制動(dòng)器扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)研制

唐俊嶺

摘 要：汽車的制動(dòng)性是確保車輛行駛的主、被動(dòng)安全性和提升車輛行駛的動(dòng)力性的決定性因素之一。本文針對(duì)制動(dòng)螺栓松動(dòng)或斷裂強(qiáng)度要求，研究了制動(dòng)器強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)，它用變頻調(diào)速電機(jī)進(jìn)行加載，通過(guò)減速機(jī)調(diào)節(jié)速度，氣動(dòng)增壓缸提供制動(dòng)壓力，通過(guò)瞬間加載很大的制動(dòng)力矩，模擬實(shí)車制動(dòng)的極限工況，確認(rèn)制動(dòng)器總成狀態(tài)或疲勞極限。

關(guān)鍵詞：扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度;松弛滑移;疲勞耐久

1、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)概述

扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)主要由交流電機(jī)、傳動(dòng)鏈、減速機(jī)、扭矩測(cè)量裝置、試件工裝、氣動(dòng)增壓缸等部分組成。

1.1 試驗(yàn)機(jī)基本工作原理

測(cè)試臺(tái)測(cè)試制動(dòng)鉗支架總成參數(shù)的基本原理：首先由變頻調(diào)速電機(jī)和減速機(jī)驅(qū)動(dòng)制動(dòng)器連續(xù)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)方向可通過(guò)變頻器任意設(shè)定;然后通過(guò)氣動(dòng)增壓器提供制動(dòng)壓力源，通過(guò)扭矩測(cè)量裝置和PID控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)壓力和制動(dòng)扭矩的雙閉環(huán)控制，試驗(yàn)臺(tái)可連續(xù)變速加載，可完成制動(dòng)器扭轉(zhuǎn)疲勞、制動(dòng)鉗扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度及制動(dòng)鉗螺栓軸松弛滑移試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)臺(tái)主要參數(shù)

驅(qū)動(dòng)功率75KW;制動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速為0.5～500r/min;制動(dòng)壓力為35Mpa;扭矩測(cè)量范圍0.5～5r/min使用時(shí)，恒定扭矩25000N.m;5～50r/min使用時(shí)，扭矩20～10KN;50～180r/min使用時(shí)，扭矩10～3.5KN;180～500r/min使用時(shí)，扭矩3.5～1KN。

2、試驗(yàn)臺(tái)的研發(fā)

2.1 機(jī)械及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)在工作時(shí)，電機(jī)進(jìn)行頻繁的加減速控制，制動(dòng)器要頻繁制動(dòng)和釋放，機(jī)械臺(tái)架和試件安裝支架收到各種作用力，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)一定要保證它們有足夠的強(qiáng)度和剛度。為此，設(shè)計(jì)的強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)采用了焊接式框架結(jié)構(gòu)，從而可保證主機(jī)整體有足夠的強(qiáng)度和剛度。

2.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速機(jī)

扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及減速機(jī)要求能持續(xù)可靠工作，驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用交流變頻電機(jī)，轉(zhuǎn)速通過(guò)變頻器可任意設(shè)定，且散熱性能、減震防躁等性能均優(yōu)于普通電機(jī)。另外，考慮到制動(dòng)盤(pán)旋轉(zhuǎn)速度范圍高，而低速制動(dòng)扭矩大，高速制動(dòng)扭矩小，且可靠性要求極高，因此選用法士特公司生產(chǎn)的16JS200T重型車用變速箱，變速范圍1～17.04，最大輸出35000N.m，在換擋氣缸作用下，可實(shí)現(xiàn)速度不停機(jī)切換。

2.3 氣動(dòng)增壓系統(tǒng)

氣動(dòng)增壓系統(tǒng)是扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)臺(tái)核心之一。試驗(yàn)臺(tái)配置有專用的氣動(dòng)增壓系統(tǒng)，考慮到制動(dòng)扭矩變化大，高壓輸出（35MPa）高，且制動(dòng)壓力控制精度要求高，試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了專用的三級(jí)比例增壓缸。一方面伺服系統(tǒng)保證對(duì)制動(dòng)壓力的精確快速控制，另一方面三級(jí)增壓缸保證實(shí)現(xiàn)氣缸與制動(dòng)液的隔離，而制動(dòng)壓力的實(shí)時(shí)波形加載是通過(guò)比例閥對(duì)氣缸的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

3、測(cè)控裝置

測(cè)控裝置硬件是安裝在工業(yè)計(jì)算機(jī)內(nèi)的各類板卡通過(guò)測(cè)控裝置軟件系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換，主要包含AC6616P數(shù)據(jù)采集卡、繼電器板、IO控制卡及傳感器放大板等。

3.1 AC6616P板卡簡(jiǎn)介

AC6616P是一款多功能高精度A/D板，AD工作在軟件啟動(dòng)轉(zhuǎn)換、軟件查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束方式，采用PCI總線支持即插即用、無(wú)需地址跳線，板卡的所用功能設(shè)置皆可由軟件控制無(wú)需跳線設(shè)置。AC6616P具有16路單端/8路雙端模擬輸入，輸入程控放大器，二路DA輸出，32路開(kāi)關(guān)量，支持技術(shù)功能。AC6616P采用大規(guī)?？删幊涕T(mén)陣列設(shè)計(jì)，提高可靠性。

3.2 其他硬件設(shè)計(jì)

測(cè)控裝置的硬件除上述之外，還包含工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、信號(hào)處理板卡、拉壓力傳感器放大板、壓力傳感器、位置探測(cè)器和變頻器等組成。

4、測(cè)控軟件設(shè)計(jì)

測(cè)控軟件系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)的控制和管理，包括試驗(yàn)流程控制、信號(hào)采集處理、試驗(yàn)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控及故障診斷、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示、報(bào)表生成及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。系統(tǒng)軟件采用Labview進(jìn)行編寫(xiě)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用Access，操作系統(tǒng)Windows7。

5、應(yīng)用實(shí)例

應(yīng)用該試驗(yàn)臺(tái)對(duì)某型號(hào)鉗式制動(dòng)器進(jìn)行試驗(yàn)，圖所示為鉗式制動(dòng)器扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)制動(dòng)扭矩曲線，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，可以很直觀的觀察到緊固螺栓松弛滑移所需的制動(dòng)扭矩。并通過(guò)多次循環(huán)試驗(yàn)，判定螺栓松動(dòng)所用的耐久次數(shù)。

結(jié)論

本文介紹了一種汽車制動(dòng)器扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度及測(cè)定螺栓松弛滑移等性能試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用情況。系統(tǒng)采用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)使試件連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，比例增壓缸實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)壓力的持續(xù)平穩(wěn)加載，更接近試件的真實(shí)工況。試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，性能可靠，能完成制動(dòng)器的扭轉(zhuǎn)疲勞及螺栓松弛滑移試驗(yàn)，試驗(yàn)臺(tái)交付用戶使用后取得了良好的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]QC/T316-1999汽車行車制動(dòng)器疲勞強(qiáng)度臺(tái)架試驗(yàn)方法[S]，1999.