航空剎車裝置動力試驗臺參數標定

馬艷陽，董豐收，劉 鵬，李衛東，趙 強

(1.陜西國防工業職業技術學院，陜西 西安 710302;2.中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710032;3.陜西金泰氯堿化工有限公司，陜西 西安 710004)

0 前言

航空輪胎、機輪剎車裝置動力試驗臺用于對飛機輪胎、機輪和剎車裝置在接近典型的飛機出擊狀態下，按一定試驗程序進行綜合性試驗。包括:滑出、起飛、用或不用剎車的條件下著陸等的狀態模擬。

在進行試驗過程中需要精確的控制鼓輪的轉速、加速度、能量狀態等過程參數，以往的機械慣量試驗臺在實驗過程中沒有實際摩擦阻力、風阻、慣量偏差的補償，試驗數據偏差較大、不能反映實際的摩擦材料性能。新型的航空輪胎、機輪剎車裝置動力試驗臺采用了新型的電慣量模擬技術。電慣量模擬試驗臺在進行調試和標定時對鼓輪系統的基本特性進行測定和補償修正。

標定的主要參數包括:試驗臺系統阻力、試驗臺系統慣量、試驗臺鼓輪系統靜態轉速精度、試驗臺鼓輪系統最高轉速和剎車試驗臺鼓輪最大加(減)速度。本文主要介紹航空輪胎、機輪剎車裝置動力試驗臺系統阻力和系統慣量參數標定方法。主要調試項目為試驗臺的剎車試驗過程中的電慣量模擬、飛機輪胎試驗的滑跑等。

1 剎車試驗臺設備組成

飛機航空輪胎剎車試驗臺主要由主鼓輪、機械加載系統、拖動電機、飛機機輪、機輪剎車裝置、液壓加載系統、測控系統、電機扭矩傳感器、剎車扭矩傳感器、加載拉壓傳感器、鼓輪速度傳感器、機輪速度傳感器、剎車裝置溫度傳感器等組成，如圖1所示。

圖1 飛機輪胎剎車試驗臺設備組成Fig.1 Test equipment for aircraft tire brake

2 剎車試驗臺系統阻力標定

剎車試驗臺系統阻力由系統風阻和系統摩擦阻力組成。系統風阻與鼓輪運行速度相關，而摩擦阻力和鼓輪自身重量及系統加載相關。系統風阻和摩擦阻力在鼓輪運行時共同作用在鼓輪系統上，在進行摩擦阻力及風阻綜合測試時，無法將摩擦阻力和風阻分開。故在進行鼓輪系統阻力測試時將系統風阻及摩擦阻力統一考慮。

2.1 剎車試驗臺系統阻力標定方法

在進行系統阻力測試時，進行(30、60、90、100、120)km/h……直至最高速度下不同加載時的系統阻力測試，不同加載的跨度為30 000 N，進行 (30、60、90、120、150、180、210)kN……直至最大加載力下系統阻力測定。當鼓輪在恒定加載、恒定速度運行時，系統阻力測定數學模型為:

鼓輪系統阻力=電機通過扭矩傳感器對鼓輪系統的扭矩輸出

基本測量過程如下:(1)通過加載系統給機輪一個恒定的加載力(可以為零)。(2)通過電拖系統旋轉鼓輪到某一固定的速度。(3)使用具有求平均值功能的測量儀表，測量扭矩傳感器輸出并記錄。(4)記錄已經進行平均值運算的傳動裝置電流輸出。

2.2 剎車試驗臺系統阻力標定結果

按照上述測量方法，記錄測量結果。180 kN加載力時速度曲線如圖2所示。直流傳動系統測量的系統摩擦阻力見表1。

表1 180 kN加載時直流傳動系統測量的系統摩擦阻力Tab.1 Frictional resistance measured by DC drive system as loading force is 180 kN

圖2 180 kN加載力時速度曲線Fig.2 Speed curve as loading force is 180 kN

不同加載力下測量的系統阻力矩曲線如圖3所示，將此曲線通過編程輸入到PLC中，對傳動系統進行不同加載力下的摩擦補償。

圖3 不同加載力時速度－系統阻力矩曲線Fig.3 Curves of speed versus system resistance in different loading force

3 剎車試驗臺系統慣量標定

鼓輪、聯軸器及傳動軸的轉動慣量是一個定值，與部件的幾何尺寸，材料密度等密切相關。可以通過拖動系統的相關試驗來實測其轉動慣量。

3.1 剎車試驗臺系統慣量測量方法

鼓輪系統轉動慣量的測量原理為:通過測量獲得鼓輪運行速度曲線及相對應的時間關系，任意取t1、t2時刻的轉速n1、n2以及通過儀表測得的鼓輪加速扭矩(Td)帶入式(1)，可以求出鼓輪的GD2，并通過式(2)求出剎車試驗臺鼓輪系統慣量J。即

基本測量過程如下:(1)開啟計算機速度、時間記錄畫面。(2)快速啟動鼓輪系統并加階躍給定300 km/h轉速。(3)通過儀表測量電機對鼓輪的加速扭矩平均值并記錄。(4)鼓輪在300 km/h狀態運行時，給鼓輪加零速階躍給定。(5)通過儀表測量電機對鼓輪的加速扭矩平均值并記錄。(6)抓取鼓輪運行的速度、時間記錄畫面。

3.2 剎車試驗臺系統慣量測定結果

(1)加速段轉動慣量。圖4為在電機額定扭矩下第一次慣量測定的速度曲線(加速段)。在圖4的電機加速段測的的扭矩傳感器信號為2.700 V(即:Td=27000 N.m)。

圖4 在電機額定扭矩下第一次慣量測定的速度曲線(加速段)Fig.4 Speed curves obtained in the first inertia measurement in motor rated torque(acceleration)

根據圖4可知:

加速段轉動慣量為

由公式(3)可得:J1=16 312 kg·m2

(2)減速段轉動慣量。在電機額定扭矩下第一次慣量測定的速度曲線(減速段)如圖5所示。在圖5的電機減速段測的的扭矩傳感器信號為:2.950 V，即Td=2 950 N·m。

圖5 在電機額定扭矩下第一次慣量測定的速度曲線(減速段)Fig.5 Speed curve obtained in the first inertia measurement in motor rated torque(deceleration)

根據圖5可知:

則J2=16 437 kg·m2，鼓輪系統慣量測量進行兩次階躍啟動和兩次階躍停止，在共計四段加速、減速的速度曲線中取16個節點進行八次鼓輪系統慣量計算，計算結果見表2。

表2 鼓輪系統慣量計算結果Tab.2 Calculated inertia of drum system

對所獲得的八個慣量測量值進行算術平均后得:鼓輪系統慣量為16 119 kg·m2。

4 結論

電拖系統在剎車過程中模擬不同的鼓輪慣量進行剎車試驗。其目標為在剎車開始到剎停鼓輪的過程中將需要補充或吸收的能量均勻的補充到鼓輪系統中，只有將系統阻力和系統慣量測量準確才能有效的將能量補充到鼓輪系統中，文中提出的標定方法通過一年多的應用，效果良好，實踐證明采用對摩擦阻力、風阻、慣量偏差進行補償，其偏差由原來的5%減少到1%，為類似試驗臺的設計提供參考。

［1］田廣來，謝利理.機輪剎車系統的控制與仿真技術［J］.測控技術，2006(2).

［2］李衛東，董豐收，張廣勇.鐵路機車車輛用制動動力試驗臺的特點及分析［J］.重型機械，2012(1).