新型制动器静态制动力矩测试装置的研发 百坚毅 苏文胜 顾旭波 李云飞 李德瑞 １江苏省特种设备安全监督检验研究院无锡分院无锡２１４１７４ ２江苏省特种设备安全监督检验研究院昆山分院 昆山２１５３００ 摘 要：针对传统的制动器静态制动力矩测试装置在实际应用中测试麻烦、效率低、存在安全隐患的问题， 研发一种结构合理、操作方便的制动器静态制动力矩自动测试装置，以测量实例验证该方法的有效性和精确性。 关键词：制动器；静态制动力矩；液压杠杆法；测试装置 中图分类号：Ｕ４６３．５１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—０７８５（２０１４）０ｌ一００７０—０４ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ｓｏｍｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｃｏｍｐｌｅｘ ｔｅｓｔ，ｌｏｗ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ ｈａｚａｒｄｓ ｉｎ ａｃｔｕａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｔｉｃ ｂｒａｋｉｎｇ ｔｏｒｑｕｅ ｔｅｓｔ ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｂｒａｋｅ，ａ ｎｅｗ ｓｔａｔｉｃ ｂｒａｋｉｎｇ ｔｏｒｑｕｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｅｓｔ ｄｅｖｉｃｅ ｗｉｔｈ ｐｒｏｐｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｉｍｐｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｉｎ— ｓｔａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｒａｋｅ；ｓｔａｔｉｃ ｂｒａｋｉｎｇ ｔｏｒｑｕｅ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｌｅｖｅｒ ｍｅｔｈｏｄ；ｔｅｓｔ ｄｅｖｉｃｅ ０ 引言 矩的测试具有重要意义。ＴＳＧ Ｑ７ｏ１４－－２ｏｏ８《起重 机械安全保护装置型式试验细则》规定，所有制 制动器是使机械中的运动件减速或停止的机 动器都应该进行型式试验，但是，参看相关制动 械零部件，其广泛应用在起重、冶金、矿山、港 器的行业标准关于静态制动力矩试验的要求 Ｊ， 口、建筑、建材、电梯、交通等领域，在国计民 大多采用砝码法，该方法虽然简单，但存在诸多 生行业发挥着重要作用¨ 。根据｛２０１３～２０１７年 不足。为此，本文充分利用液压杠杆原理和计算 中国工业制动器行业发展前景预测与转型升级分 机技术，研发了制动器静态制动力矩的自动测试 析报告》的预计，我国工业制动器行业在未来几 装置，提高静态制动力矩的检测效率和测试精 年内仍将保持１０％～２０％的年增长率。起重机械 度。 