CN107340048A - 一种盘式制动器摩擦噪声模拟装置及测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盘式制动器摩擦噪声模拟装置及测试系统，包括盘式制动器摩擦噪声模拟试验台、传感检测系统、计算机智能显控系统。采用以液压加载的盘式制动器摩擦代替传统的物块摩擦来进行制动摩擦振动与噪声试验，利用测控系统对噪声振动信号进行采集，最后显示在计算机上。试验装置包含制动惯量调节装置，可模拟不同种类车辆的制动实况；增设降低外界噪声干扰的静音室隔音室，消除了外界因素对噪声测试结果的影响；隔音室静音室内增设了制动工况调节模块，模拟不同的制动工况；利用采样频率较高的MCU和PLC双机协同作业的模式，对传感器模拟信号进行高速精确采集，依托计算机将制动振动及噪声信号直观显示处理。
Description
技术领域
本发明属于摩擦制动技术领域，具体是指一种盘式制动器摩擦噪声模拟装置及测试系统。
背景技术
盘式制动器广泛用于各类车辆和机械设备，在其制动过程通常伴有摩擦噪声，例如：容易出现制动噪声的设备有汽车、提升机、带式输送机等。制动器摩擦噪声的存在不仅给环境和操作现场造成了噪音污染，还严重影响各类车辆和机械设备的制动可靠性。此外，摩擦噪声通常伴随着摩擦振动，摩擦振动在一定程度上会降低机械部件的使用寿命，甚至造成零件的早期破损，降低制动装置的可靠性。因此，摩擦噪声已经成为当前摩擦制动技术领域的研究重点之一。
目前，盘式制动器制动摩擦噪声的发生机理尚不清晰，研究表明制动噪声与制动工况密切相关，例如制动初速度、制动压力、湿度、温度等因素。已有对制动摩擦噪声试验装置是简单的利用两物块的平面接触来模拟制动实况，例如：专利CN201310199588.0采用往复式摩擦机构来模拟制动摩擦，而制动摩擦为圆周摩擦，与盘式制动摩擦有本质地区别，并且其设计方案并不能模拟不同机械设备的制动过程；另外，已有的制动摩擦振动噪声装置尚不能模拟湿度、压力等工况对摩擦噪声的影响，其制动压力与远远小于机械设备的制动压力，其试验结果可参考性较低。现有专利在对摩擦噪声的精确采集方面还存在较大问题，例如：专利CN201520815239.8在进行噪声信号采集时未排除环境噪声(电机噪声等)对检测结果的影响，同时采样频率较低，造成噪声信号失真。
据此，本试验装置采用盘式制动器模拟制动振动噪声发生实况，在制动噪声发生部分添加了隔音设施；此外还增加了制动工况调节模块，调节各种制动工况；信号采集过程汇总采用采样频率较高的MCU完成数据的采集。此试验装置能较为准确的研究各种因素对制动振动与噪声的影响，是揭示制动摩擦振动与噪声发生机理的重要装置。
发明内容
为了解决以上出现问题，本发明公开了一种盘式制动器摩擦噪声模拟装置及测试系统，可模拟各类车辆和机械设备的实际制动工况，考察不同制动工况下的摩擦噪声，提高制动摩擦噪声的检测精度。采用该试验装置所得试验结果学术价值较高，可为盘式制动器摩擦噪声的研究提供可靠的参考。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种盘式制动器摩擦噪声模拟装置及测试系统，包括盘式制动器摩擦噪声模拟试验台、传感检测系统、计算机智能显控系统；
所述盘式制动器摩擦噪声模拟试验台包括变频电机、扭矩测试仪、惯量可调节飞轮组、飞轮轴、盘式制动器、隔音室、液压油缸、传感器支架、液压油管、液压站、螺栓、定位臂、温湿度控制器、制动盘、飞轮组支撑架、台架基座，所述变频电机固定于台架基座上，所述变频电机通过扭矩测量仪与飞轮轴连接，所述飞轮轴连接惯量可调节飞轮组并延伸至隔音室中，所述飞轮轴末端依次与制动盘、定位臂同轴连接，并带动制动盘转动，所述制动器通过螺栓固定于定位臂上，所述定位臂通过螺栓固定于台架基座上，所述传感器支架固定于定位臂上，所述液压站紧邻隔音室，所述液压站依靠液压油管与制动器、液压油缸密封连接，所述制动器、温湿度控制器、制动盘均设于隔音室内，所述温湿度控制器设于制动盘正下方；
