间;
通过液压系统向制动器供油而使得制动钳制动,通过压力检测元件获取液压油的固定液压油压力值与制动钳的制动压力。
6.根据权利要求5所述的试验方法,其特征在于,通过液压系统对制动器供油,以获得制动器对模拟物体制动时的相关动态参数包括:在固定制动距离的条件下,通过液压系统自动调节对制动器提供的液压油的压力,以对惯量轴进行制动;
利用液压油对惯量轴进行制动的过程中,通过检测系统对制动器进行检测以获得如下参数:制动器制动钳的制动油压、制动时间,制动器制动盘的温度,制动器的转角。
7.根据权利要求1所述的试验方法,在模拟物体达到模拟速度后,通过制动系统对模拟物体制动之前,还包括使模拟物体不再受驱动系统驱动的步骤。
8.根据权利要求7所述的试验方法,使模拟物体不再受驱动系统驱动,是采用使惯量轴与驱动系统的输出轴动态断开的方法。
9.一种用于如权利要求1‑8中任一项所述方法的低速重载设备用制动器性能的试验装置,其特征在于,包括:
用于安装模拟物体的带有低速重载设备用制动器的试验台;
安装在试验台上且用于对模拟物体施加模拟速度的驱动系统;
安装在试验台上且具有制动器的用于制动模拟物体的制动系统;
与制动系统连接的用于为制动器供油的液压系统;
与驱动系统、制动系统、液压系统分别连接的控制系统;
其中,所述模拟物体为将低速重载设备等效换算而成的高速轻载物体;
其中,通过液压系统对制动器供油,获得制动器对模拟物体制动时的相关动态参数,并通过相关动态参数评估低速重载设备制动器的性能。
10.根据权利要求9所述的试验装置,其特征在于,还包括:用于检测制动器对模拟物体制动时的相关动态参数的检测系统。
说明书 :
低速重载设备用制动器性能的试验方法及装置
技术领域
背景技术
径,一是采用计算机模拟仿真技术,二是采用试验装置进行试验研究。由于计算机计算各种
参数的选择不够深入准确,或者各种边界条件的定义不够清晰、准确,因此计算分析方法往
往存在较大偏差,而利用试验研究的方法往往更加真实有效,更具有指导意义。
用飞轮动能等量模拟一定的惯性负载对制动器加载,能较好地模拟制动器的实际工况。
验,无法满足重载荷工程用钳盘式制动器的定制需求。
发明内容
惯量制动具有巨大指导意义;此外,本发明还提供用于上述方法的试验装置。
用于对模拟物体施加模拟速度的驱动系统;安装在试验台上且具有制动器的用于制动模拟
物体的制动系统;与制动系统连接的用于为制动器供油的液压系统;与驱动系统、制动系
统、液压系统分别连接的控制系统;其中,所述模拟物体为将低速重载设备等效换算而成的
高速轻载物体;其中,通过液压系统对制动器供油,获得制动器对模拟物体制动时的相关动
态参数,并通过相关动态参数评估低速重载设备制动器的性能。
端连接,制动系统安装在支座上且与惯量轴另一端连接,制动系统具有所述制动器。
构。
制动器试验过程中温度的温度检测元件,可采用温度传感器,优选采用红外测温传感器;用
于检测制动器在静态试验中的静态压力的压力检测元件,可采用压力传感器,优选可采用
薄膜式压力传感器;用于对制动过程中测量的制动器的制动力矩、温度等各项性能参数显
示和存储的存储模块;与噪音传感器、温度传感器、用压力传感器分别连接的信号转换模
块。
现有技术无法直接对重载设备用制动器进行制动性能试验的现状,实现了带有等效换算后
惯量的制动器在不同工况下,摩擦系数与转速、转动惯量、制动油压、摩擦衬片或摩擦材料
温升之间的关系,验证了低速重载设备用制动器的摩擦衬片或摩擦材料与制动盘磨合状态
对制动力矩的影响,指导意义巨大。
