一种轨道车辆制动闸片摩擦磨损小样惯性试验机的制作方法

1.一种轨道车辆制动闸片摩擦磨损小样惯性试验机，属于摩擦材料试验机领域，确切地说属于小样惯性试验机。


背景技术：

2.车速较高的轨道车辆，尤其是高铁列车制动器闸片大多采用粉末冶金材料制成，为了防止开裂和方便制造，粉末冶金闸片多为组装方式制成。就是把粉末冶金材料压制成六边形或圆形片状摩擦块，再将多个摩擦块用铆接或螺钉规则地装在闸片钢背上。
3.现有技术要检测闸片的摩擦磨损性能，主要靠全尺寸的制动器惯性试验台。这种试验台设备巨大，造价昂贵，主电机一般400kw以上，运行成本很高。一次完整的测试往往需要十几万元，且由于国内设备很少，还要排队等候。如果是原材料和配方筛选或生产过程质量测试，用全尺寸惯性台架的花费让人望而却步。
4.现有技术缩比试验方法多采用绝对缩比原理。这种方法以摩擦面面积比为缩比系数，所以摩擦盘尺寸必须根据测试对象参数变化，导致试件准备工作量大、周期长、成本高，设备也相对复杂。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术的缺点，本发明采用相对缩比方式，固定摩擦盘的尺寸，从而使试件准备变得简单。
6.本发明认为既然闸片是多个摩擦块组合而成，如果用一个摩擦块作为测试对象，要得到与全尺寸惯性台架一致性和可比性的结果，按照相似理论下列参数必须与全尺寸台架一致相同：
7.(1)试验机应遵循能量守恒原理，采用惯性制动方式；
8.(2)摩擦线速度相同；
9.(3)摩擦面比压相同；
10.(4)摩擦面上的单位面积摩擦功相同；
11.(5)摩擦对偶(制动盘)材质相同；
12.(6)摩擦对偶(制动盘)热容比基本相同；
13.(7)与全尺寸台架测试程序相同。
14.按照上述一致性原则，本发明提出了一种轨道车辆制动闸片摩擦磨损小样惯性试验机，主要由驱动电机系统a、静力矩加载系统b、机械惯性飞轮系统c、无线测温传输单元d、试件制动单位e、液压制动压力单元f和风冷除尘单元g组成。
15.其中，驱动电机系统a由主电机1和联轴器2组成，主电机1通过联轴器2与主轴6连接；主轴6两端支承在后轴承座9和前轴承座10上；
16.静力矩系统b由减速电机3、从动齿轮4和离合齿套5组成；减速电机3借助减速机座41支承在机座35上，减速电机3的输出轴上装有主动齿轮40，主动齿轮40与从动齿轮4啮合；
后轴承座9上装有套筒37，法兰38借助滚动轴承39支承在套筒37上，从动齿轮4则装在法兰38上；法兰38上制有外齿，离合齿套5套装在法兰38的外齿上，当拨叉42推动离合齿套5向左移动时，离合齿套5就会与主轴6后端上的联轴器43上的外齿啮合，实现静力矩的传递；拨叉42由气缸44推拉实现静力矩系统b与主轴6的离合。
17.机械惯性飞轮系统c主要由固定飞轮7和可拆飞轮组8组成；所述主轴6的中间部位有法兰，法兰两侧为锥面；固定飞轮7用高强螺栓固定在法兰上；可拆飞轮组8分为二组，装在主轴6的锥面部位，依次与固定飞轮7联接或拆下。
18.机械惯性飞轮系统c还包括：飞轮吊架11和飞轮吊具12；所述飞轮吊架11的两个支腿分别固定在后轴承座9和前轴承座10两个轴承座上；飞轮吊架11的横梁为圆柱形截面，飞轮吊具13套装在横梁上可左右移动；飞轮吊具12上的吊钩可钩在飞轮组8上的沟槽内将可拆飞轮组8吊起并移开。
19.无线测温传输单元d由固定线圈盘13、旋转线圈盘14、发射器15、温度传感器50组成，固定线圈盘13固定在前轴承座10上，旋转线圈盘14套装在主轴6上，发射器15则装在旋转线圈盘14上，温度传感器50安装在制动盘17内部。
20.试件制动单元e由制动盘17、制动钳18、支架19和力传感器20组成；制动盘17与主轴6前端的法兰16连接；制动钳18主要由钳体21、力臂22、试件座23、试件夹24、制动缸25、夹紧力传感器26和调整螺母27组成；制动缸25一端依次通过夹紧力传感器26和调整螺母27与钳体21一侧连接，另一端与钳体21另一侧连接；钳体21端部通过试件座23与试件夹24固定试样；
21.钳体21安装在力臂22上，力臂22端部借助销轴45固定在支架19上；力传感器20设置在力臂22下方，力传感器20底部通过传感器座46安装在在支架19上，力传感器20与力臂22上设置在钳体21下方的顶杆相接触，以用于测量制动钳18的制动摩擦力。限位杆47安装在支架19和力臂22中间，用于限制钳体的反弹。支架19与机座导轨48滑动连接，使制动钳18在机座导轨48上可相对制动盘17径向调整以改变摩擦半径。
22.制动缸25由液压制动单元f提供伺服液压，所述的液压制动单元f采用电动伺服压力发生器。专利号为(202020020369x；2020100117453)。
23.风冷除尘单元g由风机28、除尘箱29、滤筒30、冷凝器31、风管32、阀门33和吹风嘴34组成。