制动器作为起重机械重要的安全保护装置，２００３ 年，国家质量监督检验检疫总局将起重机械制动 １传统试验方法——砝码法 器纳入强制性许可范围，起重机械用制动器在安 该方法试验装置如图１所示，主要由杠杆、 装使用前必须进行型式试验。 砝码、砝码钩和制动轮等组成，通过杠杆原理， 静态制动力矩是衡量制动器性能的最重要参 在一端施加一定数量的砝码以计算出制动器静态 数之一，也是起重器试验系统性能测试的主要数 制动力矩的大小。 据之一。特别是对于起升机构，一旦静态制动力 Ｍｊ＝９．８［（Ｇ＋Ｇ１）Ｌ＋Ｇ２ａ］ 矩不足，就可能引起载重下滑甚至坠落，导致重 式中： 为静态制动力矩，Ｎ・ｍ；Ｇ为砝码 大人员伤亡和财产损失，研究起重机静态制动力 质量，ｋｇ；Ｇ 为砝码钩质量，ｋｇ；Ｇ：为杠杆质量， 参考文献 系统设计［Ｊ］．起重运输机械，２００６（１１）：１９—２１ ［１］朱同坤．运用状态检测技术解决装船机的振动问题 ［Ｊ］．起重运输机械，２００７（４）：６７—７２． 作者地址： 江苏省南通市开发区通盛大道１８５号南通航运 ［２］杨浩，许宁，汪大春．装船机臂架俯仰缓冲器的选型 职业技术学院交通工程系 和使用［Ｊ］．起重运输机械，２００６（１１）：７３． 邮 编： ２２６０１０ ［３］李立顺，孟祥德，詹隽青，等．整体自卸车ＰＬＣ控制 收稿日期： ２０１３一Ｏ１—２３ 一７０一 《起重运输机械》 ２０１４（１） ｋｇ；Ｌ为砝码重心至制动轮中心的距离，ｍ；０为 杠杆重心至制动轮中心的距离，ｎｌ。 １．砝码及砝码钩２．杠杆３．制动器底座 ４．制动轮５．制动器 图１砝码法试验装置 采用砝码法进行静态制动力矩试验，存在使 用的砝码多，试验人员体力劳动大，试验时间长 等诸多不便。而且，由于制动器体积大，实际操 作过程中制动器的制动力矩受到多种因素的影响， 与刚开始所设置的设计值之间有很大的差异，需 要加挂配重时，只能慢慢调试，给静态制动力矩 测试带来很多不便，且配重级数有限，使得静态 制动力矩测试精度及测试效率低。另外，一旦产 生摩擦相对运动，配重将加速下落，存在安全 隐患。 ２ 新型试验方法——液压杠杆法 基于传统测量方法的诸多不足，本文介绍了 一套能自动完成工业制动器静态制动力矩测试的 新型自动测量试验装置。该方法试验装置如图２ 所示，主要由液压缸、杠杆、位移传感器、推动 轮和制动轮等组成。 １．杠杆２．液压缸３．压力传感器４．液压装置底座 ５．齿形滑块组和位移传感器６．推动轮７．制动轮 ８．可升降制动器底座９．制动器 图２液压杠杆法试验装置 《起重运输机械》 ２０１４（１） 测试前首先按照所测制动器的参数（主要是 制动轮直径）在系列中选配合适序号的制动轮， 调整高度安装到位后，将可升降制动器底座用螺 栓固定。从计算机页面中调出静态制动力矩试验 模块，将被试验的制动器置于松闸状态，通过回 落将液压缸液压油收回液压控制站，再将制动器 置于抱闸状态，点击开始试验。试验装置工作原 理如图３所示。 图３试验装置原理图 试验时计算机将自动给液压缸加压，提供控 制模块缓慢增加液压缸压力。当液压缸产生的静态 驱动力矩达到电力液压鼓式制动器的静态临界点时， 一直处于抱闸中的制动轮产生明显的转动位移，同 时带动齿形滑块处的位移传感器输出脉冲信号，计 算机捕捉到该脉冲信号就会停止给液压缸增压。