附图说明
具体实施方式
重载工程往往运行速度较低,因此,考虑到其速度较低,本发明采用“制动效能等效试验方
法”,按照制动效能等效的原则对低速重载设备进行换算,以将低速重载设备等效换算为高
速轻载的模拟物体,从而可以通过分析低速重载设备用制动器对模拟物体的制动效果,获
取该制动器对低速重载设备的制动效果。
动工况不同情况下,以等效“功”和“功率”试验摩擦衬片或摩擦材料,由此判断摩擦材料满
足项目工程的能力。据此,试验方案技术参数设定时,考虑以下因素:(A)摩擦衬片或摩擦材
料单位面积内摩擦功率不小于项目设备(项目设备,即为低速重载设备)中所需的数值。(B)
制动时,摩擦衬片或摩擦材料第一个1秒所做的功不小于项目设备中所需的功。确保项目实
际使用时,制动性能得到保证。
的转动惯量,选择试验台上具有相近惯量的飞轮,该飞轮可由试验台的多个飞轮组合而成。
质量和加速度换算成相应的转动惯量和旋转角速度。
取制动器性能的相关参数。
算得到的旋转角速度)后,通过制动系统对模拟物体制动,以获得制动器对模拟物体制动时
的相关动态参数。而通过制动系统对模拟物体制动,是通过液压系统对制动器供油,使制动
器制动安装有模拟物体的惯量轴实现。
使惯量轴与驱动系统的输出轴动态断开的方法,即,将膜片式离合器安装在惯量轴与驱动
系统的动力输出轴之间,当制动系统需对模拟物体制动之前,先使膜片式离合器分离,以将
惯量轴与动力输出轴断开。膜片式离合器传递扭矩大,且可以动态接合,因此适用于本发明
方法。
物体制动时的相关动态参数包括:
力,即作为上述液压系统对制动器供油以制动的依据。
体制动时的相关动态参数,其包括:
器以起到安全保护停车用途。飞轮旋转过程中产生等效换算后所得的模拟转动惯量,通过
具有比例阀的液压系统供油产生制动器所需的制动压力并进行控制。通过检测系统中的压
力检测元件(为压力传感器)测得的压力并经计算机计算得到试验所产生的制动力矩,通过
检测系统的温度测量元件和转速测量元件分别对试验过程中的温度和转速进行设定和控
制,并自动完成试验全部过程。
量、制动油压、摩擦衬片或摩擦材料温升之间的关系,验证了低速重载设备用制动器的摩擦
衬片或摩擦材料与制动盘磨合状态对制动力矩的影响,指导意义巨大。
备用制动器的试验台;安装在试验台上且用于对模拟物体施加模拟速度的驱动系统;安装
在试验台上且具有制动器的用于制动模拟物体的制动系统;与制动系统连接的用于为制动
器供油的液压系统;与驱动系统、制动系统、液压系统分别连接的控制系统;其中,所述模拟
物体为将低速重载设备等效换算而成的高速轻载物体;其中,通过液压系统对制动器供油,
获得制动器对模拟物体制动时的相关动态参数,并通过相关动态参数评估低速重载设备制
动器的性能。
装置在同一轴线上,支座20与地面混凝土埋件采用焊接连接,其本身具备足够的强度;安装
在支座20上的用于支撑飞轮10的支撑机构,具有与飞轮10的中心转动连接的惯量轴8;其
中,驱动系统安装在支座20上且与惯量轴8一端连接,制动系统安装在支座20上且与惯量轴
8另一端连接,制动系统具有制动器,该制动器为钳盘式制动器,包括制动钳17、制动盘16、
摩擦衬片或摩擦材料等,其结构可参考现有技术的钳盘式制动器的结构,在此不再赘述。
8两侧的一对液压机构或气压机构。优选的,本发明采用液压机构,具有用于装配飞轮10的
液压缸13。
端,满足惯量轴8装配飞轮10后旋转的力学需要。飞轮10为实心飞轮,为满足质量并减小体
积,可以使用铅材质制作,上有螺栓孔,飞轮10可由多个实心飞轮组合而成,多个飞轮通过