所述传感检测系统包括三轴加速度传感器、红外测温传感器、声音传感器，所述三轴加速度传感器通过磁座固定于制动器侧面，所述红外测温传感器、声音传感器通过夹具固定于传感器支架上，所述三轴加速度传感器、红外测温传感器及声音传感器均与MCU连接；
所述计算机智能显控系统包括MCU、计算机、PLC控制柜，所述MCU与传感器输出端连接，所述PLC控制柜分别与变频电机、扭矩测量仪连接，调节电机的转速并采集扭矩的数值，所述MCU与PLC控制柜作为下位机与计算机通信，通过计算机实现对试验参数的设置以及试验结果的显示。
进一步的，所述隔音室尺寸为1.5米*1.2米*1.2米，完全将制动振动及噪声发生装置与外界环境隔离，隔音室靠近惯量可调节飞轮组的侧面有直径为15厘米的孔，飞轮轴通过此孔延伸至隔音室内，靠近液压站的一侧有直径为3厘米的孔，使液压油管通过，两个孔处进行二次隔音处理。
进一步的，所述定位臂，底部通过互相对称的螺栓固定于台架基座，在其中部焊接有传感器支架。
进一步的，所述温湿度控制器位于制动盘下方20厘米处，可为将水雾化为5um的颗粒，雾化均匀，调节隔音室温度、湿度；液压站处于隔音室外侧，可通过计算机调节器输出压力。
进一步的，所述三轴加速度传感器通过磁座固定在制动器制动背板的中央位置。所述声音传感器位于制动盘右侧10厘米，上侧50厘米处，通过夹具固定于传感器支架，所述红外温度传感器位于制动器摩接触面正上方，固定于传感器支架上。
进一步的，选取STM32ZET6作为高采样频率的MCU、选取西门子S7-300为PLC控制柜控制器，二者协同工作完成信号的采集与电机的控制。制动摩擦振动噪声频率较高，因此采用采用频率较高的MCU完成模拟信号的转换与采集，可最大限度保持制动振动与噪声的原貌。
有益效果
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明采用以液压加载的盘式制动器摩擦代替传统的物块摩擦来进行制动摩擦与噪声试验，利用测控系统对噪声振动信号进行采集，最后显示在计算机上。试验装置包含制动惯量调节装置，可模拟不同种类车辆的制动实况；增设降低外界噪声干扰的隔音室，消除了外界因素对噪声测试结果的影响；隔音室内增设了制动工况调节模块，模拟不同的制动工况；利用采样频率较高的MCU(微控制单元)和PLC双机协同作业的模式，对传感器模拟信号进行高速精确采集，依托计算机将制动振动及噪声信号直观显示处理。本发明可系统的考察各种车辆和机械设备在不同制动工况下制动摩擦噪声的发生状况，为研究制动摩擦噪声发生机理提供必要的试验条件。
附图说明
图1为本发明的盘式制动器摩擦噪声模拟装置示意图；
图2为本发明的制动摩擦振动与噪声采集流程图。
其中：1、变频电机，2、扭矩测试仪，3、惯量可调节飞轮组，4、飞轮轴，5、三轴加速度传感器，6、制动器，7、红外测温传感器，8、声音传感器，9、隔音室，10、液压油缸，11、传感器支架，12、液压油管，13、液压站；14、螺栓，15、定位臂；16、温湿度控制器，17、制动盘，18、飞轮组支撑架A，19、飞轮组支撑架B，20、台架基座，21、MCU；22、计算机，23、PLC控制柜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
以下说明本发明的具体实施方式，本领域科研人员可由本说明书所揭露的内容了解本发明的优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可立足于不同研究与应用，在没有背离本发明的精神下进行适当修饰或改变。
如图1所示，一种盘式制动器摩擦噪声模拟装置及测试系统，包括盘式制动器摩擦噪声模拟试验台、传感检测系统、计算机智能显控系统；
