多功能静态制动力矩测试装置及测试方法与流程

本发明涉及技术制动测试工装技术领域，尤其是一种多功能静态制动力矩测试装置及测试方法。

背景技术：

现有的制动器静态制动力矩测试通常采用砝码法或液压杠杆法进行测试，采用的测试装置存在以下问题：1、功能单一：这些试验装置只为某种制动器测试而单独设计，要么只能测试鼓式制动器，要么只能测试盘式制动器。2、不能方便适应不同规格制动器的测试：不同规格的制动器，其中心高是不同的，而试验庄子的中心高是固定的，为了测试不同规格的制动器，需要给每个规格的制动器都设计一个底座，这里增添了麻烦和费用，试验效率也大大降低。3、测试结果不精确：测试时由于没有测力传感器，只能估算，因此不能测出具体数值，只能大致验证；其中，砝码法采用的每一个砝码的质量是一定的，是阶梯的，所以不能准确的控制制动轮刚好发生转动是的砝码质量，转动时砝码质量肯定超过实际值，所以测出的数值偏大；液压杠杆法，一般通过液压压力判断，液压效率、压力显示滞后、杠杆推出后偏斜等，这些都将引起很大误差，一般测试值也比实际值大。4、自动化程度低劳动强度大：测试前需要人工悬挂砝码、人工搬运安装底座、人工移动和调整制动器位置，而有的制动器如液压盘式制动器重量超过1吨，工作量比较大。5、结构不紧凑：为了测试不同的制动器，需要多个试验装置，增加了成本，占用了空间，降低了利用率。

技术实现要素：

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的多功能静态制动力矩测试装置及测试方法，从而提高测试精度和操作的自动化程度。

本发明所采用的技术方案如下：

一种多功能静态制动力矩测试装置，包括固定安装在地面上的轴承底座，所述轴承底座上通过轴承架安装两个对称设置的轴承，两个轴承上共同安装一根主轴，主轴上套设有制动盘，其两侧分别通过螺栓一连接一根杠杆的一端，两根杠杆的另一端通过一根销轴连接到液压推杆机构上；所述液压推杆机构的结构为：包括t型连接板，其顶面上通过油缸底座支撑安装液压油缸，液压油缸通过液压管连接到液压站，并驱动活塞杆运动，活塞杆头部连接有推杆连接头，其上安装位移传感器；推杆连接头通过所述销轴分别与所述两根杠杆铰接；液压推杆机构的t型连接板底端通过销轴传感器连接t型底座的顶端，t型底座固定安装在推杆底座上表面中部，推杆底座固定安装在地面上；还包括安装在轴承底座前侧地坑中的升降平台、以及安装在轴承底座一侧的地面上的平移滑台。

作为上述技术方案的进一步改进：

位于轴承底座另一侧的地面上安装控制底座，其上安装中空的控制桩，控制桩顶部安装控制屏；控制桩内穿过连接液压站和控制屏的控制线、以及连接控制屏和销轴传感器的传感器信号线。

所述主轴为阶梯轴，其端部加工有平键槽，主轴中部通过平键齿连接所述制动盘。

在对鼓式制动器进行测试时，主轴上通过中孔轴套安装制动鼓，中孔轴套截面成t形，沿中孔轴套的圆形底盘圆周一圈均布有螺栓孔二，圆形底盘中心设有空心轴套，沿其圆周内圈加工有与主轴的平键槽配合的内平键；制动鼓具有圆形板状的轮辐，其中心开有圆形的套置在所述空心轴套上的安装孔，轮辐圆周边缘沿轴向延伸有鼓面，沿轮辐圆周一圈均布有与所述螺栓孔二对应设置的螺栓孔三，螺栓孔三和螺栓孔二通过螺栓三连接。

位移传感器的结构为：包括固定在液压油缸侧壁上的下支架，其端部通过紧固螺母一固定安装保护套，保护套上端安装磁致装置，其上部连接伸缩杆的底端，伸缩杆顶端通过紧固螺母二与安装在推杆连接头一侧的上支架连接。