在 此过程中，计算机一直记录压力传感器压力值变化， 自动找到最大压力值点，得出该电力液压鼓式制动 器的静态制动力矩，计算公式为 Ｆ１ １＋Ｆ２Ｌ２＝０ Ｌ１＝Ｌ２ Ｆ２＋Ｆ＝０ Ｍｊ＝儿＝Ｆ１Ｌ 式中： ｉ为静态制动力矩，Ｎ・ｍ；Ｆ 为液 压缸工作推力，Ｎ；Ｆ：作用在支撑杆右端的反作 用力，Ｎ；Ｆ为推动轮上的作用力，Ｎ；Ｌ为推动轮 的半径，ｍ；Ｌ 为支撑杆左端距支撑点距离，ＩＴＩ； Ｌ：为支撑杆右端距支撑点旋转半径，ｍ。支撑杆质 量因为在设计时已做平衡设计，重心在支撑点上； 推动轮作对称设计；故其重力影响为０。 该试验装置运用计算机技术自动寻找制动力 矩的静态临界点，采集试验数据并加以处理和显 示检测结果。由于摒弃了人工干扰造成的误差及 砝码个数的限制，其测量精度较高，劳动强度大 一７１— 幅降低。需要说明的是，图２为轮式制动器的试 验装置图，只需将图中制动轮更换为制动盘，即 可测试盘式制动器的静态制动力矩。 证其测量精度为０．２％，远远高于ＪＢ／Ｔ ６４Ｏ６— ２００６中砝码的误差等级，符合国家计量的高标准。 ４ 实例 以某企业制动器为例，对其进行静态制动力 矩测试，前后２次的测试结果如图４、５所示。可 ３测量精度分析 对比人工操作，新型试验台的测试精度明显 更高，而且传统的试验方法中砝码总量是累加而 成，其测量结果为非连续数据。新型试验台采用液 压缸平稳增压而使测量结果与实际无缝对接，可以 显示制动器静制动力矩下受力曲线，进一步提高了 以看出，前后２次测试结果重复性较好，说明了 本试验装置的稳定性较好。图４中，由于液压缸 的平稳增压，静态力矩曲线呈近似直线上升，直 至静态临界点。图５描述了计算机自动记录的曲 线，Ａ点对应计算机上点击开始试验，此时液压站 的驱动电机开始工作，输出压力，由于要经过一 段油管，直至Ｂ时刻液压缸才有压力，此后压力 测量精度，新型试验台也有一定的测量误差。 测量静态制动力矩误差主要来源是由压力传 感器分辨率不足带来的误差△ ；；其数值为 △Ｍｊ＝Ａ６Ｆ１Ｌ 逐渐增加，达到ｃ点的静态临界点，试验结束。 计算机会根据记录的曲线自动计算静态制动力矩 和静态摩擦因数。 ｕＳ ｌ ＯＯ ０ ９０ ０ ８Ｏ Ｏ ７Ｏ Ｏ ６Ｏ Ｏ ５Ｏ ０ ４０ 式中：△６为压力传感器分辨率。本试验装置 中压力传感器的分辨率为０．２％，故该装置可以保 Ｍｂｓ Ｐ｝Ｎ ５０ ０００ ４５ ０００ ４０ ０００ ３５ ０００ ３０ ０００ 静态曲线 ９ ０００ ８ ０００ ７ ０００ ６ ０００ ２５ ０００ ５ ０００ ２０ ０００ ４ ０００ １５ ０００ ３ ０００ １０ ０００ ２ ０００ ５ ０００ １ ０００ ０ ６００ １ ２００ １ ８００ —２ ４００ ３ ０００ ３ ６００ ４ ２００ ４ ８００ ５ ４００ Ｏ ３０ ０ ２Ｏ ０ １０ 时间 图４第１次静态制动力矩测试结果 Ｍｂｓ ５０ ０００ ４５ ０００ ４０ ０００ ３５ ０００ ３０ ０００ ２５ ０００ ２０ ０００ １５ ０００ １０ ０００ Ｕｓ ｌ ００ ０ ９０ ０ ８０ ０ ７０ ０ ６０ ０ ５０ ０ ４０ ０ ３０ ０ ２０ Ｏ ｌＯ ５ ０００ 图５第２次静态制动力矩测试结果 再以某企业生产的一台ＹＷＺ 一５００／Ｅ２０１型 表１ ＹＷＺ４—５００／Ｅ２０１制动器误差 分析结果 Ｎ・Ｉｎ 电力液压鼓式制动器的静态制动试验为例。该制 动器制动轮直径５００ ｍｍ，额定制动力矩２ ５００ Ｎ・ ｍ，中心高４００ ｍｍ，其推动器型号Ｅｄ一２０１／６，额 定推力２ ０００ Ｎ。