摘要：慣性制動器根據(jù)慣性制動原理設(shè)計，它是融合制動、聯(lián)軸節(jié)、離合器以及三者相互轉(zhuǎn)換功能于一體的新型裝置，慣性制動技術(shù)是我公司申請我國以及許多國家的專利發(fā)明。通過型式試驗方法，對慣性制動器的靜態(tài)和動態(tài)制動力矩及其使用壽命進(jìn)行測試（試驗臺經(jīng)過“國家起重運(yùn)輸機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心”的認(rèn)可），從而為產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)、使用維護(hù)等要素提供試驗數(shù)據(jù)，進(jìn)而全面提升制動器產(chǎn)品的設(shè)計試驗依據(jù)。
關(guān)鍵詞：制動力矩；使用壽命；
1 概述
1.1慣性制動器簡介
慣性制動器突破了傳統(tǒng)的外力源（如電磁鐵、電力液壓推桿等）制動模式，是一項原始發(fā)明，其基本原理：有主動力（慣性力）克服制動力作用解除制動，與從動力（負(fù)載）在運(yùn)動體內(nèi)構(gòu)成一個內(nèi)力平衡系統(tǒng)；利用運(yùn)動本身自身的慣性力，通過特定的裝置轉(zhuǎn)換為制動該運(yùn)動體的制動力。圖1.1為慣性制動器三維圖
圖1.1
1.2 慣性制動器現(xiàn)狀及趨勢
在港口、冶金、鐵路、礦山、電力、建筑、起重運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)中有主動軸和從動軸傳遞扭矩的各類機(jī)械傳動裝置設(shè)備中，對制動機(jī)構(gòu)可靠性的研究一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)。其港口驅(qū)動行走機(jī)構(gòu)的制動設(shè)備裝置，在機(jī)構(gòu)中承擔(dān)工作制動以及安全制動作用，在設(shè)計、制造以及使用維護(hù)時，當(dāng)改變其傳動設(shè)備時，需要掌握該裝置的制動性能和變化規(guī)律，采取針對性措施，以增強(qiáng)其安全性和可靠性。因此，對工作制動器裝置的制動性能及其影響因素進(jìn)行定性定量的型式試驗，對提高產(chǎn)品的質(zhì)量意義重大。
港口設(shè)備行走系統(tǒng)制動裝置有很多種形式，在8驅(qū)的門座式起重機(jī)行走機(jī)構(gòu)中，驅(qū)動輪采用慣性制動器裝置進(jìn)行行走制動，在使用中隨著行走電機(jī)運(yùn)行而打開、停止而制動，具有簡單、快速、方便等特點(diǎn)，目前在港口設(shè)備使用方面有著廣泛的應(yīng)用，其在行走機(jī)構(gòu)中的位置如圖1.2
圖1.2
并且根據(jù)設(shè)備的使用需求在制動器額定制動力矩范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)制動力矩的大小，為慣性制動器的選型和維護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，達(dá)到設(shè)備的使用要求是本次試驗的重點(diǎn)。
1.2 慣性制動器性能特點(diǎn)
1）、啟動不帶摩擦負(fù)荷、無滯后現(xiàn)象；
2）、操作頻率不受限制，無能耗，不需電器和液壓元件；
3）、同時具備非工作制動和防風(fēng)制動功能；
4）、設(shè)有保開（保持打開）裝置，能快速地、安全地實現(xiàn)手動或點(diǎn)動使制動器有開到閉合或閉合到開的轉(zhuǎn)換，可實現(xiàn)動態(tài)防風(fēng)和限速安全制動。也可設(shè)置延時裝置，能控制制動器在主機(jī)斷電后降到設(shè)定值時才開始制動，使制動更平穩(wěn)；
5）、手動打開裝置能滿足設(shè)備在停電狀態(tài)下解除制動，便于滾動挪移，以防止損壞行走機(jī)構(gòu)及軌道，方便檢修和調(diào)試；
6）、點(diǎn)動打開裝置能夠滿足在作業(yè)過程中，通過拖動電機(jī)瞬間時啟動解除制動。
1.3 型式試驗介紹