控制屏的结构为：包括触摸显示屏，其上方设有多个按钮：急停开关、下降按钮、上升按钮、启动按钮、制动器开闸按钮、制动器闭闸按钮。

所述轴承底座上开有安装用螺栓孔一；所述轴承两侧面上通过螺栓二安装轴承密封。

所述轴承架两侧面上设有加强筋板。

一种多功能静态制动力矩测试装置的测试方法，能够测试盘式制动器或鼓式制动器的制动力矩，对盘式制动器进行制动力矩测试的具体步骤如下：

第一步：启动平移滑台，将其上的被测制动器安装平台移出，将盘式制动器放置在制动器安装平台上，使制动器的制动钳口与制动盘对齐；

第二步：按下启动按钮，测试系统上电，做好测试准备；

第三步：按下制动器闭闸按钮，制动器钳口夹紧制动盘，产生制动力；

第四步：按下上升按钮，液压站的高压液压油通过液压管，供给液压油缸，从而推出活塞杆，活塞杆通过推杆连接头和销轴，推动杠杆，杠杆推动制动盘转动；

同时，销轴传感器实时采集推力，位移传感器实时采集活塞杆的伸长量，系统实时计算制动力矩和平均制动力矩；

第五步：当活塞杆伸长到系统设定值时，系统自动停止。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，具有以下优点：

1、本发明功能多，一机多用。主轴上安装制动盘及制动鼓，满足鼓式制动器、盘式制动器的试验功能。

2、本发明方便不同规格制动器的测试。不同规格的制动器，中心高不同，可以调整升降平台，以调整中心高，盘式制动器可以通过平移滑台调整位置。

3、本发明测试精度高。通过销轴传感器采集液压推杆机构的活塞杆的推力，通过计算得出准确的制动力矩。

4、本发明自动化程度高，劳动强度低。平移滑台和升降平台，使得可以在方便的地方安装被测制动器，安装好之后通过伺服电机驱动，调整制动器的位置，使得制动器与制动鼓或者制动盘配合，不需要人力加载砝码，制动器开闸、闭闸和测试只需按下按钮，方便、快捷、劳动强度低；测试力矩大，杠杆的推力来自液压推杆机构，推力大；活塞杆伸出的长度可以通过触摸显示屏输入，这样活塞杆伸出到设定值自动停止，系统自动计算制动力矩，也可以手动按上升按钮，指导活塞杆伸出到想要的位置；力矩自动计算：系统根据采集到的推力数值、活塞杆伸出长度，自动计算出制动力矩大数值，并显示在触摸控制屏上。

5、本发明结构紧凑。鼓式制动器、盘式制动器试验集成在一起，平移滑台布置在制动盘下面，升降平台布置在制动鼓下面的地坑内，结构紧凑，占用空间小。

6、本发明使用时制动鼓更换方便。制动鼓通过轮辐上的螺栓孔三连接在中孔轴套上，制动鼓的安装孔套在中孔轴套的空心轴套上，只需卸下螺栓三，就可以方便更换制动鼓。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明主轴的结构示意图。

图3为本发明在进行鼓式制动器测试时状态示意俯视图。

图4为本发明中孔轴套的正视图。

图5为图4的侧视图。

图6为本发明进行鼓式制动器测试时使用的制动鼓的结构示意图。

图7为本发明轴承架的安装结构俯视示意图。

图8为本发明位移传感器的安装结构示意图。

图9为本发明控制屏的结构示意图。

图10为本发明进行制动力矩测试时采用的力矩计算受力分析图。

其中：1、控制底座；2、控制桩；3、控制屏；4、推杆底座；7、t型底座；8、销轴传感器；9、t型连接板；10、油缸底座；12、液压油缸；14、活塞杆；15、推杆连接头；16、销轴；17、杠杆；18、制动盘；19、螺栓一；20、主轴；201、平键齿；202、平键槽；21、轴承；22、轴承架；23、筋板；24、轴承底座；241、螺栓孔一；242、轴承密封；243、螺栓二；26、平移滑台；27、升降平台；28、液压站；29、液压管；30、控制线；301、触摸显示屏；302、急停开关；303、下降按钮；304、上升按钮；305、启动按钮；306、制动器开闸按钮；307、制动器闭闸按钮；31、传感器信号线；32、制动鼓；321、鼓面；322、轮辐；323、螺栓孔三；324、安装孔；33、中孔轴套；331、螺栓孔二；332、圆形底盘；333、空心轴套；334、内平键；34、螺栓三；35、位移传感器；351、上支架；352、紧固螺母二；353、伸缩杆；354、磁致装置；355、保护套；356、下支架；357、紧固螺母一。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本实施例的多功能静态制动力矩测试装置，包括固定安装在地面上的轴承底座24，轴承底座24上通过轴承架22安装两个对称设置的轴承21，两个轴承21上支撑安装主轴20，主轴20上套设有制动盘18，制动盘18两侧分别通过螺栓一19连接一根杠杆17的一端，两根杠杆17的另一端通过一根销轴16连接到液压推杆机构上；液压推杆机构的结构为：包括t型连接板9，其顶面上通过油缸底座10支撑安装有液压油缸12，液压油缸12通过液压管29连接到液压站28，并驱动活塞杆14运动，活塞杆14头部连接推杆连接头15，其上安装位移传感器35，并通过所述销轴16分别与所述两根杠杆17铰接；液压推杆机构的t型连接板9的底端通过销轴传感器8连接t型底座7的顶端，t型底座7固定安装在推杆底座4上表面中部，推杆底座4固定安装在地面上；还包括安装在轴承底座24前侧地坑中的升降平台27、以及安装在轴承底座24一侧的地面上的平移滑台26。