飞轮装配板12连接在一起。飞轮装配板12可带动飞轮10水平移动,将飞轮10装配到飞轮轴
上,或从飞轮轴上拆下。液压缸13成对使用,分别与飞轮装配板12的两端使用销轴连接,一
对液压缸13工作时,一个伸缩一个收回,为将飞轮10装配在惯量轴8上提供动力。
动。滑轨24为固定滑轨,与支架21相连,支架21安装在支座20上。当飞轮没有装配时,飞轮通
过螺栓22、飞轮夹11、滑轨24,将自重传递到支架21上,不影响飞轮轴旋转。飞轮轴与飞轮10
采用位移型锥型配合,使得飞轮与飞轮轴固定连接在一起,如图4所示,即,飞轮轴呈由中间
向两边直径逐渐缩小的类纺缍形,而飞轮的中心开设有与飞轮轴外表面相适配的弧形孔或
锥形孔。而飞轮轴套装在惯量轴8外,当惯量轴8旋转时,飞轮轴与飞轮随着旋转。
保证飞轮装配板26的移动相对位置。支座29上设有用于与导轮28配合的轨道,对导轮28和
飞轮装配板26的移动进行约束。
飞轮夹23连接,可以同理进行组装。飞轮10、飞轮夹23、飞轮装配板26之间保留适当间隙,单
独运动时相互不干涉,装配需要时也可用螺栓连为一体。
传动轴)与连接轴6之间的电磁离合器5。
得的转动惯量,其与变频器连接。制动器2为常闭式制动器,用于整个装置的制动保护。制动
器2带有弹性联轴器制动鼓3,弹性联轴器可以避免飞轮10启动时对伺服电机1的冲击。电磁
离合器5为常闭式电磁离合器,用于飞轮10达到旋转角速度后,将连接轴6与电机的输出轴
进行分离,保证制动模拟惯量的真实性,去除电机惯性的影响。
括制动盘16、制动钳17及摩擦衬片或摩擦材料。其中,联轴器法兰15的一端与制动盘16通过
螺栓连接,可通过加转接法兰,满足不同制动盘16的试验装配需要。此外,还包括支撑制动
轴的支架和用于支撑传感器且位于支座的靠近制动器位置处的传感器支架19。
用于检测制动器试验过程中温度的温度检测元件,可采用温度传感器,优选采用红外测温
传感器;用于检测制动器在静态试验中的静态压力的压力检测元件,可采用压力传感器,优
选可采用薄膜式压力传感器;用于对制动过程中测量的制动器的制动力矩、温度等各项性
能参数显示和存储的存储模块;与噪音传感器、温度传感器、用压力传感器分别连接的信号
转换模块。
19上,红外测温传感器可用于检测制动盘试验过程中的温度变化,包括初始温度,温升过
程,散热过程。噪音传感器用于测试制动过程摩擦啸叫分贝。其中,液压系统用于为制动系
统的制动器提供液压油,其与制动器制动钳的多个液压油口分别相连通,包括压力继电器、
电机、电磁溢流阀、比例减压阀、电磁换向阀等。具体的,如图6所示,本发明的液压系统包括
总供油管路和与总供油管路及钳盘式制动器上的多个液压油口分别相连通的多个分供油
管路,通过多个分供油管路对多个液压油口分别提供液压油。进一步的,液压系统还包括与
多个分供油管路并联的用于为液压缸供油以驱动其执行相应动件的液压缸供油管路。
动钳,PLC可以通过控制多个制动钳中的一个或多个制动,实现对飞轮的不同制动力矩和分
级制动的需求。其中,钳盘式制动器可以采用2个或4个或更多个制动钳,本发明仅以采用4
个制动钳为例对液压系统进行说明,但需说明,本领域技术人员可根据对具有不同转动惯
量飞轮的制动需求而适当增加或减少制动钳数量,并依据本发明液压系统对具有其它数量
制动钳的液压系统进行扩展。
磁换向阀46动作指令的控制输出端连接。
输出端连接。
中,电磁溢流阀43和电机36分别与PLC的用于输出控制电磁溢流阀动作指令的控制输出端