所述盘式制动器摩擦噪声模拟试验台包括变频电机1、扭矩测试仪2、惯量可调节飞轮组3、飞轮轴4、盘式制动器6、隔音室9、液压油缸10、传感器支架11、液压油管12、液压站13、螺栓14、定位臂15、温湿度控制器16、制动盘17、飞轮组支撑架A18、飞轮组支撑架B19、台架基座20，所述变频电机1固定于台架基座20上，所述变频电机1通过扭矩测量仪2与飞轮轴4连接，所述飞轮轴4连接惯量可调节飞轮组3并延伸至隔音室9中，所述飞轮轴4末端依次与制动盘17、定位臂15同轴连接，并带动制动盘17转动，所述制动器6通过螺栓14固定于定位臂15上，所述定位臂15通过螺栓14固定于台架基座20上，所述传感器支架11固定于定位臂15上，所述液压站13紧邻隔音室9，所述液压站13依靠液压油管12且与制动器6、液压油缸10密封连接，所述制动器6、温湿度控制器16、制动盘17均设于隔音室9内，所述温湿度控制器16设于制动盘17正下方；
所述传感检测系统包括三轴加速度传感器5、红外测温传感器7、声音传感器8，所述三轴加速度传感器5通过磁座固定于制动器6侧面，所述红外测温传感器7、声音传感器8通过夹具固定于传感器支架11上，所述三轴加速度传感器5、红外测温传感器7及声音传感器8均与MCU21连接；
所述计算机智能显控系统包括MCU21、计算机22、PLC控制柜23，所述MCU21一端与传感器的输出端连接，所述PLC控制柜23分别与变频电机1、扭矩测量仪2连接，调节电机的转速并采集扭矩的数值，所述MCU21与PLC控制柜23作为下位机与计算机22通信，通过计算机实现对试验参数的设置以及试验结果的显示。
进一步，所述隔音室9侧面设有直径为15厘米的孔，所述飞轮轴4通过孔延伸至隔音室9内，所述隔音室9靠近液压站一侧上设有使液压油管通过且直径为3厘米的孔，两个孔处进行二次隔音处理。所述隔音室9尺寸为1.5米*1.2米*1.2米。
进一步，所述声音传感器8设于制动盘17右上侧，具体位置为右侧10厘米，上侧50厘米处，所述声音传感器8通过夹具固定于传感器支架11上，所述红外温度传感器7设于制动器6摩擦接触面正上方，并通过支架固定于传感器支架11上，所述三轴加速度传感器5通过磁座吸合设于制动器6制动背板中央。
进一步，所述制动盘17与制动器6模拟机械设备制动汽车行驶过程中的制动摩擦。
进一步，所述温湿度控制器16来调节制动摩擦的温度、湿度，利用液压站13调节制动压力的大小。所述温湿度控制器16设于制动盘下方20厘米处，可为将水雾化为5微米的颗粒，雾化均匀，调节隔音室温度、湿度；液压站设于隔音室外侧，可通过计算机22调节器输出压力。
进一步，所述惯量可调节飞轮组3来模拟不同种类车辆的制动惯量。
进一步，所述制动摩擦振动与噪声发生装置均置于隔音室9内，消除了外界环境噪声对试验结果的影响。
进一步，选取STM32ZET6作为高采样频率的MCU21、选取西门子S7-300为PLC控制柜23的控制器，二者协同工作完成信号的采集与电机的控制。制动摩擦振动噪声频率较高，因此采用采用频率较高的MCU21完成模拟信号的转换与采集，可最大限度保持制动振动与噪声的原貌。
使用过程中，通过变频电机1带动惯量可调节飞轮组3，模拟制动时的制动惯量。采用制动器7与制动盘17模拟制动摩擦噪声，计算机作为上位机，通过PLC控制柜23调节电机转速模拟制动速度，同时利用PLC控制柜23从扭矩测试仪2读取扭矩参数；利用MCU21读取声音传感器8、三轴加速度传感器5、温度传感器的数值，其较高的采样频率可最大限度的保留信号的有效信息。PLC控制柜23与MCU21读取的数据传输至计算机22，计算机22绘制噪声振动的波形曲线并显示出来，用户可直接读出制动摩擦噪声与振动的表征量。
如图2所示，制动摩擦振动与噪声试验装置及测试系统操作过程：
1.试验参数设定。设定变频电机1转速、制动惯量、制动环境的湿度、湿度。
2.开展试验。启动电机，根据试验需要选择调节液压站输出压力，完成制动。
3.试验结果读取。在计算机控制界面观察表征量，例如摩擦噪声的声压、频率、制动振动的振幅等。
4.改变制动工况，重复以上步骤，完成其他试验。
上述内容可说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对本发明具体细节进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中在没有脱离本发明所揭示的思想下的一切等效改变或修饰，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种盘式制动器摩擦噪声模拟装置及测试系统，其特征在于，包括盘式制动器摩擦噪声模拟试验台、传感检测系统、计算机智能显控系统；
