摘要：惯性制动器根据惯性制动原理设计，它是融合制动、联轴节、离合器以及三者相互转换功能于一体的新型装置，惯性制动技术是我公司申请我国以及许多国家的专利发明。通过型式试验方法，对惯性制动器的静态和动态制动力矩及其使用寿命进行测试（试验台经过“国家起重运输机械质量监督检验中心”的认可），从而为产品的设计、生产、使用维护等要素提供试验数据，进而全面提升制动器产品的设计试验依据。

关键词：制动力矩；使用寿命；

1 概述

1.1惯性制动器简介

惯性制动器突破了传统的外力源（如电磁铁、电力液压推杆等）制动模式，是一项原始发明，其基本原理：有主动力（惯性力）克服制动力作用解除制动，与从动力（负载）在运动体内构成一个内力平衡系统；利用运动本身自身的惯性力，通过特定的装置转换为制动该运动体的制动力。图1.1为惯性制动器三维图

 

图1.1

1.2  惯性制动器现状及趋势

在港口、冶金、铁路、矿山、电力、建筑、起重运输等行业中有主动轴和从动轴传递扭矩的各类机械传动装置设备中，对制动机构可靠性的研究一直是人们关注的重点。其港口驱动行走机构的制动设备装置，在机构中承担工作制动以及安全制动作用，在设计、制造以及使用维护时，当改变其传动设备时，需要掌握该装置的制动性能和变化规律，采取针对性措施，以增强其安全性和可靠性。因此，对工作制动器装置的制动性能及其影响因素进行定性定量的型式试验，对提高产品的质量意义重大。

港口设备行走系统制动装置有很多种形式，在8驱的门座式起重机行走机构中，驱动轮采用惯性制动器装置进行行走制动，在使用中随着行走电机运行而打开、停止而制动，具有简单、快速、方便等特点，目前在港口设备使用方面有着广泛的应用，其在行走机构中的位置如图1.2

图1.2

并且根据设备的使用需求在制动器额定制动力矩范围内可以调节制动力矩的大小，为惯性制动器的选型和维护提供基础数据，达到设备的使用要求是本次试验的重点。

1.2 惯性制动器性能特点

1）、启动不带摩擦负荷、无滞后现象；

2）、操作频率不受限制，无能耗，不需电器和液压元件；

3）、同时具备非工作制动和防风制动功能；

4）、设有保开（保持打开）装置，能快速地、安全地实现手动或点动使制动器有开到闭合或闭合到开的转换，可实现动态防风和限速安全制动。也可设置延时装置，能控制制动器在主机断电后降到设定值时才开始制动，使制动更平稳；

5）、手动打开装置能满足设备在停电状态下解除制动，便于滚动挪移，以防止损坏行走机构及轨道，方便检修和调试；

6）、点动打开装置能够满足在作业过程中，通过拖动电机瞬间时启动解除制动。

1.3 型式试验介绍

   型式试验有很多种实验，此次型式试验以性能检测和使用寿命这两方面为主。根据产品的使用方式进行模拟设计，在同一个平面上通过驱动电机带动制动器此时通过制动器所模拟的对偶力参加相对运动的阻力（磁粉制动器）来打开制动器，其次来制动模拟惯量，制动中通过测量设备对制动器性能检测。在标准的频率根据模拟惯量制动力矩不变的要求下检测制动器的使用寿命。

2 试验准备

本试验首先是从设计理论分析、立项、试验方案策划等方面确立了惯性制动器型式试验方案。

试验对象为QGZ-PD01-04产品两台（随机抽样），并且设计、制作了所有的试验物品，如电机、扭矩仪器、飞轮、磁粉制动器等，并且测量设备通过相关部门的检验。

3  试验原理、方法及惯性制动器工作过程

3.1 试验原理

惯性制动器动态制动力矩测试原理，是根据惯性制动器原理及其现场的使用工况来设计模拟阻力惯量（飞轮），通过PLC程序控制启动与停止及其数据采集，通过电机转动同时传递给飞轮及其其他辅助设备同时工作，电机停止工作时，由飞轮产生惯量通过制动器来制动，这过程会通过扭矩仪器连接电脑显示出惯性制动器的制动力矩、运行力矩、启动力矩等所检测的数据。

静态制动力矩试验是飞轮处于无扭矩传递且惯性制动器闭合状态下，通过传输轴上的扭力来检测其静态制动力矩（本试验采用杠杆原理来测试）。

图3.1为动态制动力矩型式实验台试验设备布局

图 3.1

静态制动力矩试验方法在惯性制动器处于额定制动力矩且闭合状态下通过杠杆在传输轴上一支点来检测，在杠杆的另一侧挂上托盘，按砝码从小到大的量程来增加，使之下滑为止记录所加砝码的重量（试验方式见图3）。

 

图 3.2

惯性制动器的寿命型式试验根据使用次数而设计制动器各零件的寿命设计。因此通过国家起重运输机械质量监督检验中心对寿命试验的严格要求，及其整个过程进行视频跟踪，进行长时间连续打开与闭合试验。

