制動器扭轉強度試驗機研制

唐俊嶺

摘 要：汽車的制動性是確保車輛行駛的主、被動安全性和提升車輛行駛的動力性的決定性因素之一。本文針對制動螺栓松動或斷裂強度要求，研究了制動器強度試驗機，它用變頻調速電機進行加載，通過減速機調節速度，氣動增壓缸提供制動壓力，通過瞬間加載很大的制動力矩，模擬實車制動的極限工況，確認制動器總成狀態或疲勞極限。

關鍵詞：扭轉強度;松弛滑移;疲勞耐久

1、扭轉強度試驗機概述

扭轉強度試驗機機械系統主要由交流電機、傳動鏈、減速機、扭矩測量裝置、試件工裝、氣動增壓缸等部分組成。

1.1 試驗機基本工作原理

測試臺測試制動鉗支架總成參數的基本原理：首先由變頻調速電機和減速機驅動制動器連續旋轉，旋轉速度和旋轉方向可通過變頻器任意設定;然后通過氣動增壓器提供制動壓力源，通過扭矩測量裝置和PID控制器實現對制動壓力和制動扭矩的雙閉環控制，試驗臺可連續變速加載，可完成制動器扭轉疲勞、制動鉗扭轉強度及制動鉗螺栓軸松弛滑移試驗。

1.2 試驗臺主要參數

驅動功率75KW;制動盤轉速為0.5～500r/min;制動壓力為35Mpa;扭矩測量范圍0.5～5r/min使用時，恒定扭矩25000N.m;5～50r/min使用時，扭矩20～10KN;50～180r/min使用時，扭矩10～3.5KN;180～500r/min使用時，扭矩3.5～1KN。

2、試驗臺的研發

2.1 機械及液壓系統設計

扭轉強度試驗機在工作時，電機進行頻繁的加減速控制，制動器要頻繁制動和釋放，機械臺架和試件安裝支架收到各種作用力，因此，在設計時一定要保證它們有足夠的強度和剛度。為此，設計的強度試驗機采用了焊接式框架結構，從而可保證主機整體有足夠的強度和剛度。

2.2 驅動電機和減速機

扭轉強度試驗機驅動電機及減速機要求能持續可靠工作，驅動電機選用交流變頻電機，轉速通過變頻器可任意設定，且散熱性能、減震防躁等性能均優于普通電機。另外，考慮到制動盤旋轉速度范圍高，而低速制動扭矩大，高速制動扭矩小，且可靠性要求極高，因此選用法士特公司生產的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，可實現速度不停機切換。

2.3 氣動增壓系統

氣動增壓系統是扭轉強度試驗臺核心之一。試驗臺配置有專用的氣動增壓系統，考慮到制動扭矩變化大，高壓輸出（35MPa）高，且制動壓力控制精度要求高，試驗臺設計開發了專用的三級比例增壓缸。一方面伺服系統保證對制動壓力的精確快速控制，另一方面三級增壓缸保證實現氣缸與制動液的隔離，而制動壓力的實時波形加載是通過比例閥對氣缸的控制來實現的。

3、測控裝置

測控裝置硬件是安裝在工業計算機內的各類板卡通過測控裝置軟件系統對其進行控制，從而實現對輸出輸入信號轉換，主要包含AC6616P數據采集卡、繼電器板、IO控制卡及傳感器放大板等。

3.1 AC6616P板卡簡介

AC6616P是一款多功能高精度A/D板，AD工作在軟件啟動轉換、軟件查詢轉換結束方式，采用PCI總線支持即插即用、無需地址跳線，板卡的所用功能設置皆可由軟件控制無需跳線設置。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路開關量，支持技術功能。AC6616P采用大規模可編程門陣列設計，提高可靠性。

3.2 其他硬件設計

測控裝置的硬件除上述之外，還包含工業控制計算機、信號處理板卡、拉壓力傳感器放大板、壓力傳感器、位置探測器和變頻器等組成。

4、測控軟件設計

測控軟件系統負責對整個試驗臺的控制和管理，包括試驗流程控制、信號采集處理、試驗機狀態監控及故障診斷、實驗數據顯示、報表生成及數據存儲等功能。系統軟件采用Labview進行編寫，數據庫采用Access，操作系統Windows7。

5、應用實例

應用該試驗臺對某型號鉗式制動器進行試驗，圖所示為鉗式制動器扭轉強度試驗時制動扭矩曲線，通過對試驗數據的分析，可以很直觀的觀察到緊固螺栓松弛滑移所需的制動扭矩。并通過多次循環試驗，判定螺栓松動所用的耐久次數。

結論

本文介紹了一種汽車制動器扭轉強度及測定螺栓松弛滑移等性能試驗系統的設計開發及應用情況。系統采用交流電機驅動使試件連續運轉，比例增壓缸實現對制動壓力的持續平穩加載，更接近試件的真實工況。試驗臺結構簡單，自動化程度高，性能可靠，能完成制動器的扭轉疲勞及螺栓松弛滑移試驗，試驗臺交付用戶使用后取得了良好的效果。

參考文獻

[1]QC/T316-1999汽車行車制動器疲勞強度臺架試驗方法[S]，1999.