CN112834104A - 一种制动盘风阻扭矩测试试验台及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制动盘风阻扭矩测试试验台及其测试方法，包括控制系统、试验台架，动力件设置于所述试验台架，且所述动力件与所述控制系统电连接；传动件的一端与所述动力件的动力输出端相接，其另一端与试验台架相接，且所述传动件上安装有制动盘；测量组件与所述传动件相对应设置，且所述测量组件与所述控制系统电连接。解决了现有技术中测试试验台结构复杂、体积庞大且无法满足列车不同运行工况下的制动盘风阻扭矩测试的技术问题。

Description

一种制动盘风阻扭矩测试试验台及其测试方法

技术领域

本发明属于车辆制动测试技术领域，尤其涉及一种制动盘风阻扭矩测试试验台及其测试方法。

背景技术

随着列车时速的不断提高及运行环境的多样化，需要制动效能更高的基础制动装置“保驾护航”。

由于试验测试对流换热系数的难度较大，在评估制动盘的热容量时，基本采用经验公式进行预估，准确性不高。在建立制动盘空气动力学效应理论模型及数值模型时，因缺少有效的制动盘空气动力学性能测试方法及试验装置为仿真结果提供试验数据支撑，因此无法评判模型有效性。现有技术中虽然设计了相关试验台，但是测试试验台结构复杂、体积庞大且无法进行列车不同运行工况下的制动盘风阻扭矩测试。并且，现有技术中的测试试验台采用的方案测算的泵风功耗的系统误差较大，在低速段(小于200km/h时)呈现很大波动性。因此，该测试试验台只适用于高速运行工况下的稳态泵风功耗计算。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制动盘风阻扭矩测试试验台，以解决上述现有技术中测试试验台结构复杂、体积庞大且无法满足列车不同运行工况下的制动盘风阻扭矩测试的技术问题。

为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种制动盘风阻扭矩测试试验台，包括，

控制系统；

试验台架；

动力件，所述动力件设置于所述试验台架，且所述动力件与所述控制系统电连接；

传动件，所述传动件的一端与所述动力件的动力输出端相接，其另一端与试验台架相接，且所述传动件上安装有制动盘；

测量组件，所述测量组件与所述传动件相对应设置，且所述测量组件与所述控制系统电连接。

在其中一些实施例中，还包括离合器，所述离合器的一端与所述动力件的动力输出端相接，其另一端与所述传动件4相接。

在其中一些实施例中，所述传动件为传动轴，所述传动件的一端与所述动力件的动力输出端相接，其另一端与所述试验台架相接，且所述制动盘安装于所述传动件上。

在其中一些实施例中，所述测量组件包括扭矩传感器，所述扭矩传感器设置于所述传动件上，所述扭矩传感器与所述控制系统电连接，且通过所述扭矩传感器采集所述传动轴的扭矩，并将所述采集数据传送至所述控制系统；

所述动力件上设置有编码器，所述编码器与所述动力件的动力输出端相接，且所述编码器与所述控制系统电连接，所述编码器将采集的动力件的转动角速度数据传送至所述控制系统。

在其中一些实施例中，所述试验台架包括，

第一安装区，所述第一安装区上依次设置有所述动力件、传动件和测量组件；

第二安装区，所述第二安装区与第一安装区并排设置，第二安装区内设置有制动盘。

在其中一些实施例中，还包括安装台，所述安装台设置于所述第一安装区处，且所述动力件、传动件和测量组件设置于所述安装台上。

在其中一些实施例中，还包括第一支撑座，所述第一支撑座与所述安装台相对应设置，且所述第一支撑座与安装台之间形成所述第二安装区，制动盘设置于所述第二安装区内。

在其中一些实施例中，所述动力件、传动件、测量组件及制动盘的中心轴线相重合。

在其中一些实施例中，所述试验台架的外部罩设有防护网罩，使得所述动力件、传动件、测量组件及制动盘位于所述防护网罩内。

一种制动盘风阻扭矩的测试方法，包括如下步骤：

环境搭建步骤：将安装有制动盘的测试试验台的试件安装部分嵌入测试风洞中进行风洞试验；

制动盘工况模拟步骤：控制系统根据预设参数控制所述动力件带动制动盘动作，并通过检测编码器读数变化进行反馈调节，使得制动盘模拟定减速制动、恒速转动或无制动力减速的工况；