 

3.2  试验方法

      1）通过改变惯性制动器的制动力矩来改变对飞轮的制动时间，从而来检测制动力矩对惯量不变的影响。

      2）其次通过对电机转速的改变，制动力矩不变的情况下，来检测对飞轮的制动时间。

      3)当改变其失去惯性制动器打开对偶力，即消除磁粉制动器，在其运行中飞轮转动惯量能否维持制动器一直处于打开状态，从而检测所需打开阻力。

      4）为验证设备在工作中制动器未正常打开情况下，对设备是否有影响。所以对制动器进行失去对偶力试验，测试力矩的变化来判断是否对使用设备有影响。

3.3 惯性制动器工作过程

惯性制动器作为常闭制动器，其工作过程如3.3图

 

图 3.3

从图3.3可以分析出，制动器的工作过程可以分为三个阶段：一是启动阶段，其时间的长短由制动器的反应时间和放松时间的决定；二是机械负载运转阶段，这段时间就是主工作时间，三是制动阶段，这段时间包括制动反应时间和制动力矩增长时间

4    试验数据计算及分析

依据试验原理设计理论分析及其所需模拟量的计算；

制动器基本参数

规格	额定制动力矩 N.m	打开间隙 ㎜	初始空程 ㎜	制动模量 N.m/㎜
QGZ-PD01-04	450	5	3	28.6

制动器许用单次制动功计算公式如下

W=

式中：

      W：许用单次制动功，单位 J

      ：制动初转速，单位 r/min

       ：额定制动力矩，单位 N.m

根据制动器单次制动功计算被测试制动器对应模拟转动惯量，计算公式如下：

= 182

      式中：

      ：制动轴上模拟总转动惯量，单位㎏.㎡

   :制动初转速，单位r/min

根据常用电机的使用规格采用功率11 KW、转速1000 r/min以及惯性制动器额定制动力矩得出：

=

M_d =450 N.m  则

=4.28 ㎏.㎡

得出

规格	额定力矩（N.m）	制动初转速(r/min)	惯量(㎏.㎡)
QGZ-PD01-04	450	1000	4.28

根据相应的惯量设计对应的飞轮。

通过试验仪器记录出QGZ-PD01-04制动器对飞轮制动过程并绘制成曲线如图4.1

 

                                                  
图 4.1

通过上图的分析动态制动力最大值为464 N.m 平均制动力矩410 N.m,根据《企业标准》中规定制动过程中平均动态制动力矩值应不小于90%的额定制动力矩值即：

M=450×90%

M=405 N.m

静态测试数据如下表：

规格	额定力矩N.m	砝码重量Kg	力矩N.m
QGZ-PD01-04	450	19.5	495

具体计算公式：

T=(M+m)gl+m₁gl₁

其中杠杆和砝码盘自重产生的力矩为111 N.m 即总制动力矩为：

△ T=T+111

主要制动力零件弹簧试验如图4.2

 

图 4.2

5   结论

1） 通过上述试验方法测得曲线图分析，动态平均制动力矩410 N.m大于405 N.m，满足传输设备中工作制动的要求，并且符合设计理论值。

2） 通过速度曲线的反应，得出制动反应时间为0.2s,并且制动惯量所需时间为2s,能够快速的进行制动从而达到有效的防突发加速度状况。

3） 从静态试验数据分析出，静态力矩为495N.m，为所选设备装置制动器可以提供足够的制动力矩，有效的能够维持设备非工作状态的安全。

4） 试验开始曲线段分析，在其速度运行到一定的时候时，惯性制动器的运行力矩一直处于不变状态，说明惯性制动器可以起到限速作用，能够防止行走时加速度过大对设备产生损坏。

5） 经过长时间连续试验，并且对寿命试验整个过程附有视频记录，产品在规定设计使用次数30万。从试验中得出（有视频为依据），摩擦副稍有一点磨损，制动器各铰链处没有出现卡死现象并且能够维护。试验结果使其充分验证了产品零件能够满足使用设备的要求。

6   试验现场

图6.1 是惯性制动器现场试验事物

 

图 6.1

本次试验经过“国家起重运输机械质量监督检验中心”试验人员现场监督试验，并且通过严格的型式试验考核，取得QGZ-PD01-04惯性制动器型式试验证书及其型式试验报告。其它惯性制动器系列产品都相应做了同样的型式试验，同时取得国家起重运输机械质量监督检验中心型式试验相应证书。

7 实际使用情况

   该试验为港口设备行走机构及其传输轴制动的机构装置的选型、评估和验证提供了切实可行的手段，并为安装、维护提供了有效的试验依据，具有指导意义、经济效益和社会效益。

  

参考文献

1） Q/AEKP 001-2011 《惯性制动器》长沙三占惯性制动有限公司企业标准

2）   张质文，王金渃 《起重机设计手册》北京：中国铁道部出版社 1998

 

作者： 长沙三占技术部型式试验小组