1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

鼓式制動(dòng)器、摩托車(chē)剎車(chē)圈、Drum brake、輪轂剎車(chē)圈專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠家無(wú)錫九環(huán)2020年11月12日訊 電力液壓鼓式制動(dòng)器是采用電力液壓推動(dòng)器為開(kāi)閘驅(qū)動(dòng)裝置的鼓式制動(dòng)器，用于機(jī)構(gòu)或機(jī)器減速或使其停止的裝置，有時(shí)也用于作調(diào)節(jié)或限制機(jī)構(gòu)或機(jī)器的運(yùn)動(dòng)速度。該制動(dòng)器以制動(dòng)輪作為制動(dòng)偶件，制動(dòng)時(shí)壓縮彈簧釋放彈性勢(shì)能，推動(dòng)杠桿機(jī)構(gòu)，使2 個(gè)對(duì)稱(chēng)布置的制動(dòng)瓦塊在徑向抱緊制動(dòng)輪產(chǎn)生制動(dòng)力矩，目前起重機(jī)上起升和運(yùn)行機(jī)構(gòu)所用的工作制動(dòng)器大多為電力液壓鼓式制動(dòng)器。                         

電力液壓鼓式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)緊湊，制動(dòng)平穩(wěn)，安全可靠，動(dòng)作頻率高，制動(dòng)器及制動(dòng)偶受力均勻。電力液壓鼓式制動(dòng)器按照制動(dòng)臂形狀特征分為直臂結(jié)構(gòu)、雙彎臂結(jié)構(gòu)、單彎臂結(jié)構(gòu)、彎臂結(jié)構(gòu)；按彈簧的安裝形式分為橫簧和豎簧；按照制動(dòng)過(guò)程分為單步制動(dòng)和兩步制動(dòng)；按照安裝方式可分為豎式安裝和臥式安裝。根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式和驅(qū)動(dòng)裝置，電力液壓鼓式制動(dòng)器有YWZ、YWZ3、YWZ4 等數(shù)10 個(gè)型號(hào)。

本文主要對(duì)起重機(jī)上常用的YWZ8、YWZ9 和YWZ13 進(jìn)行能效研究，這三款制動(dòng)器起重機(jī)上用量大，使用普遍，對(duì)這三款制動(dòng)器進(jìn)行能效分析，對(duì)其他制動(dòng)器的能效研究具有借鑒意義。

2、杠桿比

2.1 系統(tǒng)總傳動(dòng)比

系統(tǒng)總傳動(dòng)比是指從推動(dòng)器到制動(dòng)瓦整個(gè)制動(dòng)器系統(tǒng)的杠桿比，反映了推動(dòng)器推力和制動(dòng)力之間的傳動(dòng)關(guān)系，其中包含了推動(dòng)器推力利用系數(shù)、摩擦因數(shù)和結(jié)構(gòu)傳動(dòng)效率等因素，與具體結(jié)構(gòu)形式無(wú)關(guān)。系統(tǒng)總傳動(dòng)比為

式中：I 為驅(qū)動(dòng)裝置輸出力至制動(dòng)閘瓦的總傳動(dòng)比，一般為8~16；Me 為額定制動(dòng)力矩，N·m；D 為制動(dòng)輪直徑，m；F 為推動(dòng)器額定推力，N；μ 為摩擦因數(shù)，一般取0.35；η 為機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)效率，一般取0.85；￠ 為推力利用系數(shù)，一般取0.95。

2.2 機(jī)構(gòu)杠桿比

機(jī)構(gòu)杠桿比是結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)本身的杠桿比，不考慮機(jī)械效率等因素，與制動(dòng)力、推動(dòng)力、制動(dòng)輪直徑、摩擦因數(shù)等無(wú)關(guān)，只與結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。對(duì)于一般的電力液壓鼓式制動(dòng)器都存在圖1 所示的2 級(jí)杠桿比。一個(gè)是推動(dòng)器上絞點(diǎn)到橫拉桿主動(dòng)鉸點(diǎn)的杠桿比，為i 1=a/b ；另一級(jí)是隨動(dòng)臂上鉸點(diǎn)到隨動(dòng)閘瓦的杠桿比，為i 2=H/h 。機(jī)構(gòu)杠桿比為

