鞏銳

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院無錫分院，江蘇 無錫 214174）

電磁制動(dòng)電機(jī)動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩測(cè)試分析

鞏銳

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院無錫分院，江蘇 無錫 214174）

動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩是電磁制動(dòng)電機(jī)的重要性能，為開展電磁制動(dòng)電機(jī)安全評(píng)價(jià)，需要對(duì)其動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩進(jìn)行測(cè)試。本文給出電磁制動(dòng)電機(jī)動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩的測(cè)試方法，以實(shí)例驗(yàn)證了測(cè)試方法有效性。

電磁制動(dòng)電機(jī)；動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩；測(cè)試

制動(dòng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式主要有電磁制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱電磁制動(dòng)電機(jī)）和錐形轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱錐形轉(zhuǎn)子制動(dòng)電機(jī)）兩大類，其中錐形轉(zhuǎn)子制動(dòng)電機(jī)主要用作電動(dòng)葫蘆起升機(jī)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)；電磁制動(dòng)電機(jī)由于可與減速器組合成“三合一”電機(jī)，因而被廣泛應(yīng)用于各種起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)。

1 制動(dòng)電機(jī)動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩試驗(yàn)臺(tái)

制動(dòng)電機(jī)動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩試驗(yàn)臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。制動(dòng)電機(jī)動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩試驗(yàn)臺(tái)包括底板（10），底板上通過緊固件間隔安裝有支座（2），兩個(gè)支座上分別通過軸承（7）支撐安裝轉(zhuǎn)軸（8），位于兩個(gè)支座內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)軸上安裝有可調(diào)節(jié)慣量盤（4），可調(diào)節(jié)慣量盤分為左半慣量盤與右半慣量盤，位于一端支座內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)軸上通過鍵（5）安裝傳動(dòng)端蓋（3），傳動(dòng)端蓋上通過緊固件固定有左半慣量盤；位于另一端支座內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)軸套置有停放端蓋（6），停放端通過緊固件與支座固定，停放端蓋上通過緊固件固定有右半慣量盤；轉(zhuǎn)軸的一端安裝有與制動(dòng)電機(jī)連接的聯(lián)軸器（1），轉(zhuǎn)軸的另一端安裝有光電編碼器（9）。在安裝平臺(tái)上放置試驗(yàn)臺(tái)，安裝平臺(tái)上通過調(diào)節(jié)墊塊安裝制動(dòng)電機(jī)，制動(dòng)電機(jī)的前端蓋處通過連接法蘭與聯(lián)軸器連接，連接法蘭與聯(lián)軸器通過螺栓緊固。

測(cè)試前首先將試驗(yàn)臺(tái)通過螺栓安裝在安裝平臺(tái)上，再將制動(dòng)電機(jī)通過調(diào)節(jié)墊塊安裝在安裝平上，并保證與試驗(yàn)臺(tái)等中心高。制動(dòng)電機(jī)前端蓋安裝連接法蘭，通過螺栓將連接法蘭與試驗(yàn)臺(tái)的帶法蘭膜片聯(lián)軸器連接，完成整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)安裝。根據(jù)制動(dòng)電機(jī)額定制動(dòng)力矩大小和額定轉(zhuǎn)速來計(jì)算測(cè)試所需要的總慣量，通過軟件計(jì)算得到所需慣量輪的片數(shù)來調(diào)節(jié)試驗(yàn)臺(tái)的總慣量。測(cè)試時(shí)先將制動(dòng)電機(jī)通電，制動(dòng)器松開，運(yùn)行制動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，制動(dòng)電機(jī)與制動(dòng)器同時(shí)斷電，制動(dòng)器銜鐵與摩擦片接觸產(chǎn)生制動(dòng)力矩使制動(dòng)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。通過光電編碼器記錄各個(gè)時(shí)間段的速度與時(shí)間變化，由計(jì)算機(jī)計(jì)算其加速度大小并計(jì)算出制動(dòng)力矩變化，繪制動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩曲線，得到該制動(dòng)電機(jī)的最大制動(dòng)力矩。

圖1 制動(dòng)電機(jī)動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩試驗(yàn)臺(tái)

2 制動(dòng)電機(jī)動(dòng)態(tài)力矩測(cè)試原理

目前，基于減速度法的機(jī)械慣量模擬系統(tǒng)被廣泛用于制動(dòng)器的動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩測(cè)量，即通過測(cè)量轉(zhuǎn)速、角速度等參數(shù)，結(jié)合理論推導(dǎo)，間接獲取被測(cè)制動(dòng)器的動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩。

本文采用間接法測(cè)量電磁制動(dòng)電機(jī)的動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩，主要測(cè)試過程如下：在完成被測(cè)制動(dòng)電機(jī)的安裝后，輸入制動(dòng)電機(jī)參數(shù)，計(jì)算并配置轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，啟動(dòng)制動(dòng)電機(jī)至制動(dòng)初轉(zhuǎn)速后斷電，與此同時(shí)制動(dòng)器斷電制動(dòng)，制動(dòng)電機(jī)在制動(dòng)力矩的作用下近似勻減速運(yùn)行直至停止。在此過程中，計(jì)算機(jī)采集制動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，通過計(jì)算得到被測(cè)制動(dòng)力矩的平均值。