型式試驗有很多種實驗，此次型式試驗以性能檢測和使用壽命這兩方面為主。根據(jù)產(chǎn)品的使用方式進(jìn)行模擬設(shè)計，在同一個平面上通過驅(qū)動電機(jī)帶動制動器此時通過制動器所模擬的對偶力參加相對運(yùn)動的阻力（磁粉制動器）來打開制動器，其次來制動模擬慣量，制動中通過測量設(shè)備對制動器性能檢測。在標(biāo)準(zhǔn)的頻率根據(jù)模擬慣量制動力矩不變的要求下檢測制動器的使用壽命。
2 試驗準(zhǔn)備
本試驗首先是從設(shè)計理論分析、立項、試驗方案策劃等方面確立了慣性制動器型式試驗方案。
試驗對象為QGZ-PD01-04產(chǎn)品兩臺（隨機(jī)抽樣），并且設(shè)計、制作了所有的試驗物品，如電機(jī)、扭矩儀器、飛輪、磁粉制動器等，并且測量設(shè)備通過相關(guān)部門的檢驗。
3 試驗原理、方法及慣性制動器工作過程
3.1 試驗原理
慣性制動器動態(tài)制動力矩測試原理，是根據(jù)慣性制動器原理及其現(xiàn)場的使用工況來設(shè)計模擬阻力慣量（飛輪），通過PLC程序控制啟動與停止及其數(shù)據(jù)采集，通過電機(jī)轉(zhuǎn)動同時傳遞給飛輪及其其他輔助設(shè)備同時工作，電機(jī)停止工作時，由飛輪產(chǎn)生慣量通過制動器來制動，這過程會通過扭矩儀器連接電腦顯示出慣性制動器的制動力矩、運(yùn)行力矩、啟動力矩等所檢測的數(shù)據(jù)。
靜態(tài)制動力矩試驗是飛輪處于無扭矩傳遞且慣性制動器閉合狀態(tài)下，通過傳輸軸上的扭力來檢測其靜態(tài)制動力矩（本試驗采用杠桿原理來測試）。
圖3.1為動態(tài)制動力矩型式實驗臺試驗設(shè)備布局
圖 3.1
靜態(tài)制動力矩試驗方法在慣性制動器處于額定制動力矩且閉合狀態(tài)下通過杠桿在傳輸軸上一支點(diǎn)來檢測，在杠桿的另一側(cè)掛上托盤，按砝碼從小到大的量程來增加，使之下滑為止記錄所加砝碼的重量（試驗方式見圖3）。
圖 3.2
慣性制動器的壽命型式試驗根據(jù)使用次數(shù)而設(shè)計制動器各零件的壽命設(shè)計。因此通過國家起重運(yùn)輸機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心對壽命試驗的嚴(yán)格要求，及其整個過程進(jìn)行視頻跟蹤，進(jìn)行長時間連續(xù)打開與閉合試驗。
3.2 試驗方法
1）通過改變慣性制動器的制動力矩來改變對飛輪的制動時間，從而來檢測制動力矩對慣量不變的影響。
2）其次通過對電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變，制動力矩不變的情況下，來檢測對飛輪的制動時間。
3)當(dāng)改變其失去慣性制動器打開對偶力，即消除磁粉制動器，在其運(yùn)行中飛輪轉(zhuǎn)動慣量能否維持制動器一直處于打開狀態(tài)，從而檢測所需打開阻力。
4）為驗證設(shè)備在工作中制動器未正常打開情況下，對設(shè)備是否有影響。所以對制動器進(jìn)行失去對偶力試驗，測試力矩的變化來判斷是否對使用設(shè)備有影響。
3.3 慣性制動器工作過程
慣性制動器作為常閉制動器，其工作過程如3.3圖
圖 3.3
從圖3.3可以分析出，制動器的工作過程可以分為三個階段：一是啟動階段，其時間的長短由制動器的反應(yīng)時間和放松時間的決定；二是機(jī)械負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)階段，這段時間就是主工作時間，三是制動階段，這段時間包括制動反應(yīng)時間和制動力矩增長時間
4 試驗數(shù)據(jù)計算及分析
依據(jù)試驗原理設(shè)計理論分析及其所需模擬量的計算；
制動器基本參數(shù)
|
規(guī)格 |
額定制動力矩 N.m |
打開間隙 ㎜ |
初始空程 ㎜ |
制動模量 N.m/㎜ |
|
QGZ-PD01-04 |
450 |
5 |
3 |
28.6 |
制動器許用單次制動功計算公式如下
W= 
式中：
W：許用單次制動功，單位 J
：制動初轉(zhuǎn)速，單位 r/min
：額定制動力矩，單位 N.m
根據(jù)制動器單次制動功計算被測試制動器對應(yīng)模擬轉(zhuǎn)動慣量，計算公式如下：
= 182
式中：
：制動軸上模擬總轉(zhuǎn)動慣量，單位㎏.㎡
:制動初轉(zhuǎn)速，單位r/min