所述盘式制动器摩擦噪声模拟试验台包括变频电机(1)、扭矩测试仪(2)、惯量可调节飞轮组(3)、飞轮轴(4)、盘式制动器(6)、隔音室(9)、液压油缸(10)、传感器支架(11)、液压油管(12)、液压站(13)、螺栓(14)、定位臂(15)、温湿度控制器(16)、制动盘(17)、飞轮组支撑架A(18)、台架基座(20)，所述变频电机(1)固定于台架基座(20)上，所述变频电机(1)通过扭矩测量仪(2)与飞轮轴(4)连接，所述飞轮轴(4)连接惯量可调节飞轮组(3)并延伸至隔音室(9)中，所述飞轮轴(4)末端依次与制动盘(17)、定位臂(15)同轴连接，并带动制动盘(17)转动，所述制动器(6)固定于定位臂(15)上，所述定位臂(15)通过螺栓(14)固定于台架基座(20)上，所述传感器支架(11)固定于定位臂(15)上，所述液压站(13)紧邻隔音室(9)，所述液压站(13)依靠液压油管(12)且与制动器(6)液压油缸(10)密封连接，所述制动器(6)、温湿度控制器(16)、制动盘(17)均设于隔音室(9)内，所述温湿度控制器(16)设于制动盘(17)正下方；
所述传感检测系统包括三轴加速度传感器(5)、红外测温传感器(7)、声音传感器(8)，所述三轴加速度传感器(5)通过磁座固定于制动器(6)侧面，所述红外测温传感器(7)、声音传感器(8)通过夹具固定于传感器支架(11)上，所述三轴加速度传感器(5)、红外测温传感器(7)及声音传感器(8)均与MCU(21)连接；
所述计算机智能显控系统包括MCU(21)、计算机(22)、PLC控制柜(23)，所述MCU(21)一端与传感器输出端连接，所述PLC控制柜(23)分别与变频电机(1)、扭矩测量仪(2)连接，调节电机的转速并采集扭矩的数值，所述MCU(21)与PLC控制柜(23)作为下位机与计算机(22)通信，通过计算机实现对试验参数的设置以及试验结果的显示。
2.根据权利要求1所述的一种盘式制动器摩擦噪声模拟装置及测试系统，其特征在于，所述隔音室(9)侧面设有直径为15厘米的孔，所述飞轮轴(4)通过孔延伸至隔音室(9)内，所述隔音室(9)靠近液压站一侧上设有使液压油管通过且直径为3厘米的孔。
3.根据权利要求1所述的一种盘式制动器摩擦噪声模拟装置及测试系统，其特征在于，所述声音传感器(8)设于制动盘(17)右上侧，所述声音传感器(8)通过夹具固定于传感器支架(11)上，所述红外温度传感器(7)设于制动器(6)摩擦接触面正上方，并通过支架固定于传感器支架(11)上，所述三轴加速度传感器(5)通过磁座吸合设于制动器(6)制动背板中央。
4.根据权利要求1所述的一种盘式制动器摩擦噪声模拟装置及测试系统，其特征在于，所述制动盘(17)与制动器(6)模拟汽车行驶过程中的制动摩擦。
5.根据权利要求1所述的一种盘式制动器摩擦噪声模拟装置及测试系统，其特征在于，所述温湿度控制器(16)来调节制动摩擦的温度、湿度，利用液压站(13)调节制动压力的大小。
6.根据权利要求1所述的一种盘式制动器摩擦噪声模拟装置及测试系统，其特征在于，所述惯量可调节飞轮组(3)来模拟不同种类车辆的制动惯量。
7.根据权利要求1所述的一种盘式制动器摩擦噪声模拟装置及测试系统，其特征在于，所述制动摩擦振动与噪声发生装置均置于隔音室(9)内，消除了外界环境噪声对试验结果的影响。
8.根据权利要求1所述的一种制动摩擦振动与噪声试验装置及其测试系统一种盘式制动器摩擦噪声模拟装置及测试系统，其特征在于，所述MCU(21)与PLC控制柜(23)双机协同作业，对传感器模拟信号进行高速精确采集，最终结果在上位机计算机(22)上显示出来。
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