摘要：慣性制動(dòng)器根據慣性制動(dòng)原理設計，它是融合制動(dòng)、聯(lián)軸節、離合器以及三者相互轉換功能于一體的新型裝置，慣性制動(dòng)技術(shù)是我公司申請我國以及許多國家的專(zhuān)利發(fā)明。通過(guò)型式試驗方法，對慣性制動(dòng)器的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩及其使用壽命進(jìn)行測試（試驗臺經(jīng)過(guò)“國家起重運輸機械質(zhì)量監督檢驗中心”的認可），從而為產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)、使用維護等要素提供試驗數據，進(jìn)而全面提升制動(dòng)器產(chǎn)品的設計試驗依據。
關(guān)鍵詞：制動(dòng)力矩；使用壽命；
1 概述
1.1慣性制動(dòng)器簡(jiǎn)介
慣性制動(dòng)器突破了傳統的外力源（如電磁鐵、電力液壓推桿等）制動(dòng)模式，是一項原始發(fā)明，其基本原理：有主動(dòng)力（慣性力）克服制動(dòng)力作用解除制動(dòng)，與從動(dòng)力（負載）在運動(dòng)體內構成一個(gè)內力平衡系統；利用運動(dòng)本身自身的慣性力，通過(guò)特定的裝置轉換為制動(dòng)該運動(dòng)體的制動(dòng)力。圖1.1為慣性制動(dòng)器三維圖
圖1.1
1.2 慣性制動(dòng)器現狀及趨勢
在港口、冶金、鐵路、礦山、電力、建筑、起重運輸等行業(yè)中有主動(dòng)軸和從動(dòng)軸傳遞扭矩的各類(lèi)機械傳動(dòng)裝置設備中，對制動(dòng)機構可靠性的研究一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)。其港口驅動(dòng)行走機構的制動(dòng)設備裝置，在機構中承擔工作制動(dòng)以及安全制動(dòng)作用，在設計、制造以及使用維護時(shí)，當改變其傳動(dòng)設備時(shí)，需要掌握該裝置的制動(dòng)性能和變化規律，采取針對性措施，以增強其安全性和可靠性。因此，對工作制動(dòng)器裝置的制動(dòng)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。
港口設備行走系統制動(dòng)裝置有很多種形式，在8驅的門(mén)座式起重機行走機構中，驅動(dòng)輪采用慣性制動(dòng)器裝置進(jìn)行行走制動(dòng)，在使用中隨著(zhù)行走電機運行而打開(kāi)、停止而制動(dòng)，具有簡(jiǎn)單、快速、方便等特點(diǎn)，目前在港口設備使用方面有著(zhù)廣泛的應用，其在行走機構中的位置如圖1.2
圖1.2
并且根據設備的使用需求在制動(dòng)器額定制動(dòng)力矩范圍內可以調節制動(dòng)力矩的大小，為慣性制動(dòng)器的選型和維護提供基礎數據，達到設備的使用要求是本次試驗的重點(diǎn)。
1.2 慣性制動(dòng)器性能特點(diǎn)
1）、啟動(dòng)不帶摩擦負荷、無(wú)滯后現象；
2）、操作頻率不受限制，無(wú)能耗，不需電器和液壓元件；
3）、同時(shí)具備非工作制動(dòng)和防風(fēng)制動(dòng)功能；
4）、設有保開(kāi)（保持打開(kāi)）裝置，能快速地、安全地實(shí)現手動(dòng)或點(diǎn)動(dòng)使制動(dòng)器有開(kāi)到閉合或閉合到開(kāi)的轉換，可實(shí)現動(dòng)態(tài)防風(fēng)和限速安全制動(dòng)。也可設置延時(shí)裝置，能控制制動(dòng)器在主機斷電后降到設定值時(shí)才開(kāi)始制動(dòng)，使制動(dòng)更平穩；
5）、手動(dòng)打開(kāi)裝置能滿(mǎn)足設備在停電狀態(tài)下解除制動(dòng)，便于滾動(dòng)挪移，以防止損壞行走機構及軌道，方便檢修和調試；
6）、點(diǎn)動(dòng)打開(kāi)裝置能夠滿(mǎn)足在作業(yè)過(guò)程中，通過(guò)拖動(dòng)電機瞬間時(shí)啟動(dòng)解除制動(dòng)。
1.3 型式試驗介紹
型式試驗有很多種實(shí)驗，此次型式試驗以性能檢測和使用壽命這兩方面為主。根據產(chǎn)品的使用方式進(jìn)行模擬設計，在同一個(gè)平面上通過(guò)驅動(dòng)電機帶動(dòng)制動(dòng)器此時(shí)通過(guò)制動(dòng)器所模擬的對偶力參加相對運動(dòng)的阻力（磁粉制動(dòng)器）來(lái)打開(kāi)制動(dòng)器，其次來(lái)制動(dòng)模擬慣量，制動(dòng)中通過(guò)測量設備對制動(dòng)器性能檢測。在標準的頻率根據模擬慣量制動(dòng)力矩不變的要求下檢測制動(dòng)器的使用壽命。
