1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
鼓式制動器、摩托車剎車圈、Drum brake、輪轂剎車圈專業(yè)生產(chǎn)廠家無錫九環(huán)2020年11月12日訊 電力液壓鼓式制動器是采用電力液壓推動器為開閘驅(qū)動裝置的鼓式制動器，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)動速度。該制動器以制動輪作為制動偶件，制動時(shí)壓縮彈簧釋放彈性勢能，推動杠桿機(jī)構(gòu)，使2 個(gè)對稱布置的制動瓦塊在徑向抱緊制動輪產(chǎn)生制動力矩，目前起重機(jī)上起升和運(yùn)行機(jī)構(gòu)所用的工作制動器大多為電力液壓鼓式制動器。
電力液壓鼓式制動器結(jié)構(gòu)緊湊，制動平穩(wěn)，安全可靠，動作頻率高，制動器及制動偶受力均勻。電力液壓鼓式制動器按照制動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；按照制動過程分為單步制動和兩步制動；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)動裝置，電力液壓鼓式制動器有YWZ、YWZ3、YWZ4 等數(shù)10 個(gè)型號。
本文主要對起重機(jī)上常用的YWZ8、YWZ9 和YWZ13 進(jìn)行能效研究，這三款制動器起重機(jī)上用量大，使用普遍，對這三款制動器進(jìn)行能效分析，對其他制動器的能效研究具有借鑒意義。
2、杠桿比
2.1 系統(tǒng)總傳動比
系統(tǒng)總傳動比是指從推動器到制動瓦整個(gè)制動器系統(tǒng)的杠桿比，反映了推動器推力和制動力之間的傳動關(guān)系，其中包含了推動器推力利用系數(shù)、摩擦因數(shù)和結(jié)構(gòu)傳動效率等因素，與具體結(jié)構(gòu)形式無關(guān)。系統(tǒng)總傳動比為
式中：I 為驅(qū)動裝置輸出力至制動閘瓦的總傳動比，一般為8~16；Me 為額定制動力矩，N·m；D 為制動輪直徑，m；F 為推動器額定推力，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，與制動力、推動力、制動輪直徑、摩擦因數(shù)等無關(guān)，只與結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。對于一般的電力液壓鼓式制動器都存在圖1 所示的2 級杠桿比。一個(gè)是推動器上絞點(diǎn)到橫拉桿主動鉸點(diǎn)的杠桿比，為i 1=a/b ；另一級是隨動臂上鉸點(diǎn)到隨動閘瓦的杠桿比，為i 2=H/h 。機(jī)構(gòu)杠桿比為
圖1 電力液壓鼓式制動器結(jié)構(gòu)圖
2.3 YWZ8-700/E301 傳動比和杠桿比計(jì)算
該制動器額定制動力矩8 000 N·m，制動輪直徑700 mm，推動器額定推力為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 傳動比和杠桿比計(jì)算
該制動器額定制動力矩7 100 N·m，制動輪直徑710 mm，推動器額定推力為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 制動器
圖3 YWZ9-630/E301 制動器
2.5 YWZ13-600/E301 傳動比和杠桿比計(jì)算
該制動器額定制動力矩6 500 N·m，制動輪直徑600 mm，推動器額定推力為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、電力液壓鼓式制動器能效分析
3.1 能效測試比對
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器，推動器相同，均為Ed301/6 型，推動器電機(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，額定動作頻率1 200次/h，接電持續(xù)率40%。能效測試按照GB/T 30221—2013《工業(yè)制動器能效測試方法》進(jìn)行[3]。
圖4 YWZ13-600/E301 制動器
三個(gè)型號制動器能效值對比見表1。
從表1 可以看出，同樣推動力的推動器在額定推力狀態(tài)下耗電量基本相同；電力液壓制動器推動器在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，說明電力液壓推動器啟動過程的耗能與額定運(yùn)行階段的耗能基本相同；同樣額定推力的推動器用在不同類型的制動器上，使得制動器的制動力矩不同；同樣推動力的推動器，額定制動力矩大的制動器，其能效值較高。
3.2 能效分析
由式（1）得
Me=IDF (3)
有效制動力
式中：F b 為單臺制動器的有效制動力，N；Mb 為單臺制動器的制動力矩，當(dāng)試驗(yàn)測得的制動力矩大于產(chǎn)品銘牌標(biāo)定的制動力矩時(shí)；Mb 為產(chǎn)品銘牌標(biāo)定的制動力矩Me，否則，為實(shí)測制動力矩，N·m；R 為理論制動半徑，m。
對于所研究的3 個(gè)型號制動器，實(shí)測制動力矩均大于額定制動力矩，故
Mb=Me = F b· R = DF b
F b /F = (5)
通過式（5）可以看出，需要提高電力液壓鼓式制動器的能效，可以提高綜合傳動比，增大摩擦因數(shù)，提高推動器推力利用系數(shù)，提高機(jī)械傳動效率。
4、結(jié)論
1）制動器整個(gè)系統(tǒng)的總傳動比與制動器結(jié)構(gòu)形式無關(guān)，與推動器推力利用系數(shù)、摩擦因數(shù)和結(jié)構(gòu)傳動效率等因素有關(guān)。
2）機(jī)構(gòu)杠桿比與機(jī)械傳動效率、制動力、推動器推力、制動輪直徑、摩擦因數(shù)等無關(guān)，只與結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。
3）由于系統(tǒng)總的傳動比與機(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力不一定大。
4）系統(tǒng)總傳動比與額定制動力成正比。
5）電力液壓推動器啟動過程的耗能與額定運(yùn)行階段的耗能基本相同。
6）同樣額定推力的推動器用在不同類型的制動器上，由系統(tǒng)總傳動比不同可以得到不同的制動力矩。
7）同樣推動力的推動器，額定制動力矩大的制動器其能效值較高。
8）制動器的能效高低與系統(tǒng)總傳動比、摩擦因數(shù)、機(jī)械傳動效率、推動器推力利用系數(shù)、推動器能效有關(guān)。
5、能效提升改進(jìn)建議
1）提高系統(tǒng)總傳動比 主要是提高摩擦因數(shù)、提高推動器推力利用系數(shù)、提高機(jī)械傳動效率。還有進(jìn)一步制動瓦退距、制動器的動作時(shí)間、推動器工作行程等因素，最佳的能效需要對這些參數(shù)綜合研究，達(dá)到相對優(yōu)化的狀態(tài)。
2）創(chuàng)新制動器結(jié)構(gòu) 通過研究可以看出結(jié)構(gòu)杠桿比、制動彈簧布置方式、制動臂形狀等能效具有影響。相同系統(tǒng)的制動器適當(dāng)增大機(jī)構(gòu)的傳動比可以提高能效值。
3）創(chuàng)新驅(qū)動裝置 提高推動器電機(jī)能效、提高推動器液壓泵的效率、用電磁推動器代替電力液壓推動器、采用兩步制動、采用電磁液壓推動器等也可以提高能效。變頻驅(qū)動技術(shù)也是提高制動器能效的途徑。
4）合理選擇推動器 根據(jù)制動力矩選擇匹配的推動器，選擇合適的推動器參數(shù)，如推動器推力、動作頻率、推動器電機(jī)功率等，避免大馬拉小車，超額配置。
