惯性负载制动器试验台设计及虚拟样机仿真分析

    制动器是重型机械不可少的工作装置和安全保护装置,其产品的优质、耐用以及使用安全性问题已愈来愈受到起重机行业的重视.目前国内除少数制动器专业生产厂家具有作为自身产品质量检验的试验设备以外,还没有面向国内外产品市场提供客观性能评价检测试验的专业设备.为了提高起重机械安全性与可靠性的深入研究和技术创新,遵照国务院颁布的《特种设备安全监察条例》中相关规定,根据交通部《关于武汉理工大学港口装卸技术实验室制动器试验台设备购置可行性研究报告的批复(交规划[2002]554号)》文件要求,对“惯性负载制动器试验台”进行了研发与设计.文中就该试验台主要机械零件进行设计计算,并对其制动机构部分运用ADAMS软件进行虚拟样机仿真分析^[1-4].

    1　试验台机械零部件设计计算

    试验台设计方案中采用组合惯性块的方式,模拟港口起重机中吊重及绳索施加给起升机构制动系统、转台以上部分机构施加给回转机构制动系统等的惯性力载荷,如图1所示.

    1.1　相关转动惯量的理论计算

    由动能定理可知

式中:T_m为电动机产生的转矩,N·m;J为单轴传动系统的转动惯量,kg·m²;ω为单轴传动系统的角速度,rad/s;t为时间,s .

    实际工程计算中,往往用转速n代替角速度ω,用飞轮矩GD²代替转动惯量J,其关系如下.

    针对港口起重运输机械,参考《起重机设计手册》,取制动时间t=2 s;制动过程中n0=600 r/min,n₁=0;根据港机设计中选取使用制动器的经验,试验台的最初预测最大制动力矩取T_max=20 000 N·m.将数据代入式(2)与(3)推得最大总转动惯量

    初步确定试验台基础惯量产生的转矩为T_min=500 N·m,故此试验台的预测最小制动力矩为T_min=500 N·m.同理得到Jmin= 15.9 kg·m2

    1.2　惯性盘的几何尺寸设计

    为了符合多个制动量程的测量,试验台的初步方案中采用7个惯性盘,并按1∶2∶4∶8∶16∶32∶16的比例进行惯性转矩的组合.这样,可以得到种(包括空转)制动力矩的组合.

    求得惯性盘产生转矩的级差为

    根据1∶2∶4∶8∶16∶32∶16比例分配惯性矩,再次利用式(2)、(3)算出各个惯性盘的转动惯量J_n(n=1,2,…,7).

    得到转矩后,先进行轴系设计,确定转轴直径后选取支座轴承(厚度B不同,外径D0相同),这时能够获得轴承外径为D₀=210 mm.对于惯性盘