馬艷陽，董豐收，劉 鵬，李衛(wèi)東，趙 強(qiáng)

(1.陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710302;2.中國重型機(jī)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(jī)輪剎車裝置動力試驗臺用于對飛機(jī)輪胎、機(jī)輪和剎車裝置在接近典型的飛機(jī)出擊狀態(tài)下，按一定試驗程序進(jìn)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(tài)模擬。

在進(jìn)行試驗過程中需要精確的控制鼓輪的轉(zhuǎn)速、加速度、能量狀態(tài)等過程參數(shù)，以往的機(jī)械慣量試驗臺在實驗過程中沒有實際摩擦阻力、風(fēng)阻、慣量偏差的補(bǔ)償，試驗數(shù)據(jù)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(jī)輪剎車裝置動力試驗臺采用了新型的電慣量模擬技術(shù)。電慣量模擬試驗臺在進(jìn)行調(diào)試和標(biāo)定時對鼓輪系統(tǒng)的基本特性進(jìn)行測定和補(bǔ)償修正。

標(biāo)定的主要參數(shù)包括:試驗臺系統(tǒng)阻力、試驗臺系統(tǒng)慣量、試驗臺鼓輪系統(tǒng)靜態(tài)轉(zhuǎn)速精度、試驗臺鼓輪系統(tǒng)最高轉(zhuǎn)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(jī)輪剎車裝置動力試驗臺系統(tǒng)阻力和系統(tǒng)慣量參數(shù)標(biāo)定方法。主要調(diào)試項目為試驗臺的剎車試驗過程中的電慣量模擬、飛機(jī)輪胎試驗的滑跑等。

1 剎車試驗臺設(shè)備組成

飛機(jī)航空輪胎剎車試驗臺主要由主鼓輪、機(jī)械加載系統(tǒng)、拖動電機(jī)、飛機(jī)機(jī)輪、機(jī)輪剎車裝置、液壓加載系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、電機(jī)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(jī)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(jī)輪胎剎車試驗臺設(shè)備組成Fig.1 Test equipment for aircraft tire brake

2 剎車試驗臺系統(tǒng)阻力標(biāo)定

剎車試驗臺系統(tǒng)阻力由系統(tǒng)風(fēng)阻和系統(tǒng)摩擦阻力組成。系統(tǒng)風(fēng)阻與鼓輪運(yùn)行速度相關(guān)，而摩擦阻力和鼓輪自身重量及系統(tǒng)加載相關(guān)。系統(tǒng)風(fēng)阻和摩擦阻力在鼓輪運(yùn)行時共同作用在鼓輪系統(tǒng)上，在進(jìn)行摩擦阻力及風(fēng)阻綜合測試時，無法將摩擦阻力和風(fēng)阻分開。故在進(jìn)行鼓輪系統(tǒng)阻力測試時將系統(tǒng)風(fēng)阻及摩擦阻力統(tǒng)一考慮。

2.1 剎車試驗臺系統(tǒng)阻力標(biāo)定方法

在進(jìn)行系統(tǒng)阻力測試時，進(jìn)行(30、60、90、100、120)km/h……直至最高速度下不同加載時的系統(tǒng)阻力測試，不同加載的跨度為30 000 N，進(jìn)行 (30、60、90、120、150、180、210)kN……直至最大加載力下系統(tǒng)阻力測定。當(dāng)鼓輪在恒定加載、恒定速度運(yùn)行時，系統(tǒng)阻力測定數(shù)學(xué)模型為:

鼓輪系統(tǒng)阻力=電機(jī)通過扭矩傳感器對鼓輪系統(tǒng)的扭矩輸出

基本測量過程如下:(1)通過加載系統(tǒng)給機(jī)輪一個恒定的加載力(可以為零)。(2)通過電拖系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)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(jīng)進(jìn)行平均值運(yùn)算的傳動裝置電流輸出。

2.2 剎車試驗臺系統(tǒng)阻力標(biāo)定結(jié)果

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

表1 180 kN加載時直流傳動系統(tǒng)測量的系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)進(jìn)行不同加載力下的摩擦補(bǔ)償。

圖3 不同加載力時速度－系統(tǒng)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(tǒng)慣量標(biāo)定

鼓輪、聯(lián)軸器及傳動軸的轉(zhuǎn)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(guān)?？梢酝ㄟ^拖動系統(tǒng)的相關(guān)試驗來實測其轉(zhuǎn)動慣量。

3.1 剎車試驗臺系統(tǒng)慣量測量方法

鼓輪系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量的測量原理為:通過測量獲得鼓輪運(yùn)行速度曲線及相對應(yīng)的時間關(guān)系，任意取t1、t2時刻的轉(zhuǎn)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(tǒng)慣量J。即

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

3.2 剎車試驗臺系統(tǒng)慣量測定結(jié)果

(1)加速段轉(zhuǎn)動慣量。圖4為在電機(jī)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(jī)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(jī)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(jù)圖4可知:

加速段轉(zhuǎn)動慣量為

由公式(3)可得:J1=16 312 kg·m2

(2)減速段轉(zhuǎn)動慣量。在電機(jī)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(jī)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(jī)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(jù)圖5可知:

則J2=16 437 kg·m2，鼓輪系統(tǒng)慣量測量進(jìn)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(jié)點進(jìn)行八次鼓輪系統(tǒng)慣量計算，計算結(jié)果見表2。

表2 鼓輪系統(tǒng)慣量計算結(jié)果Tab.2 Calculated inertia of drum system

對所獲得的八個慣量測量值進(jìn)行算術(shù)平均后得:鼓輪系統(tǒng)慣量為16 119 kg·m2。

4 結(jié)論

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

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

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