其中，t型连接板9及其上安装的油缸底座10可以绕着销轴传感器8转动；伺服电机驱动丝杆机构，推动制动器安装平台前后移动，便于大型和笨重的制动器安装，然后平移到安装位置；升降平台27，整体结构布置在地坑中，伺服电机驱动丝杆机构，使制动器安装平台下运动，便于调整制动器中心高；

位于轴承底座24另一侧的地面上安装控制底座1，其上安装中空的控制桩2，控制桩2顶部安装控制屏3；控制桩2内穿过连接液压站28和控制屏3的控制线30、以及连接控制屏3和销轴传感器8的传感器信号线31。销轴传感器8的将采集到的液压推杆机构的推力信号传给控制屏3，在控制屏内计算和显示；控制屏3采用触摸液晶屏，集操作和显示一体，操作试验系统，并显示测试数据；

如图2所示，主轴20为阶梯轴，其端部加工有平键槽202，主轴20中部通过平键齿201连接制动盘18。

如图3-图6所示，在对鼓式制动器进行测试时，主轴20上通过中孔轴套33固定制动鼓32，中孔轴套33截面成t形，沿中孔轴套33的圆形底盘332圆周一圈均布有螺栓孔二331，圆形底盘332中心设有空心轴套333，沿其圆周内圈加工有与平键槽202配合的内平键334；制动鼓32具有圆形板状的轮辐322，其中心开有圆形的套置在空心轴套333上的安装孔324，轮辐322圆周边缘沿轴向延伸有鼓面321，沿轮辐322圆周一圈均布有与螺栓孔二331对应设置的螺栓孔三323，螺栓孔三323和螺栓孔二331通过螺栓三34连接。

如图1和图7所示，轴承架22两侧面上设有加强筋板23。

轴承底座24上开有安装用螺栓孔一241；轴承21两侧面上通过螺栓二243安装轴承密封242。

如图8所示，液压油缸12外壁上、及推杆连接头15上共同安装位移传感器35，其结构为：包括固定在液压油缸12侧壁上的下支架356，其端部通过紧固螺母一357固定安装保护套355，保护套355上端安装磁致装置354，其上部连接伸缩杆353的底端，伸缩杆353顶端通过紧固螺母二352与安装在推杆连接头15一侧的上支架351连接。

位移传感器35，检测活塞杆14的伸出长度，以便计算制动力矩。伸缩杆353，随着活塞杆14的伸缩而伸缩，实时检测活塞杆14的伸缩长度；磁致装置354，位移传感器35的检测装置，检测伸缩杆353的伸缩长度；保护套355，内部安装磁致装置、电气装置等，并且供伸缩杆353在保护套355内伸缩。

如图9所示，控制屏3的结构为：包括触摸显示屏301，其上方设有多个按钮：急停开关302、下降按钮303、上升按钮304、启动按钮305、制动器开闸按钮306、制动器闭闸按钮307。

