单轮惯性式制动器试验台飞轮移动系统设计

天津工业大学

毕业设计（论文）

题目：单轮惯性式制动器试验台飞轮移动系统设计

姓名

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专业

指导教师

职称

2013年6月6 日

摘要

单轮惯性式制动器试验台是将整体的制动器通过专用卡具安装在试验台上，采用飞轮组模拟惯量蓄能，按照规定的方法模拟汽车的实际制动过程，测试制动器的制动效能、热稳定性、衬片磨损以及强度等项性能，从而得到制动器摩擦和磨损性能的数据。

本次设计的主要完成了该套设备的飞轮移动系统设计，其重点是液压系统的设计，包括液压系统的改进、油源系统的设计计算、液压缸的计算与选择、液压阀的选择、管路的压力损失计算、油箱的设计计算、系统发热计算等；还增加了集成块的设计这也是本次设计的难点；另外，液压传动也通过碟形弹簧锁紧缸被用于控制移动滑台的松开与固定。

关键词：惯性式制动器试验台；飞轮移动系统；液压系统；集成块

Abstract

Single wheel inertial brake test bench is the integrated brake through special fixture installed in test bed, using fly wheel simulation, according to the regulation of inertia storage method is used to simulate the actual braking process, car brake performance test brake, and thermal stability, facing wear and strength and so on a performance, thus obtains the brake friction and wear performance data.

The design of the main completed the sets of equipment flywheel mobile system design, the emphasis is on the hydraulic system design, also involving hydraulic system improvement, oil source system design calculation, hydraulic cylinder of calculation and selection, hydraulic valve selection, pipe pressure loss is calculated, the tank design calculation, system such as fever calculation; But also increased the integrated block design this also is the design difficulties; In addition, hydraulic transmission through disc springs lock cylinder is used to control the machine moving slippery with fixed loose.

Key words: inertial brake test bench；Movement System of flywheel；Hydraulic system；manifold bloc

目录

前言 (1)

第1章液压泵站的设计 (1)

1.1 液压泵站的分类及特点 (1)

1.2 液压阀的安装 (1)

1.3 液压泵站设计简图 (2)

第2章集成块总成的设计 (3)

2.1 集成块的结构与特点 (3)

2.2 对集成块总成的设计 (3)

第3章系统总体方案的设计 (8)

3.1 设计参数及相关内容 (8)

3.2 确定总体方案及有关说明 (9)

3.3液压系统方案的确定 (11)

3.4 液压工作原理图 (14)

第4章液压部分的设计计算 (16)

4.1 对油缸的设计计算 (16)

4.2 确定液压泵 (20)

4.3 选择液压阀 (21)

4.4 蓄能器 (22)

4.5 选择过滤器 (24)

4.6计算油箱的容积与系统热性能 (26)

4.7 计算与选择油管与管接头 (29)

4.8 计算压力损失 (32)

结论 (36)

参考文献 (37)

附录一（外文资料原文） (38)

附录二（外文资料译文） (46)

附录三（文献检索） (53)

致谢 (55)

前言

制动器实验台发展背景及现状

2010年中国汽车产销双超1800万辆，交通安全问题已经成为国家和社会为保证道路交通安全而亟待解决的关键问题。随着我国汽车工业的飞速发展以及高速公路、高等级公路的大规模建设，车辆密集化和车辆高速化对车辆的制动系统提出了更高要求。对车辆安全性能的研究揭示，在道路交通事故中大约有10%的事故是由于车辆在制动一瞬间偏离原定轨道或甩尾产生的，因而探讨各种高性能制动系统和完善制动性能是促进汽车工业发展的重要措施之一。

为此，国家中长期科学技术发展规划明确将“重点开发交通事故预防预警、应急处理技术”列为交通运输领域优先需要解决的关键技术之一，科技部、公安部和交通部三部委联合启动的《国家道路交通安全科技行动计划》中也将“营运车辆运行安全监控技术与装备”列为国家重大科技需求。在此背景下，关系到行车安全的关键设备制动器的质量至关重要。完善的测试体系和良好的测试设备是保证产品质量的前提和基础，开展汽车制动器惯性试验台的研究，使其能更好地模拟制动器实际使用模式和环境条件，更真实的反映制动器性能，能够提高制动器研发水平，缩短制动器开发周期，提升制动技术；还可以提高制动器测试技术，提高试验台架的设计水平；它对制动器产品的研发、质量控制以及整车制动性能的提高都有十分重要的意义。