扭矩测试步骤：在制动盘处于模拟定减速制动、恒速转动或无制动力减速的工况时，扭矩传感器实时采集传动件的扭矩，并将采集的数据发送至控制系统，实现制动盘风阻扭矩测试。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本发明设计了一种制动盘风阻扭矩测试试验台，其包括控制系统，通过控制系统动力件及测量组件电连接，由此能够控制动力件，使得动力件能够带动传动件进行准确的转动，从而使得传动件能够准确的带动制动盘进行转动，从而使得制动盘的转速及转动方向能够被精确的控制，然后通过测量组件进行数据采集并将数据反馈至控制系统，并且，动力件、传动件、测量组件及制动盘均安装于试验台架上；由上可知，该测试试验台结构简单、体积小，且通过控制系统、传动件、动力件及测量组件相互配合，使得制动盘能够模拟不同的运行工况。从而解决了现有技术中结构复杂、体积庞大且无法满足列车不同运行工况下的制动盘风阻扭矩测试的技术问题。

附图说明

图1为本发明中制动盘风阻扭矩测试试验台的整体结构示意图1；

图2为本发明中制动盘风阻扭矩测试试验台的整体结构示意图2；

以上各图中：1、控制系统；2、试验台架；21、第一安装区；22、第二安装区；23、安装台；24、第一支撑座；25、第二支撑座；3、动力件；4、传动件；5、扭矩传感器；6、离合器；7、制动盘。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”“前”“后”“第一”“第二”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本申请的描述中，属于“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如“连接”可以是固定连接，也可以时可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介简介相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请实施例中的技术方案为解决上述现有技术中结构复杂、体积庞大且无法满足列车不同运行工况下的制动盘风阻扭矩测试的技术，总体思路如下：

本发明设计了一种制动盘风阻扭矩测试试验台，其包括控制系统，通过控制系统动力件及测量组件电连接，由此能够控制动力件，使得动力件能够带动传动件进行准确的转动，从而使得传动件能够准确的带动制动盘进行转动，从而使得制动盘的转速及转动方向能够被精确的控制，然后通过测量组件进行数据采集并将数据反馈至控制系统；并且，动力件、传动件、测量组件及制动盘均安装于试验台架上；由上可知，该测试试验台结构简单、体积小，由此能够适用于多种不同的工况环境中。从而解决了现有技术中结构复杂、体积庞大且无法满足列车不同运行工况下的制动盘风阻扭矩测试的技术问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

一种制动盘7风阻扭矩测试试验台，包括，

控制系统1；

试验台架2，制动盘7设置于所述试验台架2上；

动力件3，所述动力件3设置于所述试验台架2，且所述动力件3与所述控制系统1电连接；

传动件4，所述传动件4的一端与所述动力件3的动力输出端相接，其另一端与试验台架2相接，且所述传动件4上安装有制动盘7；

测量组件，所述测量组件与所述传动件4相对应设置，且所述测量组件与所述控制系统1电连接。

本申请提供的制动盘7风阻扭矩测试试验台可搭载全尺寸树脂材料(或其他材料)或者缩比制动盘7模拟列车车下制动盘7不同的运行工况，并对不同运行工况下的制动盘7风阻扭矩进行实时动态采集。如图1所示，制动盘7风阻扭矩测试试验台包括控制系统1、试验台架2、动力件3、传动件4、测量组件。

如图1和图2所示，试验台架2包括第一安装区21和第二安装区22，第一安装区21与第二安装区22并排设置，且动力件3、传动件4及测量组件设置于第一安装区21处，制动盘7设置于第二安装区22处。更具体地说，第一安装区21处设置有安装台23，试验台架2上设置有第一支撑座24，第一支撑座 24与安装台23相对应设置，安装台23与第一支撑座24之间形成第二安装区 22，使得制动盘7设置于第二安装区22内，且安装于传动件4上。本实施例中，试验台架2包括底座，安装台23和第一支撑座24均设置于底座上，安装台23 上依次安装有动力件3、传动件4、测量组件；且安装台23的两侧均匀设置有多个加强筋，从而使得安装台23能够更加稳定的设置于底座上。同时，安装台 23上设置有第二支撑座25，第二支撑座25上设置有第一安装槽，第一支撑座 24的顶部设置有第二安装槽。

