天津工业大学2011届本科生毕业设计（论文）

试验台的惯量Imax为基础惯量I0和可选惯量Ii之和，即：

Imax??Ii (3-7)

i?0n在保证级差的前提下，飞轮的数量和惯量值有三种组合法： a 等差级数法

等差级数法就是用最大惯量减去基本惯量之后，用级差去除，得到飞轮片数： n?每片飞轮惯量Ii??I

这种方法的缺点是飞轮片数太多。 b 等比级数法

等比级数法就是在基础惯量的基础上，每片飞轮的惯量按等比级数方式增长。 比如：

Imax?I0 (3-8) ?II1＝2 kg.m2 I2?4 kg.m2

I3?8 kg.m2 I4?16 kg.m2 ……

与等差级数法相比，等比级数法确定的飞轮片数少得多。 c 等差等比混合配置法

等差等比混合配置法就是在同一试验台的惯量飞轮中，同时采用等差、等比级数法确定飞轮惯量。

3.3.2主电机的选择

经研究，惯性试验台主电机的选择与调速方式、主轴转速、拖磨力矩和飞轮升速时间等相关。

（1）根据电动机的工作环境选择电动机类型

1）安装方式的选择 电动机安装方式有卧式和立式两种，卧式电动机的价格较立式的便宜，所以通常情况下多选用卧式电动机，一般只在为简化传动装置且必须垂直运转时才选用立式电动机。

12

天津工业大学2011届本科生毕业设计（论文）

2）防护型式的选择 电动机防护型式有开启式、封闭式、防护式和防爆式四种。

a.开启式电动机在定子两侧与端盖上有较大的通风口，散热条件好，价格便宜，但水气、尘埃等杂物容易进入，因此只在清洁、干燥的环境下使用。

b.封闭式电动机又可分为自扇冷式、他扇冷式和密封式三种。前两种可在潮湿、多尘埃、高温、有腐蚀性气体或易受风雨的环境中工作，第三种可浸入液体中使用。

c.防护式电动机在机座下方开有通风口，散热较好，能防止水滴铁屑等杂物从上方落入电动机，但不能防止尘埃和潮气入侵，所以适宜于较清洁干净的环境中。

d.防爆式电动机适用于有爆炸危险的环境中，如油库、矿井等。 （2）根据机械设备的负载性质选择电动机类型

1）一般调速要求不高的生产机械应优先选用交流电动机，负载平稳，长期稳定工作的设备，如切削机床、水泵、通风机、轻工业用器械及其他一般机械设备，应采用一般笼型三相异步电动机。

2）起动、制动较频繁及起动、制动转矩要求较大的生产机械，如起重机、矿井提升机、不可逆轧钢机等，一般选用绕线转子异步电动机。

3）对要求调速不连续的生产机械，可选用多速笼型电动机。

4）要求调速范围大，调速平滑，位置控制准确，功率较大的机械设备，如龙门刨床，高精度数控机床，可逆轧钢机，造纸机等，多选用他励直流电动机。

5）要求起动转矩大，恒功率调速的生产机械，应选用串励或复励直流电动机。

6）要求恒定转速或改善功率因数的生产机械，如大中容量空气压缩机，各种泵凳，可选用同步电动机。

7）特殊场合下使用的电动机，如有易燃易爆气体存在或尘埃较多时，宜选用防护等级相宜的电动机。

8）要求调速范围很宽，调速平滑性不高时，选用机电结合的调速方式比较经济合理。

（3）主电机功率、转速等的确定

根据要求的最大连续拖磨力矩、主轴最高转速和升速时间要求选择合适的电机，在保证同时满足上述要求的前提下，确定电机的功率和转速。 a 主轴最高转速：

依据试验台要执行的试验标准，主轴转速按下式求出：

vn?2.65 (3-9)

r13

天津工业大学2011届本科生毕业设计（论文）

120 0.369 ?861r/min

?2.65?式中：v——车速，按可能的最高值计算，km/h； r——飞轮半径，按可能的最小飞轮半径计算，m； n——试验台主轴转速，r/min。 b 主电机功率确定：

由于按能效试验、衰退试验和第二次衰退试验计算试验台主轴功率时，衰退试验规定的制动周期要求的飞轮起动升速功率最大，应作为试验台驱动电机功率确定的依据，而对应衰退试验所需要的最高转速应作为选择电机基速的依据。

2 P?3.65?10?7Imaxnmax (3-10)

.5?5002 ＝3.65?10?7?1847 ＝168.58kw 式中：Imax——试验台最大转动惯量； nmax——试验台主轴最高转速。

实际选用电机：

电机：Z4-315-32型直流电机； 容量：250KW； 额定电压：400V； 额定电流：50A；

额定转速：600r/min(最高转速1500r/min)； 转动惯量：3.4kg.m2； 输出轴直径：?100mm。

3.3.3整机结构和安装方式

试验台采用单端机械惯性试验台型式，分为机械、气液和电控部分。制动器试验台的机械结构示意如图3-3所示。试验台的机械结构由基础底座系统、直流调速电机、导向键、联轴器、轴承座、飞轮组、集流环、试件夹具系统和飞轮装卸系统等组成。试验台工作步骤如下：第一步，将被试制动器制动鼓（盘）通过夹具系统固定在试验台上，同时把制动片（块）固定在尾座滑移系统上；第二步，选择试验项目，并针对试验要求，调节好电机转速、飞轮组惯量、制动管路压力等试验条件；第三步，进行试验，通过传感器采集所需试验数据，并根据试验要求，在试验过程中调整试验条件；第四步，所有的试验项目完成后，通过计算机

14

天津工业大学2011届本科生毕业设计（论文）

输出试验报表。

图3-3 制动器惯性试验台整体结构示意图

1－基础底座系统 2－直流调速电机 3－导向键 4－联轴器 5－轴承座 6－中心转轴 7－飞轮组 8－集流环 9－试件夹具系统 10－尾座滑移系统 11－测力臂 12－通风冷却系统 13－飞轮装卸系统

就安装方式而言，一般有两种方式：一是混凝土基础，螺栓固定安装；另一种是气弹簧浮动安装。前者安装费用较高，不便于迁移，但刚度、精度的保持性好。后者是近几年采用的台架安装方式，整机支承在若干个气弹簧上，制动试验时，整机有轻微晃动。这种方式不需要基础，只要地面平整坚实即可。由于没有大刚度混凝土基础支承固定，要求机座自身有足够的刚度和良好的精确性。

3.3.4滑台结构和锁紧方式

滑台的主要作用是固定被试制动器，并可以前后移动，再通过辅助试验夹具调整制动器两个配件之间的位置，保证试验的顺利进行。另外，滑台上还安装了扭矩测量等装置。

滑台锁紧固定方式有两种方式：一种是螺栓垂直锁紧固定，适用于小型台架；第二种是V型板侧向锁紧固定，适用于较大制动力矩的试验台架，如图3-4。

图3-4 大型台架滑台典型结构 1－自动移动装置 2－蝶簧锁紧机构

大型试验台架的滑台一般都设计有自动移动装置，是由电机驱动丝杠来实现滑移，滑台的锁紧以蝶形弹簧锁紧最为常见。典型的蝶簧锁紧机构如图3-5所示，

15