汽车技术在巨大的市场需求推动下发展的日益成熟，从世界范围来看发达国家无不例外的拥有实力雄厚的生产、研发企业和先进的科学技术，使整车性能不断提升。与此同时，对制动器的各项性能的要求也更加严苛，惯性制动器试验台装置从而被广泛应用。它对各种型号及规格的惯性制动器的起动力矩、动力矩、轴向振动等特性进行测试和研究，以改进产品性能和提高产品质量。惯性制动器试验台设计的关键问题是惯性负载的模拟，通常采用减速机或飞轮组来模拟，在变频调速、PLC控制等技术的支持下还出现了电模拟法。惯性制动器试验台的研制成功为惯性制动器产品的检测、各种性能的测试提供了有效的手段，同时也为改进产品性能提供了数据依据，为新产品或新改进的产品提供了试验平台。

制动器综合性能测试是汽车质量检测的重要项目，是汽车生产企业必不可少的重要环节。但国内相关行业起步较晚，国际上较为通用的方法是用惯性试验台来模拟制动器总成的制动工况，但设备仍为德、美、日等国的产品，其典型代表如德国KRAUSS制动试

验台、欧盟的AKmas—ter、美国的S1E J212，S1E J2681、日本的JAS0406等。为快速提高我国在相关领域的技术水平、在技术上创新，进一步满足汽车企业准确、快速、有效地对制动器各种综合性能检测的需要，本次设计的单轮惯性式制动器惯性试验台，目标达到自动化程度高、测试项目全、实时性强、有良好的人机界面、操控方便，满足汽车企业的需求。

设计内容

本次的设计的单轮惯性式制动器实验台是通过机—电—液一体化的设计与综合。该设备是将整体的制动器通过专用卡具安装在试验台上，采用飞轮组模拟惯量蓄能，按照规定的方法模拟汽车的实际制动过程，测试制动器的制动效能、热稳定性、衬片磨损以及强度等项性能，从而得到制动器摩擦和磨损性能的数据。为满足不同工况条件下不同制动器的测试要求，在总体方案中确定了用6组共12个飞轮来模拟不同的惯性质量，并用液压系统驱动前后拉杆带动各飞轮使其与主轴连接或分离。在对制动器进行测试过程中，制动器的旋转元件和制动元件通过专用卡具分别于主轴和移动滑台相连接，制动时，制动力矩传递到被碟簧锁紧缸固定在底座上的移动滑台上，通过传感器采集数据并输送到计算机。其中，移动滑台是靠液压控制的6个碟形弹簧锁紧缸固定，靠伺服电机带动滚珠丝杠丝杠驱动的的。

本次的设计的主要任务是完成该套设备的飞轮移动系统设计，除结构设计外其重点是液压系统的设计，包括液压系统的改进、绘制液压原理图、油源系统的设计计算、液压缸的计算与选择、液压阀、蓄能器、过滤器的选择、管路的压力损失计算、油箱的设计计算、系统发热计算等；还增加了集成块的设计这也是本次设计的难点；另外，液压传动也通过碟形弹簧锁紧缸被用于控制移动滑台的松开与固

第1章液压泵站的设计

液压泵站由泵组、油箱组件、滤油器组件、控温组件及蓄能器组件等组合而成。它是液压系统的动力源，可按机械设备工况需要的压力、流量和清洁度，提供工作介质。目前液压泵站产品尚未标准化、系列化。制造厂可按用户提出的工况要求，进行设计、制造。

1.1 液压泵站的分类及特点

1.1.1 整体型

（1）上置式上置式包括立式和卧式广泛应用在中、小功率液压泵站，油箱容量可达1000L。立式为电动机安装在油箱上，液压泵置于油箱之内，这种布置型式结构紧凑，占地小，噪声低；卧式为电动机安装在油箱上，液压泵置于油箱之上，控制阀组亦可置于油箱之上，这种布置型式结构紧凑，占地小。

（2）非上置式非上置式包括旁置式和下置式应用在传动功率较大的液压泵站。旁置式为泵组（液压泵、电动机、联轴器、传动底座等）安装在油箱旁侧，与油箱共用同一个底座，这种布置型式泵站高度低，便于维修；下置式为泵组安装在油箱之下，这种布置型式有效地改善液压泵的吸入性能。

（3）柜式柜式为泵组和油箱置于封闭型柜体内，可以在柜体上布置仪表板和电控箱，仅应用在中、小功率液压泵站，这种布置型式外形整齐，尺寸较大，噪声低，受外界污染小。

1.1.2 分离型

分离型包括非上置式和旁置式，泵组和油箱组件分离，单独安装在地基上，应用在传动功率大，油箱容量大的液压泵站，这种布置型式可改善液压泵的吸入性能，便于维修，占地大。

本设计采用整体型的上置卧式。

1.2 液压阀的安装

规模小的单机型液压泵站，通常将液压控制阀安装在油箱面板之上或集成在油路块上，再安装在油箱上。中等规模的机组型液压泵站则将控制阀安装于一个或几个阀台上，

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阀台设置在被控设备（机构）附近。大规模的中央型液压泵站，往往设置在地下室内，可以对组成的各液压系统进行集中管理。