24.风机28安装在制动盘17下方，通过风管32将风送入除尘箱29中，除尘箱29中设有若干滤筒30，冷凝器31用螺钉固定在除尘箱29的冷凝器安装斜板49上，所述的风在除尘箱29中经滤筒30过滤除尘，再经过冷凝器31降温后，由风管32、吹风嘴34吹送至制动盘17处；冷凝器31与安装在室外的制冷室外机通过管路连接。
25.上述系统全部安装在机座35之上。电控系统h主要由变频器、供电电路、数据采集电路、计算机和显示器组成。
26.变频器与主电机1连接，供电电路用于为各个单元提供驱动电压，数据采集电路用于将力传感器20和夹紧力传感器26采集的数据传输至计算机，计算机通过显示器显示所采集的数据，变频器、计算机和显示器集中安装在电控柜36内。
27.小样测试与全尺寸测试关系换算
28.为了用全尺台架试验标准测试，小样试验机与全尺寸台架参数应进行换算：
29.具体换算如下：
30.(1)需输入的全尺寸惯性台架测试参数：
31.轴荷g(kg)、车轮滚动直径d(m)、制动盘数z1，制动器数z2、制动片数z3，闸片摩擦片块数z4，制动摩擦半径r(m)，车速v(km/h)，制动钳杠杆比i，制动缸活塞直径d(cm)，制动管路压力p(bar)。
32.(2)小样试验需換算得出的参数：
33.制动摩擦半径：r＝0.14～0.16(m)(已知)
34.加载惯量：i(kg
·
m2)
35.主轴转数：n(rpm)
36.制动钳夹紧力：f(kg
·
f)
37.(3)与全尺寸台架参数换算式：
38.加载惯量：
39.主轴转速
40.制动钳夹紧力
41.只需输入全尺寸惯性台架测试所需输入的参数，就能自动换算成小样机的测试参数，并生成与全尺寸试验标准相同试验程序。
42.本发明的有益效果：
43.本发明可执行全尺寸惯性台架测试标准，生成内容形式相同的试验报告。测试结果与全尺寸台架具有很高的可比性和一致性。这种小样惯性试验机具有投资少、占地小、节能、省时的优点，用于摩擦材料配方研发、材料筛选和工艺过程控制方面的测试，可替代全尺寸台架80％的前期测试工作量，尤其适合粉末冶金摩擦材料科研测试。
附图说明
44.图1.为本发明所述试验机整体结构示意图；
45.图2.为本发明所述试验机局部结构俯视图；
46.图3.为本发明所述试验机左视图；
47.图4.为本发明所述试验机静力矩加载系统结构图；
48.图5.为本发明所述试验机风冷除尘单元结构图；
49.图6.为本发明所述试验机风冷除尘单元左视图；。
50.图7.为本发明所述试验机机械惯量飞轮结构图；
51.图8.为本发明所述试验机制动钳结构图；
52.图9.为本发明所述试验机制动钳俯视图；
53.图10.为本发明所述试验机制动钳左视图；
54.图11.为本发明所述试验机无线传输单元结构图；
55.图12.为本发明所述试验机制动盘结构图。
56.图13.为本发明所述试验机温度传感器
57.附图标记：
58.1-主电机，
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2-联轴器，
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3-减速电机，
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4-从动齿轮，
59.5-离合齿套，
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6-主轴，
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7-固定飞轮，
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8-可拆飞轮，
60.9-后轴承座，
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10-前轴承座，
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11-飞轮吊架，
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12-飞轮吊具，
61.13-固定线圈盘，
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14-旋转线圈盘，
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15-发射器，
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16-法兰，
62.17-制动盘，
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18-制动钳，
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19-支架，
