盘式制动器性能试验台模拟机的研制

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huashi3483

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盘式制动器性能试验台模拟机的研制 </DIV>
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<TD height=4><IMG width=1 height=1></TD></TR></TBODY></TABLE>2007-5-25 16:18:01      【文章字体：<A style="CURSOR: hand" onclick=doZoom(16)>大</A> <A style="CURSOR: hand" onclick=doZoom(14)>中</A> <A style="CURSOR: hand" onclick=doZoom(12)>小</A>】 <A href="javascript:window.print();">打印</A>  <A href="javascript:window.external.AddFavorite('http://mt.inin.com.cn/stdcarelec/collinfo/174532.asp','盘式制动器性能试验台模拟机的研制')">收藏</A>  <A href="javascript:window.close();">关闭</A> 
原作者：赵奇平，王翔</DIV></TD></TR></TBODY></TABLE></DIV> 
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    制动器是车辆的一个重要组成部分，是至关重要的安全装置，其质量是行车安全性的重要保障。随着车流密度的日益增大，车辆的制动性能已引起交管部门和制造厂商的广泛关注，对行车的安全性也提出了更高的要求。所以测试制动器性能质量的装置——制动器试验台，在测试制动器性能质量等方面的作用是不可代替的。
    一、制动器制动原理及性能试验原理
    在道路上进行制动性能试验时的评价指标为制动距离，是由驾驶员控制操纵器，通过传动器，由制动器产生与车辆运动相反方向的作用力，通过轮胎与地面的摩擦作用完成制动过程。因此，地面制动力的数值取决于两个摩擦副的作用：一个是制动器内制动摩擦衬块与制动盘间的摩擦力；另一个是轮胎与地面间的附着力，其中附着力与轮胎结构及路面状况、车轮的运动状态有关。
    制动器性能试验台架是考核、评价制动器这一部件性能的专用试验装置。制动器性能试验台装有一套圆盘—惯性飞轮系统，它具有相当于各种型号制动器惯性的质量，由于在惯性飞轮上积蓄有能量，这就获得了相似于车辆行驶时的能量。
    试验台由电动机、传动轴、飞轮、制动器支架、转速测量装置、浸水装置和操纵装置等组成，并有风机向这一设备输送相当于实际行车时的风速。试验台采用等输入的制动方式，即根据特定的减速度，通过调节制动缸压力获得所需要的制动力，然后保持这一制动力进行制动，观察制动减速度的变化，以考核制动性能。
    二、制动器性能试验台模拟机系统设计与关键技术
    制动器性能试验台模拟机是对真实的盘式制动器性能试验台的微型化、模型化处理。笔者设计的是一种单轮的惯性式的小型试验台。惯性式制动器试验台的基本原理是通过电动机、传动机构驱动惯性飞轮组，带动制动盘旋转从而模拟车辆运行状况，当装在从动轴上的制动盘动作时，其制动过程就再现出来，从而可以很方便地测试制动器的各种参数。如果想取得模拟机不同大小的转动惯量值，可调整惯性飞轮组进行模拟（如图1所示）。
    <IMG src="http://ae.nstl.gov.cn/stdCarElec/CollInfo/images/2007/5/25/84108.jpg">
    （一）电机的选用
    选用台湾东力公司的单相US交流无段变速付电动机，US525-002B型，参数如下：输出功率为25W；可调速范围为90～1700r/min；额定电流为0.35A；磁极数P为4个；消耗电功率为60W；启动电容为1.5μF，启动转矩为1200g·cm。
    电机扭矩输出端直接与摩擦盘式电磁离合器相连接，使在测试性能过程中电机不断电而使电磁离合器断开来测试制动器的性能，从而保护电机。由于采用了交流无段变速，故可以模拟各种转速下的制动过程。
    （二）飞轮组的设计
    I=0.5πHρR4（1）
    式中，ρ为材料密度，材料选用Q235A，取ρ=7850kg/m3；H为飞轮厚度，R为飞轮半径。
    所设计的飞轮尺寸如下：
    飞轮5：H=25mm，R=42.5mm，等效转动惯量为0.001kg·m2，质量为1.005kg；
    飞轮7和10：H=25mm，R=47.8mm，等效转动惯量为0.002kg·m2，质量1.239kg；