集成式配置是目前液压系统大多采用的连接方式。它采用液压阀连接在集成块上，集成块一方面有安装底板的作用，另一方面有内部油路的作用，这种配置结构紧凑、安装方便。本设计采用将液压控制阀安装在集成块上，再安装在油箱上。

1.3 液压泵站设计简图

图1-1 液压泵站简图

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第2章集成块总成的设计

2.1 集成块的结构与特点

块式集成是按典型液压系统的各种基本回路，做成通用化的六面体油路块（集成块）。通常其四周除一面安装通向液压执行器（液压缸或液压马达）的管接头外，其余三面安装标准的板式液压阀及少量叠加阀或插装阀，这些液压阀之间的油路联系由油路块内部的通道孔实现，块的上下两面为块间叠积结合面，布有由下往上贯穿通道体的公用压油孔P、回油孔O（T）、泄露油孔L及块间连接螺栓孔，多个回路块叠积在一起，通过四只长螺栓固紧后，各块之间的油路联系通过公用油孔来实现。

块式集成有以下优点：

（1）可简化设计。可用标准元件按典型动作组成单元回路块，选取适当的回路块叠积于一体，即可构成所需液压控制装置，故可简化设计工作。

设计灵活，更改方便。因整个液压系统由不同功能的单元回路块组成，当需更改系统、增减元件时，只需更换或增减单元回路块即可实现，所以设计时灵活性大，更改方便。

（2）易于加工，专业化程度高。集成块主要是六个平面及各种孔的加工，尺寸小，平面和孔道的加工比较容易，便于组织专业化生产和降低成本。

（3）结构紧凑，装配维护方便。由于液压系统的多数油路等效成了集成块内的通油孔道，所以大大减少了整个液压装置的管路和管接头数量，使得整个液压控制装置结构紧凑，占地面积小，外形整齐美观，便于装配维护，系统运行时泄漏少。

（4）系统运行效率较高。由于实现各控制阀之间油路联系的孔道的直径较大且长度短，所以系统运行时，压力损失小，发热少，效率较高。

块式集成的主要缺点是：集成块的孔系设计和加工容易出错，需要一定的设计和制造经验；系统运行时故障诊断较困难。

2.2 对集成块总成的设计

2.2.1 液压系统分解

集成块单元回路实质上是液压系统原理图的一个等效转换，它是设计块式集成液压控制装置的基础，也是设计集成块的依据。

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分解集成块单元回路时，应优先采用现有系列集成块单元回路，以减少设计工作量。集成块上液压阀的安排应紧凑，数量应尽量少，以减少整个液压控制装置的结构尺寸和重量。集成块的数量与液压系统的复杂程度有关，一摞集成块组，初基块和顶块外，中间块一般1～7块。当所需中间块多于7块时可按系统工作特点和性质，分组多摞叠积，否则集成块的高度和重量过大，容易失稳。减少中间块数目的主要途径有：液压阀数目较少的简单回路合用一个集成块；液压泵的出口串接单向阀时，可采用管式连接的单向阀（串接在泵与集成块组的基块之间）；采用少量叠加阀、插装阀及集成块专用嵌入式插装阀；集成块侧面加装过渡板与阀连接；基块与顶块上布置适当的元件等。

2.2.2 设计集成块

尽管目前已有多种集成块系列及其单元回路，但是现代液压系统日趋复杂，导致系列集成块有时不能满足用户的使用和设计要求，工程实际中仍有不少回路集成块需要自行设计。

2.2.2.1 确定公用油道孔的数目

集成块的公用油道孔，有二孔、三孔、四孔、五孔等多种设计方案。应用较多的为二孔式和三孔式。本设计采用二孔式。

二孔式的特点：在集成块上分别设置压力油孔P、回油孔T共二个公用孔道。优点：结构简单，公用孔道孔数较少，与三孔式相比没有细长（Φ5～6mm）的泄漏油孔道，从而减少了工艺孔数，更易于加工。

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O P

螺栓孔

螺栓孔

图2-1 三孔式集成块结构简图

2.2.2.2 确定孔道直径及油孔间壁厚

集成块上的孔道可分为三类：第一类是通油孔道，其中包括管道上下面的公用孔道，安装液压阀的三个侧面上直接与阀的油口相通的孔道，另一侧面安装管接头的孔道，不直接与阀的油口相通的中间孔道即工艺孔四种；第二类是连接孔，其中包括固定液压阀

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