根據(jù)常用電機(jī)的使用規(guī)格采用功率11 KW、轉(zhuǎn)速1000 r/min以及慣性制動器額定制動力矩得出：
= 
Md =450 N.m 則
=4.28 ㎏.㎡
得出
|
規(guī)格 |
額定力矩（N.m） |
制動初轉(zhuǎn)速(r/min) |
慣量(㎏.㎡) |
|
QGZ-PD01-04 |
450 |
1000 |
4.28 |
根據(jù)相應(yīng)的慣量設(shè)計對應(yīng)的飛輪。
通過試驗儀器記錄出QGZ-PD01-04制動器對飛輪制動過程并繪制成曲線如圖4.1
圖 4.1
通過上圖的分析動態(tài)制動力最大值為464 N.m 平均制動力矩410 N.m,根據(jù)《企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定制動過程中平均動態(tài)制動力矩值應(yīng)不小于90%的額定制動力矩值即：
M=450×90%
M=405 N.m
靜態(tài)測試數(shù)據(jù)如下表：
|
規(guī)格 |
額定力矩N.m |
砝碼重量Kg |
力矩N.m |
|
QGZ-PD01-04 |
450 |
19.5 |
495 |
具體計算公式：
T=(M+m)gl+m1gl1
其中杠桿和砝碼盤自重產(chǎn)生的力矩為111 N.m 即總制動力矩為：
△ T=T+111
主要制動力零件彈簧試驗如圖4.2
圖 4.2
5 結(jié)論
1） 通過上述試驗方法測得曲線圖分析，動態(tài)平均制動力矩410 N.m大于405 N.m，滿足傳輸設(shè)備中工作制動的要求，并且符合設(shè)計理論值。
2） 通過速度曲線的反應(yīng)，得出制動反應(yīng)時間為0.2s,并且制動慣量所需時間為2s,能夠快速的進(jìn)行制動從而達(dá)到有效的防突發(fā)加速度狀況。
3） 從靜態(tài)試驗數(shù)據(jù)分析出，靜態(tài)力矩為495N.m，為所選設(shè)備裝置制動器可以提供足夠的制動力矩，有效的能夠維持設(shè)備非工作狀態(tài)的安全。
4） 試驗開始曲線段分析，在其速度運(yùn)行到一定的時候時，慣性制動器的運(yùn)行力矩一直處于不變狀態(tài)，說明慣性制動器可以起到限速作用，能夠防止行走時加速度過大對設(shè)備產(chǎn)生損壞。
5） 經(jīng)過長時間連續(xù)試驗，并且對壽命試驗整個過程附有視頻記錄，產(chǎn)品在規(guī)定設(shè)計使用次數(shù)30萬。從試驗中得出（有視頻為依據(jù)），摩擦副稍有一點(diǎn)磨損，制動器各鉸鏈處沒有出現(xiàn)卡死現(xiàn)象并且能夠維護(hù)。試驗結(jié)果使其充分驗證了產(chǎn)品零件能夠滿足使用設(shè)備的要求。
6 試驗現(xiàn)場
圖6.1 是慣性制動器現(xiàn)場試驗事物
圖 6.1
本次試驗經(jīng)過“國家起重運(yùn)輸機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心”試驗人員現(xiàn)場監(jiān)督試驗，并且通過嚴(yán)格的型式試驗考核，取得QGZ-PD01-04慣性制動器型式試驗證書及其型式試驗報告。其它慣性制動器系列產(chǎn)品都相應(yīng)做了同樣的型式試驗，同時取得國家起重運(yùn)輸機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心型式試驗相應(yīng)證書。
7 實際使用情況
該試驗為港口設(shè)備行走機(jī)構(gòu)及其傳輸軸制動的機(jī)構(gòu)裝置的選型、評估和驗證提供了切實可行的手段，并為安裝、維護(hù)提供了有效的試驗依據(jù)，具有指導(dǎo)意義、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
參考文獻(xiàn)
1） Q/AEKP 001-2011 《慣性制動器》長沙三占慣性制動有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
2） 張質(zhì)文，王金渃 《起重機(jī)設(shè)計手冊》北京：中國鐵道部出版社 1998
作者： 長沙三占技術(shù)部型式試驗小組
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