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20-力传感器，
63.21-钳体，
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22-力臂，
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23-试件座，
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24-试件夹，
64.25-制动缸，
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26-夹紧力传感器，
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27-调整螺母，
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28-风机，
65.29-除尘箱，
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30-滤筒，
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31-冷凝器，
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32-风管，
66.33-阀门，
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34-吹风嘴
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35-机座，
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36-电控柜，
67.37-套筒，
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38-法兰，
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39-滚动轴承，
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40-主动齿轮，
68.41-减速机座，
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42-拨叉，
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43-联轴器，
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44-气缸，
69.45-销轴，
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46-传感器座，
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47-限位杆，
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48-机座导轨,
70.49-冷凝器安装斜板， 50-温度传感器。
71.具体实施方式
72.下面结合附图，以具体实施例的形式对本发明技术方案做进一步解释和说明。
73.一种轨道车辆制动闸片摩擦磨损小样惯性试验机，主要由驱动电机系统a、静力矩加载系统b、机械惯性飞轮系统c、无线测温传输单元d、试件制动单位e、液压制动压力单元f和风冷除尘单元g组成。
74.其中，驱动电机系统a由主电机1和联轴器2组成，主电机1通过联轴器2与主轴6连接；主轴6两端支承在后轴承座9和前轴承座10上；
75.静力矩系统b由减速电机3、从动齿轮4和离合齿套5组成；减速电机3借助减速机座41支承在机座35上，减速电机3的输出轴上装有主动齿轮40，主动齿轮40与从动齿轮4啮合；后轴承座9上装有套筒37，法兰38借助滚动轴承39支承在套筒37上，从动齿轮4则装在法兰38上；法兰38上制有外齿，离合齿套5套装在法兰38的外齿上，当拨叉42推动离合齿套5向左移动时，离合齿套5就会与主轴6后端上的联轴器43上的外齿啮合，实现静力矩的传递；拨叉42由气缸44推拉实现静力矩系统b与主轴6的离合。
76.机械惯性飞轮系统c主要由固定飞轮7和可拆飞轮组8组成；所述主轴6的中间部位有法兰，法兰两侧为锥面；固定飞轮7用高强螺栓固定在法兰上；可拆飞轮组8分为二组，装在主轴6的锥面部位，依次与固定飞轮7联接或拆下。
77.机械惯性飞轮系统c还包括：飞轮吊架11和飞轮吊具12；所述飞轮吊架11的两个支腿分别固定在后轴承座9和前轴承座10两个轴承座上；飞轮吊架11的横梁为圆柱形截面，飞轮吊具13套装在横梁上可左右移动；飞轮吊具12上的吊钩可钩在飞轮组8上的沟槽内将可拆飞轮组8吊起并移开。