进一步，传动件4优选为传动轴，传动件的一端与动力件3的动力输出端相接，其另一端与试验台架相接，且制动盘安装于传动件上。即，传动轴的一端与伺服电机的输出轴相连接，从而使得传动轴能够随着动力件3转动，进而带动制动盘7同步转动，由此，在控制系统的作用下，使得制动盘7的转动速度被控制。进一步，传动件4的两端分别穿过制动盘7，其一端设置于第一安装槽内，其另一端设置于第二安装槽内。且传动件4的两端分别设置有深沟球轴承，深沟球轴承的上盖可拆卸，且通过螺栓分别与第一安装槽和第二安装槽固定连接，从而使得制动盘7安装于第二安装区22处。

动力件3与控制系统1电连接，且动力件3的动力输出端与传动件4相连接，从而在控制系统1的作用下，能够准确的控制动力件3的运动，从而使得动力件3能够带动传动件4将力准确的传递至制动盘7处，从而实现对制动盘7 的运动进行精确的控制。本实施例中，动力件3优选为伺服电机，且伺服电机上设置有编码器，编码器与动力件的动力输出端相接，且编码器与控制系统1 电连接，编码器将采集的动力件的转动角速度数据传送至控制系统。

测量组件主要用于对制动盘7的转动参数进行测量，并将测量数据反馈至控制系统1。具体地说，测量组件包括扭矩传感器5，扭矩传感器5与传动轴相对应设置，且扭矩传感器5与控制系统电连接。由此，通过该扭矩传感器5可直接采集传动轴的扭矩，且对传动轴的扭矩进行实时测量，并且通过编码器能够采集动力件3的转动角速度，并将采集的数据反馈至控制系统1，使得控制系统根据相应的参数对伺服电机的转动进行控制。

进一步，本实施例中，动力件3、传动件4、测量组件及制动盘7的中心轴线相重合，即动力件3、传动件4、测量组件及制动盘7的中心轴线位于同一条直线上，从而提高了试验的准确度，同时也便于拆装与更换。

本实施例中，还设置有离合器6，离合器6与传动件4相连接。即，离合器6与传动轴相连接，在运转的过程中离合器6能够与传动实现相接或分离，从而能够实现制动盘7的无制动力减速的工况。

进一步，还设置有防护网(图中未显示)，防护网罩设于测试试验台的外部，即防护网罩罩设于试验台架2的外部，使得动力件3、传动件4、测量组件及制动盘7位于防护网罩内，从而能够避免因制动盘高速旋转下离心力造成的隐患；同时，也不会对制动盘周围的空气流场造成影响。

综上可知，该测试试验台结构简单、体积小，能够模拟制动盘7的定减速制动、恒速转动及无制动力减速的工况。且能够将测试试验台的相应部分嵌入测试风洞中进行风洞试验，模拟列车在运行过程中车下制动盘7转动工况，从而在试验过程中完成制动盘7的风阻扭矩动态测试。进而解决了现有技术中结构复杂、体积庞大且无法满足列车不同运行工况下的制动盘7风阻扭矩测试的技术问题。

为了更清楚的说明本申请，下面以图1至图2所示的实施例为例就本发明的工作原理及方法做进一步的说明：

首先装有制动盘的测试试验台的试件安装部分嵌入测试风洞中，然后通过控制系统1控制动力件3进行动作，在动力件3的作用下使得传动轴能够带动制动盘7进行转动，此时扭矩传感器5能够直接实时采集传动轴的扭矩，即对制动盘7的扭矩进行实时采集，并将数据传送至控制系统1；同时，编码器对动力件3的转动角速度进行实时采集，即对制动盘7的转动角速度进行实时采集，并将采集的数据反馈至控制系统1；且在离合器6的作用下，实现制动盘7无制动力减速的工况，由此使得该测试试验台能够满足模拟制动盘7的定减速制动、恒速转动及无制动力减速不同的制动工况。控制系统1根据设定的制动盘7的制动初速度、制动减速度以及制动盘7的尺寸等相关参数，再根据角速度及角减速度随时间的变化曲线，来控制动力件3驱动制动盘7按给定转速转动，并通过测量组件实时监测的数据，补偿对动力件3发出的控制信号。