和用于输出控制电机动作指令的控制输出端连接。其中,本发明PLC通过集电机软起动、软
停车、轻载节能和多种保护功能于一体的软启动器启动电机36,且通过压力继电器为PLC提
供信号,以使PLC控制驱动电机36工作。
供油管路为在其上设置球阀44的直通管路,一条总供油管路为其上设置多个元件的工作管
路。其中,直通管路上的球阀44可以采用手动球阀,也可以采用电动球阀,优选的,该球阀44
采用手动球阀,作为系统检修时使用。直通管路作为备用管路,即,直通管路上的球阀44常
处于将直通管路断开的状态,而工作管路处于正常使用状态。
置液位指示器31、空气滤清器32、电接点温度计33、吸油过滤器34,泵37通过减震接头35与
油箱的出油口连接,泵37在电机36的驱动下旋转,且泵37的出油口与软管38连接,以便泵37
吸取油箱内的液压油后通过软管38向制动钳的液压油口泵送。其中,在软管38上设置单向
阀39,在软管38的设置单向阀39前、后的两个位置处分别设置一根与软管38分接的微型高
压软管41,并在每根微型高压软管41上设置压力表40和压力传感器42,以检测软管38内的
液压油在经过单向阀39前、后位置处的油压。另外,在软管38的位于单向阀39前的位置处还
设置电磁溢流阀43。
四条分供油管路分别供向四个液压缸47。
口通过软管38与液压缸47的进油口相连通。此外,在软管38上还设置压力表48。
有通过软管38与对应液压缸13的液压油口相连通的三位四通换向阀49,此外,软管38上还
设置有用于检测供油压力的压力表48。
动系统、制动系统、液压系统、检测系统、气动系统相连接。
转换模块相连接,PLC的控制输出端与驱动系统的制动器、电磁离合器、上述变频器和液压
系统的电磁溢流阀、比例减压阀、电磁换向阀及与电机36连接的软启动器、检测系统的存储
模块相连接。
路仅向液压缸供油管路供油,以便通过一个液压缸分供油管路使一个液压缸13的活塞杆伸
出、通过另一个液压缸分供油管路使另一个液压缸的活塞杆回缩,从而通过一对液压缸13
的伸缩配合,带动飞轮装配板12移动,进而通过飞轮装配板的作用将已装配好飞轮轴的飞
轮装配到惯量轴上。而将飞轮装配到飞轮轴上是采用上述位移型圆锥配合方法。
力继电器的信号,输出控制指令给变频器、常闭制动器、电磁离合器,使常闭制动器通气松
开对伺服电机的输出轴(或传动轴)的抱紧状态,使电磁离合器处于吸合状态,通过变频器
控制伺服电机1旋转,以通过伺服电机输出轴(或传动轴)的旋转可以带动连接轴同步旋转,
带动惯量轴、飞轮轴旋转,从而带动飞轮旋转;飞轮旋转过程中,编码器实时检测飞轮轴位
置信号(通过检测制动轴转动角度取得相应行程)传送给PLC,编码器实时检测的速度信号
传送给变频器,变频器将飞轮旋转的速度信号反馈给PLC,PLC根据并处理接收到的相关信
息;当PLC接收到飞轮旋转的角速度达到所需值时,PLC通过变频器控制伺服电机停转,通过
常闭制动器抱紧伺服电机的输出轴(或传动轴),并使电磁离合器处于离合状态,相应的,惯
量轴、飞轮轴将不再受驱动电机的驱动作用,因此,可通过钳盘式制动器对旋转过程中的飞
轮轴(即通过对制动轴制动实现)进行制动而获得所需的相关参数信息。
软启动器驱动液压系统的电机动作以供油;输出控制指令给电磁溢流阀,以便通过电磁溢
流阀调节总供油管路的供油压力;输出PID调节指令给四个比例减压阀中的一个或多个,以
便通过比例减压阀调节各分供油管路的供油压力;输出控制指令给四个电磁换向阀中的一
