摘要：慣性制動器根據慣性制動原理設計，它是融合制動、聯軸節、離合器以及三者相互轉換功能于一體的新型裝置，慣性制動技術是我公司申請我國以及許多國家的專利發明。通過型式試驗方法，對慣性制動器的靜態和動態制動力矩及其使用壽命進行測試（試驗臺經過“國家起重運輸機械質量監督檢驗中心”的認可），從而為產品的設計、生產、使用維護等要素提供試驗數據，進而全面提升制動器產品的設計試驗依據。

關鍵詞：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（負載）在運動體內構成一個內力平衡系統；利用運動本身自身的慣性力，通過特定的裝置轉換為制動該運動體的制動力。圖1.1為慣性制動器三維圖

 

圖1.1

1.2  慣性制動器現狀及趨勢

在港口、冶金、鐵路、礦山、電力、建筑、起重運輸等行業中有主動軸和從動軸傳遞扭矩的各類機械傳動裝置設備中，對制動機構可靠性的研究一直是人們關注的重點。其港口驅動行走機構的制動設備裝置，在機構中承擔工作制動以及安全制動作用，在設計、制造以及使用維護時，當改變其傳動設備時，需要掌握該裝置的制動性能和變化規律，采取針對性措施，以增強其安全性和可靠性。因此，對工作制動器裝置的制動性能及其影響因素進行定性定量的型式試驗，對提高產品的質量意義重大。

港口設備行走系統制動裝置有很多種形式，在8驅的門座式起重機行走機構中，驅動輪采用慣性制動器裝置進行行走制動，在使用中隨著行走電機運行而打開、停止而制動，具有簡單、快速、方便等特點，目前在港口設備使用方面有著廣泛的應用，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器額定制動力矩范圍內可以調節制動力矩的大小，為慣性制動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。

1.2 慣性制動器性能特點

1）、啟動不帶摩擦負荷、無滯后現象；

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制動功能；

4）、設有保開（保持打開）裝置，能快速地、安全地實現手動或點動使制動器有開到閉合或閉合到開的轉換，可實現動態防風和限速安全制動。也可設置延時裝置，能控制制動器在主機斷電后降到設定值時才開始制動，使制動更平穩；

5）、手動打開裝置能滿足設備在停電狀態下解除制動，便于滾動挪移，以防止損壞行走機構及軌道，方便檢修和調試；

6）、點動打開裝置能夠滿足在作業過程中，通過拖動電機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。根據產品的使用方式進行模擬設計，在同一個平面上通過驅動電機帶動制動器此時通過制動器所模擬的對偶力參加相對運動的阻力（磁粉制動器）來打開制動器，其次來制動模擬慣量，制動中通過測量設備對制動器性能檢測。在標準的頻率根據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器型式試驗方案。

試驗對象為QGZ-PD01-04產品兩臺（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、磁粉制動器等，并且測量設備通過相關部門的檢驗。

3  試驗原理、方法及慣性制動器工作過程

3.1 試驗原理

慣性制動器動態制動力矩測試原理，是根據慣性制動器原理及其現場的使用工況來設計模擬阻力慣量（飛輪），通過PLC程序控制啟動與停止及其數據采集，通過電機轉動同時傳遞給飛輪及其其他輔助設備同時工作，電機停止工作時，由飛輪產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、運行力矩、啟動力矩等所檢測的數據。

靜態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下，通過傳輸軸上的扭力來檢測其靜態制動力矩（本試驗采用杠桿原理來測試）。

圖3.1為動態制動力矩型式實驗臺試驗設備布局

圖 3.1

靜態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下通過杠桿在傳輸軸上一支點來檢測，在杠桿的另一側掛上托盤，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使用次數而設計制動器各零件的壽命設計。因此通過國家起重運輸機械質量監督檢驗中心對壽命試驗的嚴格要求，及其整個過程進行視頻跟蹤，進行長時間連續打開與閉合試驗。

 

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）其次通過對電機轉速的改變，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，在其運行中飛輪轉動慣量能否維持制動器一直處于打開狀態，從而檢測所需打開阻力。

      4）為驗證設備在工作中制動器未正常打開情況下，對設備是否有影響。所以對制動器進行失去對偶力試驗，測試力矩的變化來判斷是否對使用設備有影響。

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時間和放松時間的決定；二是機械負載運轉階段，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時間和制動力矩增長時間

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；

制動器基本參數

規格	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

      ：制動初轉速，單位 r/min

       ：額定制動力矩，單位 N.m

根據制動器單次制動功計算被測試制動器對應模擬轉動慣量，計算公式如下：

= 182

      式中：

      ：制動軸上模擬總轉動慣量，單位㎏.㎡

   :制動初轉速，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以及慣性制動器額定制動力矩得出：

=

M_d =450 N.m  則

=4.28 ㎏.㎡

得出

規格	額定力矩（N.m）	制動初轉速(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制動力最大值為464 N.m 平均制動力矩410 N.m,根據《企業標準》中規定制動過程中平均動態制動力矩值應不小于90%的額定制動力矩值即：

M=450×90%

M=405 N.m

靜態測試數據如下表：

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

其中杠桿和砝碼盤自重產生的力矩為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   結論

1） 通過上述試驗方法測得曲線圖分析，動態平均制動力矩410 N.m大于405 N.m，滿足傳輸設備中工作制動的要求，并且符合設計理論值。

2） 通過速度曲線的反應，得出制動反應時間為0.2s,并且制動慣量所需時間為2s,能夠快速的進行制動從而達到有效的防突發加速度狀況。

3） 從靜態試驗數據分析出，靜態力矩為495N.m，為所選設備裝置制動器可以提供足夠的制動力矩，有效的能夠維持設備非工作狀態的安全。

4） 試驗開始曲線段分析，在其速度運行到一定的時候時，慣性制動器的運行力矩一直處于不變狀態，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備產生損壞。

5） 經過長時間連續試驗，并且對壽命試驗整個過程附有視頻記錄，產品在規定設計使用次數30萬。從試驗中得出（有視頻為依據），摩擦副稍有一點磨損，制動器各鉸鏈處沒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品零件能夠滿足使用設備的要求。

6   試驗現場

圖6.1 是慣性制動器現場試驗事物

 

圖 6.1

本次試驗經過“國家起重運輸機械質量監督檢驗中心”試驗人員現場監督試驗，并且通過嚴格的型式試驗考核，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品都相應做了同樣的型式試驗，同時取得國家起重運輸機械質量監督檢驗中心型式試驗相應證書。

7 實際使用情況

   該試驗為港口設備行走機構及其傳輸軸制動的機構裝置的選型、評估和驗證提供了切實可行的手段，并為安裝、維護提供了有效的試驗依據，具有指導意義、經濟效益和社會效益。

  

參考文獻

1） Q/AEKP 001-2011 《慣性制動器》長沙三占慣性制動有限公司企業標準

2）   張質文，王金渃 《起重機設計手冊》北京：中國鐵道部出版社 1998

 

作者： 長沙三占技術部型式試驗小組