触摸显示屏301，集成系统，可以通过屏幕输入参数、控制运行和显示结果；急停开关302，停止伸液压压缸12，从而停止活塞杆14运行，使得制动力矩测试停止；下降按钮303，当需要活塞杆14复位时，按下下降按钮303，活塞杆14下落，带动杠杆17下落；上升按钮304，测试准备后之后，按下上升按钮304启动测试，伸出液压缸12推动活塞杆14伸出，从而推动杠杆17上升，推动制动盘18旋转；启动按钮305，系统通电按钮，按下启动按钮305后，其他按钮才可以起作用；制动器开闸按钮306，控制制动器的打开，按下此按钮，制动器开闸，制动盘制动瓦离开制动盘18，制动盘18可以在杠杆17和活塞杆14的作用下空载转动，从而复位，为下一次试验做准备；制动器闭闸按钮307，按下此按钮，制动器闭闸，制动器制动瓦夹紧制动盘18，产生制动力。

本发明进行制动器测试的工作过程：

一、盘式制动器静态制动力矩测试。

1、先启动平移滑台26，将其上的被测制动器安装平台移出，将盘式制动器放置在制动器安装平台上，使制动器的制动钳口与制动盘18对齐；

2、按下启动按钮305，测试系统上电，做好测试准备；

3、按下制动器闭闸按钮307，制动器钳口夹紧制动盘18，产生制动力；

4、按下上升按钮304，液压站28的高压液压油通过液压管29，供给液压油缸12，从而推出活塞杆14，活塞杆14通过推杆连接头15和销轴16，推动杠杆17，杠杆17推动制动盘18转动；

测试过程中，销轴传感器8实时采集推力f，位移传感器35实时采集活塞杆14的伸长量△h，系统实时计算制动力矩m和平均制动力矩ma；

6、当活塞杆14伸长到系统设定值时，系统自动停止。

上述过程中制动力矩的计算原理如下：

如图10所示，图中o点为制动盘18中心，ob为杠杆17的长度，水平方向，长度为l，此长度在试验过程中不变，oc为活塞杆14伸长后的杠杆17的位置示意，长度仍为l；a点为销轴传感器8的中心，ab长度为h0，为活塞杆14没有伸出时的销轴传感器8的中心距离销轴16中心的长度，此时，ab垂直方向，与ob垂直。

当试验开始后，活塞杆14伸长δh，长度变成h0+δh＝h，杠杆17位置到oc，活塞杆14也沿销轴传感器8发生倾斜，到ac位置，∠oca为θ，此时活塞杆14推力为f。

活塞杆14的推力f由销轴传感器8采集；活塞杆14的伸长量δh由位移传感器35采集。

根据余弦定理，得：

式中：θ——oc与ca的夹角，也就是杠杆17与活塞杆14的夹角，单位是度；

l——杠杆长度，杠杆端部到主轴20中心的距离，单位m；

h——销轴16中心到销轴传感器8中心的长度，单位为m；

α——主轴20(制动盘18)中心到销轴传感器8中心的距离，该距离固定不变，单位为m；

h＝h0+δh(2)

式中：h0——活塞杆14未伸出时，销轴16中心到销轴传感器8中心的长度，单位为m；δh——活塞杆14的伸长量，单位m；

通过力学分析，将销轴传感器8的受力，分解到垂直于杠杆的方向的分力fl，则：

fl＝f.sinθ(3)

式中：fl——销轴传感器8受力在垂直于杠杆17方向上的分力，单位为n；

f——销轴传感器8受力，单位为n。

制动器的制动力矩m为：

m＝lfl(4)

制动力矩的平均值ma：

式中：ma——平均制动力矩，单位n.m；

n——n个采集数据；

mi——第i个制动力矩数值，单位n.m。

二、鼓式制动器静态制动力矩测试，与上述盘式制动器静态制动力矩测试的原理相同，其步骤如下：

首先根据被测制动器的规格，选择合格的制动鼓32；

将中孔轴套33套在主轴20上的平键槽202上，将制动鼓32的安装孔324套在中孔轴套33的空心轴套333上，用螺栓34插入螺栓孔323和对应的螺栓孔331，并用螺帽紧固；

启动升降平台27，将其顶面调整到与地面齐平，放置被测试制动器；

调整升降平台27的高度，使得制动器中心高与制动鼓32的中心高一致；

在升降平台27上表面安装制动器；

操作控制屏3，启动液压站28，将活塞杆14推出；

销轴传感器8将采集到的推力实时传给控制屏3，位移传感器35实时检测活塞杆14伸出长度。通过活塞杆14伸出的长度，销轴传感器8采集到的推力，计算出被测制动器的静态制动力矩。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。