圖1 電力液壓鼓式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖

2.3 YWZ8-700/E301 傳動(dòng)比和杠桿比計(jì)算

該制動(dòng)器額定制動(dòng)力矩8 000 N·m，制動(dòng)輪直徑700 mm，推動(dòng)器額定推力為3 000 N。結(jié)構(gòu)如圖2 所示，杠桿比i 1=(600+420)/420，i 2=420/78，i =i 1·i 2=13.076 9；根據(jù)式（1）得I=13.479。

2.4 YWZ9-630/E301 傳動(dòng)比和杠桿比計(jì)算

該制動(dòng)器額定制動(dòng)力矩7 100 N·m，制動(dòng)輪直徑710 mm，推動(dòng)器額定推力為3 000 N。結(jié)構(gòu)如圖3 所示， 杠桿比i 1=(475+335)/335，i 2=（220+225）/90，i =i 1·i 2=11.955；根據(jù)式（1）得I =13.292。

圖2 YWZ8-700/E301 制動(dòng)器

圖3 YWZ9-630/E301 制動(dòng)器

2.5 YWZ13-600/E301 傳動(dòng)比和杠桿比計(jì)算

該制動(dòng)器額定制動(dòng)力矩6 500 N·m，制動(dòng)輪直徑600 mm，推動(dòng)器額定推力為3 000 N。結(jié)構(gòu)如圖4 所示， 杠桿比i 1=(475+370)/370，i 2=（220+225）/80，i =i 1·i 2=12.703 5；根據(jù)式（1）得I =12.777。

3、電力液壓鼓式制動(dòng)器能效分析

3.1 能效測(cè)試比對(duì)

同一家制造企業(yè)生產(chǎn)的三個(gè)規(guī)格的電力液壓鼓式制動(dòng)器，推動(dòng)器相同，均為Ed301/6 型，推動(dòng)器電機(jī)額定功率550 W，額定電壓380 V，額定頻率50 HZ，額定推力3 000 N，額定行程60 mm，額定動(dòng)作頻率1 200次/h，接電持續(xù)率40%。能效測(cè)試按照GB/T 30221—2013《工業(yè)制動(dòng)器能效測(cè)試方法》進(jìn)行[3]。

圖4 YWZ13-600/E301 制動(dòng)器

三個(gè)型號(hào)制動(dòng)器能效值對(duì)比見(jiàn)表1。

從表1 可以看出，同樣推動(dòng)力的推動(dòng)器在額定推力狀態(tài)下耗電量基本相同；電力液壓制動(dòng)器推動(dòng)器在40%接點(diǎn)持續(xù)率狀態(tài)下1h 耗電量是100% 接電持續(xù)率狀態(tài)下1h 耗電量的40% 左右，說(shuō)明電力液壓推動(dòng)器啟動(dòng)過(guò)程的耗能與額定運(yùn)行階段的耗能基本相同；同樣額定推力的推動(dòng)器用在不同類(lèi)型的制動(dòng)器上，使得制動(dòng)器的制動(dòng)力矩不同；同樣推動(dòng)力的推動(dòng)器，額定制動(dòng)力矩大的制動(dòng)器，其能效值較高。

3.2 能效分析

由式（1）得

Me=IDF (3)

有效制動(dòng)力

式中：F b 為單臺(tái)制動(dòng)器的有效制動(dòng)力，N；Mb 為單臺(tái)制動(dòng)器的制動(dòng)力矩，當(dāng)試驗(yàn)測(cè)得的制動(dòng)力矩大于產(chǎn)品銘牌標(biāo)定的制動(dòng)力矩時(shí)；Mb 為產(chǎn)品銘牌標(biāo)定的制動(dòng)力矩Me，否則，為實(shí)測(cè)制動(dòng)力矩，N·m；R 為理論制動(dòng)半徑，m。