78.无线测温传输单元d由固定线圈盘13、旋转线圈盘14、发射器15、温度传感器50组成，固定线圈盘13固定在前轴承座10上，旋转线圈盘14套装在主轴6上，发射器15则装在旋转线圈盘14上，温度传感器50安装在制动盘17内部。
79.试件制动单元e由制动盘17、制动钳18、支架19和力传感器20组成；制动盘17与主
轴6前端的法兰16连接；制动钳18主要由钳体21、力臂22、试件座23、试件夹24、制动缸25、夹紧力传感器26和调整螺母27组成；制动缸25一端依次通过夹紧力传感器26和调整螺母27与钳体21一侧连接，另一端与钳体21另一侧连接；钳体21端部通过试件座23与试件夹24固定试样；
80.钳体21安装在力臂22上，力臂22端部借助销轴45固定在支架19上；力传感器20设置在力臂22下方，力传感器20底部通过传感器座46安装在在支架19上，力传感器20与力臂22上设置在钳体21下方的顶杆相接触，以用于测量制动钳18的制动摩擦力。限位杆47安装在支架19和力臂22中间，用于限制钳体的反弹。支架19与机座导轨48滑动连接，使制动钳18在机座导轨48上可相对制动盘17径向调整以改变摩擦半径。
81.制动缸25由液压制动单元f提供伺服液压，所述的液压制动单元f采用电动伺服压力发生器(专利号为202020020369x；2020100117453)。
82.风冷除尘单元g由风机28、除尘箱29、滤筒30、冷凝器31、风管32、阀门33和吹风嘴34组成。
83.风机28安装在制动盘17下方，通过风管32将风送入除尘箱29中，除尘箱29中设有若干滤筒30，冷凝器31用螺钉固定在除尘箱29的冷凝器安装斜板49上，所述的风在除尘箱29中经滤筒30过滤除尘，再经过冷凝器31降温后，由风管32、吹风嘴34吹送至制动盘17处；
84.冷凝器31与制冷室外机通过管路连接，制冷室外机装于室外。
85.上述系统全部安装在机座35之上。电控系统h主要由变频器、供电电路、数据采集电路、计算机和显示器组成。
86.变频器与主电机1连接，供电电路用于为各个单元提供驱动电压，数据采集电路用于将力传感器20和夹紧力传感器26采集的数据传输至计算机，计算机通过显示器显示所采集的数据，变频器、计算机和显示器集中安装在电控柜36内。
87.按照相似理论下列参数必须与全尺寸台架一致相同：
88.(1)试验机应遵循能量守恒原理，采用惯性制动方式；
89.(2)摩擦线速度相同；
90.(3)摩擦面比压相同；
91.(4)摩擦面上的单位面积摩擦功相同；
92.(5)摩擦对偶(制动盘)材质相同；
93.(6)摩擦对偶(制动盘)热容比基本相同；
94.(7)与全尺寸台架测试程序相同。
95.小样测试与全尺寸测试关系换算
96.为了用全尺台架试验标准测试，小样试验机与全尺寸台架参数应进行换算：
97.具体换算如下：
98.(1)需输入的全尺寸惯性台架测试参数：
99.轴荷g(kg)、车轮滚动直径d(m)、制动盘数z1，制动器数z2、制动片数z3，闸片摩擦片块数z4，制动摩擦半径r(m)，车速v(km/h)，制动钳杠杆比i，制动缸活塞直径d(cm)，制动管路压力p(bar)。
100.(2)小样试验需換算得出的参数：
101.制动摩擦半径：r＝0.14～0.16(m)(已知)
102.加载惯量：i(kg
·
m2)
103.主轴转数：n(rpm)
104.制动钳夹紧力：f(kg
·
f)
105.(3)与全尺寸台架参数换算式：
106.加载惯量：
107.主轴转速
108.制动钳夹紧力
109.输入全尺寸惯性台架测试所需输入的参数，就能自动换算成小样机的测试参数，并生成与全尺寸试验标准相同试验程序。
110.该试验机的主要参数如下：
111.主电机功率：75kw，2p；
112.主轴转速：100～5400rpm；
113.相当车速：max400～450km/h；
114.加载惯量：35kg
·
m2；
[0115][0116]
试样：摩擦块实物二块；
[0117]
摩擦制动方式：盘式对夹
[0118]
制动盘尺寸：φ320
×
φ130
×
(17～20)；
[0119]
摩擦半径：r＝0.14～0.16m；
[0120]
摩擦盘材质：与实车制动盘相同；
[0121]
制动钳夹紧力：≤750kg
·
f；
[0122]
制动力矩：≤600n
·
m；
[0123]
静力矩加载：≤800n
·
m；
[0124]
静力矩转速：≤4rpm；
[0125]
静力矩电机功率：0.75kw；
[0126]
风冷风量：1800m3/h；
[0127]
风冷风嘴：300x50；
[0128]
风冷风速：0～30m/s；
[0129]
过滤面积：50m2；
[0130]
风机功率：2.2kw；
[0131]
冷风温度：15～20℃；
[0132]
制冷功率：3p；
[0133]
设备总功率：80kw；
[0134]
外形尺寸：3400
×
970
×
1850；
[0135]
重量：约4000kg。