    飞轮12：H=25mm，R=60mm，等效转动惯量为0.004kg·m2，质量2.062kg。
    实现模拟惯量的耦合，需要将各个飞轮的等效转动惯量以几何级数的关系设计。在模拟惯量计算时，应考虑转动系统惯量，转动系统惯量由电机轴、联轴器、摩擦离合器、牙嵌离合器、主轴和试件夹具的惯量组合，其值为0.004kg·m2。
    （三）电磁离合器的选择与安装
    较小飞轮与DLY-0型（规格1.2A）牙嵌式电磁离合器连接，较大飞轮与DLY-5型（规格2A）牙嵌式电磁离合器连接，即每一个飞轮都与电磁离合器相连接，可以实现模拟不同惯量的情况。这类离合器具有结构简单，外型小，允许结合频率高的优点。4个飞轮在轴上对称布置，这样可以减少飞轮在运转过程中的动平衡量。
    试验台主机造型应能实现试验台的整体性，且具有良好的减振性、安全性和外部造型。其中，主轴部分执行制动能量实际值的模拟和变换，并由计算机监控。
    三、模拟机制动驱动系统
    制动驱动采用气压驱动的方式，如图2所示为气动控制回路，即由二位三通电磁换向阀、单向节流阀、减压阀、压力传感器、气源装置和制动缸组成制动驱动系统回路。二位三通电磁换向阀、节流阀、减压阀（气动三联件）、制动缸均选用微型或小型元件。各种元件作用如下：单向节流阀通过调节流量的大小，来控制气缸的速度，这是由于气缸活塞杆速度的大小与气体的流量有关；压力传感器用来测量通入气缸的压力；二位三通电磁阀用电控的方式控制气动回路通路与闭路；减压阀（气动三联件）的作用是调节气动回路中的压力大小，防止气动回路的压力过大而使气动元件损坏。
    <IMG src="http://ae.nstl.gov.cn/stdCarElec/CollInfo/images/2007/5/25/84109.jpg">
    工作原理为：通过调节减压阀的压力值及流量阀流量获得需要的制动力的大小和速度，压力传感器显示制动状态下的压力大小，然后保持这一制动效果。双向电磁换向阀在制动过程中，先将YA0接通，气缸动作将被测制动器制动，到a1位开始制动，然后直到被测小型制动器停止转动为止。后将YA0断开，制动缸在弹簧力下回位，使制动缸恢复原位，制动过程结束。优点是：结构简单，成本低，使用维修方便。
    四、制动器试验台模拟机测试系统的智能化
    随着计算机技术的发展，各种测试技术也得到了飞速的发展。在计算机控制下的测试过程变得更加高效、简捷、灵活。计算机对各种电量和非电量进行测量、数据处理、设备控制以及结果输出。采用计算机辅助测试（Computer Aided Test，简称CAT）具有强大的优势，如强大的数据处理功能，较高的测试精度，保证测试系统的实时性，防止人为误差，试验效率高，易于实现智能化控制等。笔者运用计算机辅助测试技术和电子技术，对制动时获得的数据进行数据采样、分析、传输存储等。
    模拟机测试系统如图3所示。由计算机发出信号开始，通过I/O接口，向单片机发出指令，使单片机发出指令通过继电器，使离合器与电机断开，然后单片机发出3路信号：一是通过计时器记录时间；二是将转速传感器测得的转速信号，通过A/D转换，变成数字信号送到单片机内；三是单片机发出指令通过继电器，控制二位三通电磁阀动作，将其制动。与飞轮联接的电磁离合器还与另一个继电器联在一起，以便单片机发出指令控制飞轮实现不同惯量的模拟情况。开关电路作用是提供与电机连接的摩擦盘式电磁离合器、与飞轮连接的电磁离合器、制动驱动系统中的二位三通电磁阀的电源，采用+24V供电。
    <IMG src="http://ae.nstl.gov.cn/stdCarElec/CollInfo/images/2007/5/25/84110.jpg">
    模拟实验台采用计算机控制。全部数据采集、处理和控制均由计算机完成。操作系统采用Windows系统。硬件系统包含有2个接口，即A/D、I/O。A/D是采用8位单通道转换器，转换时间少于20s，采样频率为40kHz，可达到高速采样目的。模拟量输入范围为0～5V，本试验台采用了2个输入通道。继电器由计算机输出开关控制信号，用于控制制动器操纵驱动电磁离合器。I/O为并行输入输出口，主要用于测量转速。软件进行小型制动器的制动性能检测，对制动器初速度、制动间隔时间、制动次数等进行自动控制与测量，通过计算机可以实现多通道信号在线自动采集处理和打印报表等。
    五、结论
    该模拟机采用机械开式方式，控制采用开环系统。质量小（约20kg）、体积比较小。作为一种模拟式制动器实验台，与真实的实验台相比，功能上不太完备，但可以模仿制动器性能试验台的工作方式，为实验室提供所有的模拟性检测；提供试验台电控实验的实物平台；在教学方面提供在计算机软件模拟测试和在展览会上展示产品模型时有不可替代的作用，是对实际制动器试验台小型化、模型化的再现（该课题已申请了国家发明专利，专利申请号是：200610124881.3）。
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