對(duì)于所研究的3 個(gè)型號(hào)制動(dòng)器，實(shí)測(cè)制動(dòng)力矩均大于額定制動(dòng)力矩，故

Mb=Me = F b· R = DF b

F b /F = (5)

通過(guò)式（5）可以看出，需要提高電力液壓鼓式制動(dòng)器的能效，可以提高綜合傳動(dòng)比，增大摩擦因數(shù)，提高推動(dòng)器推力利用系數(shù)，提高機(jī)械傳動(dòng)效率。

4、結(jié)論

1）制動(dòng)器整個(gè)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比與制動(dòng)器結(jié)構(gòu)形式無(wú)關(guān)，與推動(dòng)器推力利用系數(shù)、摩擦因數(shù)和結(jié)構(gòu)傳動(dòng)效率等因素有關(guān)。

2）機(jī)構(gòu)杠桿比與機(jī)械傳動(dòng)效率、制動(dòng)力、推動(dòng)器推力、制動(dòng)輪直徑、摩擦因數(shù)等無(wú)關(guān)，只與結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。

3）由于系統(tǒng)總的傳動(dòng)比與機(jī)構(gòu)杠桿比表示的意義和計(jì)算公式不同，機(jī)構(gòu)杠桿比大的系統(tǒng)總傳比一定大；杠桿比大的額定制動(dòng)力不一定大。

4）系統(tǒng)總傳動(dòng)比與額定制動(dòng)力成正比。

5）電力液壓推動(dòng)器啟動(dòng)過(guò)程的耗能與額定運(yùn)行階段的耗能基本相同。

6）同樣額定推力的推動(dòng)器用在不同類(lèi)型的制動(dòng)器上，由系統(tǒng)總傳動(dòng)比不同可以得到不同的制動(dòng)力矩。

7）同樣推動(dòng)力的推動(dòng)器，額定制動(dòng)力矩大的制動(dòng)器其能效值較高。

8）制動(dòng)器的能效高低與系統(tǒng)總傳動(dòng)比、摩擦因數(shù)、機(jī)械傳動(dòng)效率、推動(dòng)器推力利用系數(shù)、推動(dòng)器能效有關(guān)。

5、能效提升改進(jìn)建議

1）提高系統(tǒng)總傳動(dòng)比 主要是提高摩擦因數(shù)、提高推動(dòng)器推力利用系數(shù)、提高機(jī)械傳動(dòng)效率。還有進(jìn)一步制動(dòng)瓦退距、制動(dòng)器的動(dòng)作時(shí)間、推動(dòng)器工作行程等因素，最佳的能效需要對(duì)這些參數(shù)綜合研究，達(dá)到相對(duì)優(yōu)化的狀態(tài)。

2）創(chuàng)新制動(dòng)器結(jié)構(gòu) 通過(guò)研究可以看出結(jié)構(gòu)杠桿比、制動(dòng)彈簧布置方式、制動(dòng)臂形狀等能效具有影響。相同系統(tǒng)的制動(dòng)器適當(dāng)增大機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比可以提高能效值。

3）創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)裝置 提高推動(dòng)器電機(jī)能效、提高推動(dòng)器液壓泵的效率、用電磁推動(dòng)器代替電力液壓推動(dòng)器、采用兩步制動(dòng)、采用電磁液壓推動(dòng)器等也可以提高能效。變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)也是提高制動(dòng)器能效的途徑。                                               

4）合理選擇推動(dòng)器 根據(jù)制動(dòng)力矩選擇匹配的推動(dòng)器，選擇合適的推動(dòng)器參數(shù)，如推動(dòng)器推力、動(dòng)作頻率、推動(dòng)器電機(jī)功率等，避免大馬拉小車(chē)，超額配置。