个或多个,以便通过电磁换向阀控制各分供油管路的通断,即,控制向对应液压缸输送的液
压油的压力。通过上述控制,使各液压缸的活塞执行相应动作,调节对相应制动钳液压油口
的供油压力,使制动器产生相应的制动力,对飞轮减速制动,直至飞轮以指定速度和/或距
离停止移动。在此过程中,温度传感器、压力传感器、噪音传感器等将检测到的相关温度、压
力、噪音等信息通过信号转换模块传送给PLC,这些信息将在存储模块中存储,并在人机交
互界面上显示。
向阀46和比例减压阀45、进行控制,通过PID调节比例减压阀45,实现管路中输送液压油的
实时控制,从而精确控制钳盘式制动器的减速过程,对制动减速度、制动时间(制动器工作
的时间是制动时间)、制动距离等能够做到精确控制,即,通过控制制动力矩的大小,决定制
动减速度的大小和制动距离。
动,实现对制动器的实时调节控制,能够实现大制动力矩或分级制动,使制动的效果更多
样,更可控。另外,通过四个比例减压阀分别调节对四个制动钳的供油压力,可以实现对制
动器热衰退后的补偿,确保制动器的制动能力。
和旋转角速度w,若转动惯量j大于试验台能力,系统会提示再次换算,降低转动惯量j、提高
旋转角速度w的数值;
个步骤分别进行描述。
值,得到液压系统压力值为P时,制动钳制动压力F。P是液压系统压力,F是制动钳对于制动
盘的压力,相当于油缸压力,用于计算制动力矩。
换向阀工作,将压力为P的压力油供给到用于制动惯量轴的制动器(该制动器即为上述的低
速重载设备的制动器),以通过制动器对惯量轴进行制动,同时驱动伺服电机停机,即,PLC
给伺服电机1停止命令,等伺服电机停止后,常闭式制动器2关闭;
为连续过程,并进行数据存储。试验结束后,可以在软件的人机界面进行查看,数据被绘制
成曲线,横轴为时间,纵轴为测量参数,可同时查看多个数据曲线进行对比。如同一次测量
的温度变化与压力变化,也可查看几次不同的压力变化;
制动,同时驱动伺服电机停机;
传入PLC进行采集,采集数据的过程为连续过程,并进行数据存储。试验结束后,可以在软件
的人机界面进行查看,数据被绘制成曲线,横轴为时间,纵轴为测量参数,可同时查看多个
数据曲线进行对比。如同一次测量的温度变化与压力变化,也可查看几次不同的压力变化;
选择试验台上具有相近惯量的飞轮(可由试验台的多个飞轮组合)。将制动器安装在试验台
上,通过对工控机(即工业控制机,简称PLC)输入相应的试验过程参数和保护过程参数,确
定控制程序并传送至直流电机控制器和气动控制程序,变频器接受工控机的控制程序并存
储,以此程序控制整个试验过程并进行对试验过程和试验数据的监控,同时将试验数据传
送至工控机。在变频器的控制下伺服电机驱动飞轮旋转,使飞轮达到要求的模拟试验车速
后即可进行各项试验。由液压系统提供制动系统的制动器所需的制动压力,控制制动器以
试验要求的制动压力制动飞轮。在制动过程中,通过检测系统的各检测元件测量制动器的
制动力矩、温度等各项性能参数并进行显示和存储。在试验过程中,还通过风冷和通风系统
自动对试件进行冷却、通风,清除试验所产生的粉尘和污染物。整个试验过程由程序控制自
动按顺序完成并进行试验过程的动态监测。
线上受到的干扰很小(越小越精确),从而可以确保钳盘式制动器制动阶段的惯量和速度更
为准确。另外,本发明具有制动器及各类传感器,通过伺服电机驱动经制动效能等效换算后
的飞轮旋转,通过制动器对飞轮进行制动,可以利用飞轮动能等参量模拟低速重载设备对
制动器的加载,能更好地模拟重载设备用制动器的实际工况。
落入本发明的保护范围。