2 試驗準備
本試驗首先是從設計理論分析、立項、試驗方案策劃等方面確立了慣性制動(dòng)器型式試驗方案。
試驗對象為QGZ-PD01-04產(chǎn)品兩臺（隨機抽樣），并且設計、制作了所有的試驗物品，如電機、扭矩儀器、飛輪、磁粉制動(dòng)器等，并且測量設備通過(guò)相關(guān)部門(mén)的檢驗。
3 試驗原理、方法及慣性制動(dòng)器工作過(guò)程
3.1 試驗原理
慣性制動(dòng)器動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩測試原理，是根據慣性制動(dòng)器原理及其現場(chǎng)的使用工況來(lái)設計模擬阻力慣量（飛輪），通過(guò)PLC程序控制啟動(dòng)與停止及其數據采集，通過(guò)電機轉動(dòng)同時(shí)傳遞給飛輪及其其他輔助設備同時(shí)工作，電機停止工作時(shí)，由飛輪產(chǎn)生慣量通過(guò)制動(dòng)器來(lái)制動(dòng)，這過(guò)程會(huì )通過(guò)扭矩儀器連接電腦顯示出慣性制動(dòng)器的制動(dòng)力矩、運行力矩、啟動(dòng)力矩等所檢測的數據。
靜態(tài)制動(dòng)力矩試驗是飛輪處于無(wú)扭矩傳遞且慣性制動(dòng)器閉合狀態(tài)下，通過(guò)傳輸軸上的扭力來(lái)檢測其靜態(tài)制動(dòng)力矩（本試驗采用杠桿原理來(lái)測試）。
圖3.1為動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩型式實(shí)驗臺試驗設備布局
圖 3.1
靜態(tài)制動(dòng)力矩試驗方法在慣性制動(dòng)器處于額定制動(dòng)力矩且閉合狀態(tài)下通過(guò)杠桿在傳輸軸上一支點(diǎn)來(lái)檢測，在杠桿的另一側掛上托盤(pán)，按砝碼從小到大的量程來(lái)增加，使之下滑為止記錄所加砝碼的重量（試驗方式見(jiàn)圖3）。
圖 3.2
慣性制動(dòng)器的壽命型式試驗根據使用次數而設計制動(dòng)器各零件的壽命設計。因此通過(guò)國家起重運輸機械質(zhì)量監督檢驗中心對壽命試驗的嚴格要求，及其整個(gè)過(guò)程進(jìn)行視頻跟蹤，進(jìn)行長(cháng)時(shí)間連續打開(kāi)與閉合試驗。
3.2 試驗方法
1）通過(guò)改變慣性制動(dòng)器的制動(dòng)力矩來(lái)改變對飛輪的制動(dòng)時(shí)間，從而來(lái)檢測制動(dòng)力矩對慣量不變的影響。
2）其次通過(guò)對電機轉速的改變，制動(dòng)力矩不變的情況下，來(lái)檢測對飛輪的制動(dòng)時(shí)間。
3)當改變其失去慣性制動(dòng)器打開(kāi)對偶力，即消除磁粉制動(dòng)器，在其運行中飛輪轉動(dòng)慣量能否維持制動(dòng)器一直處于打開(kāi)狀態(tài)，從而檢測所需打開(kāi)阻力。
4）為驗證設備在工作中制動(dòng)器未正常打開(kāi)情況下，對設備是否有影響。所以對制動(dòng)器進(jìn)行失去對偶力試驗，測試力矩的變化來(lái)判斷是否對使用設備有影響。
3.3 慣性制動(dòng)器工作過(guò)程
慣性制動(dòng)器作為常閉制動(dòng)器，其工作過(guò)程如3.3圖
圖 3.3
從圖3.3可以分析出，制動(dòng)器的工作過(guò)程可以分為三個(gè)階段：一是啟動(dòng)階段，其時(shí)間的長(cháng)短由制動(dòng)器的反應時(shí)間和放松時(shí)間的決定；二是機械負載運轉階段，這段時(shí)間就是主工作時(shí)間，三是制動(dòng)階段，這段時(shí)間包括制動(dòng)反應時(shí)間和制動(dòng)力矩增長(cháng)時(shí)間
4 試驗數據計算及分析
依據試驗原理設計理論分析及其所需模擬量的計算；
制動(dòng)器基本參數
|
規格 |
額定制動(dòng)力矩 N.m |
打開(kāi)間隙 ㎜ |
初始空程 ㎜ |
制動(dòng)模量 N.m/㎜ |
|
QGZ-PD01-04 |
450 |
5 |
3 |
28.6 |
制動(dòng)器許用單次制動(dòng)功計算公式如下
W= 
式中：
W：許用單次制動(dòng)功，單位 J