该制动器静态制动力矩测试结果 如表１所示。 一试验次数 测试结果 ｌ ２ ３ ３ ２６２．５０ ３ ３０７．００ ３ ２７５．００ 均值 标准差 标准差系数 ３ ２８１．５ １８．７４ ０．５７％ ７２一 《起重运输机械》 ２０１４（１） 纠偏控制技术在桥、门式起重机中的应用 徐伟锋宋兴海 浙江麒龙起重机械有限公司 绍兴文章编号：１００１—０７８５（２０１４）０１—００７３—０２ ３１２０００ １纠偏检测控制系统 为解决桥、门式起重机啃轨问题，可以利用 纠偏检测技术，通过安装在桥、门式起重机大车 机构左右两侧的绝对值旋转编码器装置检测，由 Ｐｒｏｆｉｂｕｓ现场总线将其两侧的检测信息传输给可编 动机构为主动机构，则另一侧为被动机构。而该 起重机大车运行主动机构的行走速度可根据ＰＬＣ 给定，采用变频调速调整输出力矩，并结合ＰＩＤ 算法进行控制，被动机构则跟随主动机构的行走 速度而相应变化。 ＰＬＣ 一一主变频器 … ｕｕ 一一一］ 程控制器ＰＬＣ中，经ＰＬＣ内的程序逻辑运算及比 主令 ｌ速度 速度ｌ 。——！ ， ｌ速度ｌ逦至『， ．， ．１力距Ｌ 网 信号 较后，将控制运行信号和力矩变化的调整信号传 输给大车左右２个变频器，使得其中一侧的输出 力矩快速、自动、准确地跟随另一侧的输出力矩 变化而变化，从而消除该起重机大车运行机构两 侧行走的偏斜量，达到控制的目的。 本纠偏检测控制系统为负反馈闭环控制系统， 其主要由绝对值旋转编码器、ＰＬＣ、变频器、现场 总线和驱动机构组成。其纠偏检测系统结构如图１ 所示。该纠偏检测控制系统，首先可定义桥、门 式起重机大车运行左右侧驱动机构的其中一侧驱 由表１可知，新型试验台的测量标准差系数 为０．５７％，说明该静态力矩试验装置在反复测试 厂．［ — ［ ］．＿Ｊ ｌ位置（从 ｔ ｌ， ｇ，．且Ｌ＋、土 ｉ 从变频器 １ 司睡 ｌ力距ｌ 囱 ～一 —Ｊ —－一，．１ｌ网 ｛目：霄！：ｌｒ 一 ！丛２Ｈ．（』 图１纠偏检测系统结构 因为起重机上的力矩调整要比速度调整相应 参考文献 中能保持性能稳定，重复性良好，精度较高，完 全优于国家试验标准的方法。 ［１］路建湖，赵梦临．工业制动器惯性试验台［Ｊ］．起重运 输机械，２００８（６）：８９—９１． ［２］王全伟，文豪，郭遐．起重机械制动器惯性试验系统 ５ 结语 基于传统测量方法的诸多不足，本文介绍了 一及制动力矩测试方法［Ｊ］．起重运输机械，２００８（８）： ９０—９３． ［３］ＪＢ／Ｔ ６４０６－－２００６电力液压鼓式制动器［ｓ］． ［４］ＪＢ／Ｔ ７０２０－－２００６电力液压盘式制动器［ｓ］． ［５］ＪＢ／Ｔ １０９１７－－２００８钳盘式制动器［Ｓ］． 作 地 邮 者：百坚毅 址：无锡市惠山区堰新路３３０号国家桥门式起重机 套能完成制动器静态制动力矩测试的新型自动 测量试验装置。该装置采用液压杠杆法和计算机 技术，采集试验数据并加以处理和显示检测结果， 比传统的砝码法测试精度高，劳动强度低，性能 稳定可靠。对制动器静态力矩检测实例，论证了 该方法的有效性和精确性，可推广应用于各种型 号的电力液压鼓式（盘式）制动器的型式试验和 产品检验工作中。 《起重运输机械》 ２０１４（１） 械产品质量监督检验中心 编：２１４１７４ 收稿Ｅｔ期：２０１３—１０—１２ —７３—