液粘制动器制动特性的研究

总第141期 液 粘制动器制动特性的研究 钟苏丽 1,侯卫平 1,钟建璞 2,吕海军 1 (1.山东省烟台职业学院;2.威海市泊于镇农机站) 摘 要:阐述了液体粘性制动器的制动原理,并对液粘制动器的制动特性进行了理论,得出了 制动转矩、摩擦片间隙、摩擦片转速间的相互关系,为液体粘性制动器在实际生产中的应用提供了 理论基础。 关键词:液粘制动器;油膜间隙;转矩;粘性传动 1 液粘制动器的制动原理 液粘制动器的理论基础是液体粘性传动,它利 用液体粘性的剪切力来产生制动力。它的工作原理 是基于牛顿内摩擦定律,也就是在2个有相对移动 速度的摩擦片之间,切应力与动力粘度和剪切速度 成正比,与油膜厚度成反比[1]。其结构示意图如图 1 所示。 图1 机械结构示意图 1.输入轴;2.主动片;3.被动片;4.固定壳体; 5.活塞;6.油缸;7.分离弹簧 主动摩擦片可在主动轴上做轴向移动,对偶摩 擦盘(从动摩擦片)与固定壳体相连(从动摩擦片通 过齿轮与轮毂啮合,可以做轴向移动,但不可以径向 运动)。当需要制动时,控制系统发出制动信号,控制 器根据来自速度传感器的信号控制电液比例阀的油 压变化,使活塞克服弹簧力的作用,推动主动摩擦片 沿轴向移动,改变主动摩擦片与摩擦对偶盘之间的 间隙,这样,根据实际速度与设定速度的差来改变油 膜的厚度。主动摩擦片与摩擦对偶盘之间的间隙变 化,相应的制动力矩也发生变化。所以液体粘性制动 装置具有良好的制动可控性和制动可靠性;当油膜 厚度为零时,也具有很好的定车作用。 2 液粘制动器的制动特性 制动转矩理论传递方程为[2]: (1) 式中: ω-液体粘性制动器摩擦片的转速(rad/s); ud-冷却油动力粘度(pa.s); R0-液体粘性制动器摩擦片外径(m); Ri-液体粘性制动器摩擦片内径(m); h-摩擦副间的分离间隙(m); tp-一个摩擦副的带排扭矩(N·m) 由于在制动的过程中,油膜的厚度是在不断的 变化的,所以必须通过制动模型来进行动力学分析。 在液体粘性制动器的制动模型中,流体的切向速度 可表示为: ν=(1- z h(t) )×r×ω (2) 式中: r-径向坐标; z-轴向坐标; h(t)-摩擦片的间隙; ω-主动片的角速度。 粘性剪切力τ在圆柱坐标下的计算公式为: (3) 把(2)式代入(3)式中得: (4) 式中η 是油液的动力粘度,在热平衡状态下可 AgriculturalEquipment&Technology 农业装备技术第33卷第5期 2007年10月 Vol.33№.5 Dec.2007 52 总第141期 脱粒机的安装和使用 1.脱粒机应平稳地安装在一个厚薄一致的木 架上,并用螺钉固定牢靠。电钮开关要接到便于操作 的地方,要安全、防触电;用柴油机作动力,柴油机也 要固定牢靠,使两个皮带轮中心距保持在1.5～2m 的距离。 脱粒机出秸口应与自然风向大致相同,若用柴 油机作动力,柴油机的安装应与出秸口相反。喂入台 前要放与喂入台高低一致的方桌或铺板,以便堆放 喂入的作物。 2.根据使用选用合适的皮带轮。如脱干 麦时,电动机皮带轮外径为 120mm,滚筒皮带轮外 径为135mm。 开机前,轴承要加入黄油,检查机器内部有无杂 物,各连接螺栓要紧固。扳动皮带轮,听是否有摩擦 声,若有应检修,然后开车试运转,待运转正常后方 可作业。 3.应根据作物干湿、茎秆长短来增加或减少喂 入量。如发现破碎率高,应加大滚筒和凹板的间隙, 调换滚筒皮带轮。 作物应抖撒后一把一把地喂入,如发生绞绳现 象,应立即停喂,待绞绳现象消失后再喂入。若发生 堵塞,应立即停机排除。 4.严禁把金属、工具、木块、石块等硬物喂入机 器内以免损坏机器和伤人;每次作业完毕后,要空转 几分钟再停车。 用作铡草时,先去掉上盖,抽出凹板的2个吊 杆,把凹板的一端抽出箱体 50mm左右,按孔装上 铡刀,刀口的方向要一致,然后放入。再从另一方向 把凹板抽出箱体50mm,用同样的方法安装上铡刀 后放回原处。最后,装上吊杆和上盖。 建 农 视为常数。 此时,摩擦片的粘性剪切力所能提供的粘性制 动转矩为: (5) 通过(5)式可以知道,液体粘性制动转矩、摩擦 片间隙、摩擦片转速间存在着耦合关系。在制动过程 中,随着摩擦片间隙的减小,制动转矩增大,而制动 转矩的增大又会使转速降低,转速的降低反过来又 会影响制动转矩的大小。因此,粘性制动转矩的变化 取决于摩擦片的转速及摩擦片的间隙趋近于0的速 度。 根据摩擦片的转矩平衡条件,可以得出液体粘 性制动器与摩擦片减速度间动力学关系,其公式为: M-Mr=-I dΩ dt (6) 式中:Mr-作用在主动摩擦片上的负载转矩; I-主动摩擦片及与其相连的旋转部件 的转动惯量。 将(5)式代入(6)式中即可得到液体粘性剪切模 型: dΩ dt + π·η·(Ro 4 -Ri 4 ) 2I×h(t) Ω-Mr I =0 在(5)式中,当摩擦片间隙 h(t)以不同的函数趋 向于0时,液体粘性制动器的制动转矩的变化情况 是不一样的。所以在液体粘性制动器的工作过程中, 确定适当的间隙变化关系是很重要的。 根据分析[2],对液粘制动器来说,理想的摩擦片 间隙的运动变化规律是:随着油膜厚度的减小,主摩 擦片的转速能以较平缓的速度下降,使得传动系统 有小一些的制动冲击负荷。而在制动的结束阶段,运 动摩擦片的转速应以较快的速度降低为 0,这种特 性能够有效的减少摩擦片的摩损。而当摩擦片间隙 的变化采用正二次曲线运动规律时,系统具有较好 的速度特性。 参考文献: [1] 魏宸官,赵家象.液体粘性传动技术[M].北京:国防工业出 版社,1996. [2] 张以都.液体粘性软起动装置的起动特性研究[J].北京航 空航天大学学报,2002(10). !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 钟苏丽等: 液粘制动器制动特性的研究 AET2007.5 53