：制動(dòng)初轉速，單位 r/min
：額定制動(dòng)力矩，單位 N.m
根據制動(dòng)器單次制動(dòng)功計算被測試制動(dòng)器對應模擬轉動(dòng)慣量，計算公式如下：
= 182
式中：
：制動(dòng)軸上模擬總轉動(dòng)慣量，單位㎏.㎡
:制動(dòng)初轉速，單位r/min
根據常用電機的使用規格采用功率11 KW、轉速1000 r/min以及慣性制動(dòng)器額定制動(dòng)力矩得出：
= 
Md =450 N.m 則
=4.28 ㎏.㎡
得出
|
規格 |
額定力矩（N.m） |
制動(dòng)初轉速(r/min) |
慣量(㎏.㎡) |
|
QGZ-PD01-04 |
450 |
1000 |
4.28 |
根據相應的慣量設計對應的飛輪。
通過(guò)試驗儀器記錄出QGZ-PD01-04制動(dòng)器對飛輪制動(dòng)過(guò)程并繪制成曲線(xiàn)如圖4.1
圖 4.1
通過(guò)上圖的分析動(dòng)態(tài)制動(dòng)力最大值為464 N.m 平均制動(dòng)力矩410 N.m,根據《企業(yè)標準》中規定制動(dòng)過(guò)程中平均動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩值應不小于90%的額定制動(dòng)力矩值即：
M=450×90%
M=405 N.m
靜態(tài)測試數據如下表：
|
規格 |
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(pán)自重產(chǎn)生的力矩為111 N.m 即總制動(dòng)力矩為：
△ T=T+111
主要制動(dòng)力零件彈簧試驗如圖4.2
圖 4.2
5 結論
1） 通過(guò)上述試驗方法測得曲線(xiàn)圖分析，動(dòng)態(tài)平均制動(dòng)力矩410 N.m大于405 N.m，滿(mǎn)足傳輸設備中工作制動(dòng)的要求，并且符合設計理論值。
2） 通過(guò)速度曲線(xiàn)的反應，得出制動(dòng)反應時(shí)間為0.2s,并且制動(dòng)慣量所需時(shí)間為2s,能夠快速的進(jìn)行制動(dòng)從而達到有效的防突發(fā)加速度狀況。
3） 從靜態(tài)試驗數據分析出，靜態(tài)力矩為495N.m，為所選設備裝置制動(dòng)器可以提供足夠的制動(dòng)力矩，有效的能夠維持設備非工作狀態(tài)的安全。
4） 試驗開(kāi)始曲線(xiàn)段分析，在其速度運行到一定的時(shí)候時(shí)，慣性制動(dòng)器的運行力矩一直處于不變狀態(tài)，說(shuō)明慣性制動(dòng)器可以起到限速作用，能夠防止行走時(shí)加速度過(guò)大對設備產(chǎn)生損壞。
5） 經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間連續試驗，并且對壽命試驗整個(gè)過(guò)程附有視頻記錄，產(chǎn)品在規定設計使用次數30萬(wàn)。從試驗中得出（有視頻為依據），摩擦副稍有一點(diǎn)磨損，制動(dòng)器各鉸鏈處沒(méi)有出現卡死現象并且能夠維護。試驗結果使其充分驗證了產(chǎn)品零件能夠滿(mǎn)足使用設備的要求。
6 試驗現場(chǎng)
圖6.1 是慣性制動(dòng)器現場(chǎng)試驗事物
圖 6.1
本次試驗經(jīng)過(guò)“國家起重運輸機械質(zhì)量監督檢驗中心”試驗人員現場(chǎng)監督試驗，并且通過(guò)嚴格的型式試驗考核，取得QGZ-PD01-04慣性制動(dòng)器型式試驗證書(shū)及其型式試驗報告。其它慣性制動(dòng)器系列產(chǎn)品都相應做了同樣的型式試驗，同時(shí)取得國家起重運輸機械質(zhì)量監督檢驗中心型式試驗相應證書(shū)。
7 實(shí)際使用情況
該試驗為港口設備行走機構及其傳輸軸制動(dòng)的機構裝置的選型、評估和驗證提供了切實(shí)可行的手段，并為安裝、維護提供了有效的試驗依據，具有指導意義、經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。
參考文獻
1） Q/AEKP 001-2011 《慣性制動(dòng)器》長(cháng)沙三占慣性制動(dòng)有限公司企業(yè)標準
2） 張質(zhì)文，王金渃 《起重機設計手冊》北京：中國鐵道部出版社 1998
作者： 長(cháng)沙三占技術(shù)部型式試驗小組
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