2.1 試驗(yàn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算

采用間接法測(cè)試制動(dòng)電機(jī)的動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩時(shí)，一個(gè)關(guān)鍵的問題是如何計(jì)算并配置試驗(yàn)所需的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

（1）計(jì)算許用單次制動(dòng)功：

公式（1）中，W為制動(dòng)電機(jī)的許用單次（對(duì)應(yīng)制動(dòng)時(shí)間為1s）制動(dòng)功，J；dM為制動(dòng)電機(jī)額定制動(dòng)力矩，Nm；0n為制動(dòng)初轉(zhuǎn)速，r/min。

（2）計(jì)算被試制動(dòng)器對(duì)應(yīng)模擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。由制動(dòng)電機(jī)的許用單次制動(dòng)功，計(jì)算確定出制動(dòng)電機(jī)所需的模擬轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，過程如下：公式（2）中，J∑為制動(dòng)軸上模擬總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kgm2。

根據(jù)TSG Q7014-2008《起重機(jī)械安全保護(hù)裝置型式試驗(yàn)細(xì)則》，實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)慣量允許在理論轉(zhuǎn)動(dòng)慣量上下浮動(dòng)20%。

2.2 計(jì)算模型

間接測(cè)試制動(dòng)電機(jī)動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩時(shí)，計(jì)算機(jī)需要實(shí)時(shí)采集制動(dòng)減速過程中轉(zhuǎn)速信息及對(duì)應(yīng)的時(shí)間信息，然后基于減速度法計(jì)算出平均制動(dòng)力矩。

（1）基于減速度法測(cè)量分段動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩。根據(jù)動(dòng)量矩定理可得式中，Mds（單位為Nm）為實(shí)測(cè)動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩；ts（單位為s）為有效制動(dòng)時(shí)間。試驗(yàn)過程中計(jì)算機(jī)等間隔采集旋轉(zhuǎn)編碼器得到的轉(zhuǎn)速信號(hào)n0,n1, n2,…,ni-1,ni,i∈｛1,2,…,n｝* MERGEFORMAT及其對(duì)應(yīng)的時(shí)間信號(hào)t0,t1, t2,…,ti-1,ti,i∈｛1,2,…,n｝，則各時(shí)間段的平均制動(dòng)力矩為

（2）一次平均動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩計(jì)算。由動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩變化曲線確定有效制動(dòng)時(shí)間ts，得到一次制動(dòng)過程的平均制動(dòng)力矩為位為Nm）為實(shí)測(cè)一次平均動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩。

3 測(cè)試實(shí)例

圖2 電磁制動(dòng)電機(jī)動(dòng)態(tài)力矩測(cè)試結(jié)果

以某企業(yè)的DRE180S4BE20型電磁制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)為測(cè)試對(duì)象，測(cè)量其動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩，該電機(jī)主要參數(shù)如下：功率為11kW，轉(zhuǎn)速為1470 r/min，電磁制動(dòng)器靜制動(dòng)力矩150Nm。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。在額定轉(zhuǎn)速下先后共測(cè)試6次，動(dòng)態(tài)力矩值分別為：170.14、159.79、170.14、165.54、167.81、172.54，平均值為167.66Nm。

多次測(cè)量結(jié)果具有很好的重復(fù)性，表明該試驗(yàn)臺(tái)能滿足電磁制動(dòng)電機(jī)的動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩測(cè)試需求。利用砝碼法測(cè)得該制動(dòng)電機(jī)的靜態(tài)制動(dòng)力矩值為185.62Nm，制動(dòng)電機(jī)動(dòng)態(tài)力矩為靜態(tài)力矩值的0.903倍，與一般電力液壓制動(dòng)器動(dòng)態(tài)和靜態(tài)力矩比值接近，表明本試驗(yàn)臺(tái)和測(cè)試方法具有較好的精度。

4 結(jié)語

利用制動(dòng)電機(jī)動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩試驗(yàn)臺(tái)對(duì)電磁制動(dòng)電機(jī)動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試精度符合要求。實(shí)際上，本制動(dòng)電機(jī)動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩試驗(yàn)臺(tái)能同時(shí)滿足電磁制動(dòng)電機(jī)、錐形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)、旁磁制動(dòng)電機(jī)等各種中小型制動(dòng)器的動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩測(cè)試需求。

[1]TSG Q7014-2008 起重機(jī)械安全保護(hù)裝置型式試驗(yàn)細(xì)則[S]. 特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范, 2008.

[2]JB/T 6456-2010 YEJ系列(IP44)電磁制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件(機(jī)座號(hào)80～225)[S]. 中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).

[3]顧旭波, 蘇文勝, 百堅(jiān)毅等. 基于減速度法的起重機(jī)械制動(dòng)器動(dòng)態(tài)制動(dòng)力矩測(cè)試[J]. 起重運(yùn)輸機(jī)械，2014(6): 84-87.

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1671-0711（2016）12（下）-0075-03