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行測試（試驗臺經(jīng)過“國家起重運輸機械質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心”的認可），從而為產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)、使用維護等要素提供試驗數(shù)據(jù)，進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（負載）在運動體內(nèi)構(gòu)成一個內(nèi)力平衡系統(tǒng)；利用運動本身自身的慣性力，通過特定的裝置轉(zhuǎn)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(xiàn)狀及趨勢
在港口、冶金、鐵路、礦山、電力、建筑、起重運輸?shù)刃袠I(yè)中有主動軸和從動軸傳遞扭矩的各類機械傳動裝置設(shè)備中，對制動機構(gòu)可靠性的研究一直是人們關(guān)注的重點。其港口驅(qū)動行走機構(gòu)的制動設(shè)備裝置，在機構(gòu)中承擔工作制動以及安全制動作用，在設(shè)計、制造以及使用維護時，當改變其傳動設(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(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)的門座式起重機行走機構(gòu)中，驅(qū)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(shè)備使用方面有著廣泛的應(yīng)用，其在行走機構(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提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，達到設(shè)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(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，以防止損壞行走機構(gòu)及軌道，方便檢修和調(diào)試；
6）、點動打開裝置能夠滿足在作業(yè)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(jù)產(chǎn)品的使用方式進行模擬設(shè)計，在同一個平面上通過驅(qū)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(shè)備對制動器性能檢測。在標準的頻率根據(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（隨機抽樣），并且設(shè)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(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輸機械質(zhì)量監(jiān)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(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(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；二是機械負載運轉(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)標準》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,能夠快速的進行制動從而達到有效的防突發(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(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。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“國家起重運輸機械質(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輸機械質(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)備行走機構(gòu)及其傳輸軸制動的機構(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、維護提供了有效的試驗依據(jù)，具有指導(dǎo)意義、經(jīng)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(yè)標準
2） 張質(zhì)文，王金渃 《起重機設(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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