本发明还公开了一种制动盘风阻扭矩的测试方法，包括如下步骤：

环境搭建步骤：将安装有制动盘7的测试试验台的试件安装部分嵌入测试风洞中进行风洞试验；

制动盘工况模拟步骤：控制系统根据预设参数控制所述动力件带动制动盘动作，并通过检测编码器读数变化进行反馈调节，使得制动盘模拟定减速制动、恒速转动或无制动力减速的工况；

扭矩测试步骤：在制动盘7处于模拟定减速制动、恒速转动或无制动力减速的工况时，扭矩传感器实时采集传动件3的扭矩，并将采集的数据发送至控制系统1，实现制动盘7的风阻扭矩测试。

通过控制系统1设定制动盘7的制动初速度、制动减速度以及制动盘的尺寸等相关参数，再根据相应算法计算得到制动盘7的角速度及角减速度随时间的变化曲线，来控制伺服电机驱动制动盘7按给定转速转动，并实时监测编码器读数变化，通过计算，补偿伺服电机的控制信号。

进一步，制动盘7风阻扭矩的具体测试试验工况及测试方法如下：

(1)制动盘7恒速转动工况

由动力件3通过传动轴带动制动盘7加速至预设速度等级并保持恒速转动。该工况下动力件3与传动轴间的离合器6始终为闭合状态。其风阻扭矩计算公式如下：

T_制动盘1＝T_{工作示值1}-T_{空转示值1}

其中T_制动盘1为该工况下制动盘7风阻扭矩，T_{工作示值1}为动力件3在该转速下带动制动盘7时的扭矩示值，T_{空转示值1}为动力件3在该转速下空转时的扭矩示值。

(2)制动盘7无动力减速工况

由动力件3通过传动轴带动制动盘7加速至给定速度等级后断开动力件3 与传动轴之间的离合器6，制动盘7因阻力减速至0。其风阻扭矩计算公式如下：

T_{(n)制动盘2}＝T_{(n)工作示值2}-T_{(n)空转示值2}

其中T_{(n)制动盘2}为该工况下制动盘7风阻扭矩，T_{(n)工作示值2}为制动盘7无动力旋转的扭矩示值，T_{(n)空转示值2}为断开离合器6后测量部分在相应转速空转时的扭矩示值，n为转速。

(3)制动盘7模拟减速制动工况

由动力件3通过传动轴带动制动盘7加速至给定速度等级后，由动力件3 带动制动盘7以给定减速度减速至0。该工况下动力件3与传动轴之间的离合器 6始终为闭合状态。其风阻扭矩计算公式如下：

T_{(t)制动盘3}＝T_{(t)工作示值3}-T_{(t)空转示值3}

其中T_{(t)制动盘3}为该工况下制动盘7风阻扭矩，T_{(t)工作示值3}为动力件3带动制动盘7减速旋转时的扭矩示值，T_{(t)空转示值3}为动力件3相应减速度减速空转时的扭矩示值，t为时间。

综上可知，该制动盘7扭矩试验台能够满足以下功能，具体的：

试验台可搭载全尺寸树脂材料制动盘7(包括轴装制动盘和轮装制动盘) 模拟列车在至少但不限于20～440km/h速度等级下制动盘7恒速转动，并实现制动盘7风阻扭矩动态采集；且能够满足，在至少但不限于以20～440km/h范围内任意速度等级为制动初速度，制动盘7在无动力状态下减速至0的过程，并实现该过程的制动盘7风阻扭矩动态采集；还能够满足，在至少但不限于以 20～440km/h范围内任意速度等级为制动初速度，制动盘7按给定减速度减速至 0的过程，并实现该过程的制动盘7风阻扭矩动态采集。需要说明的是，测试试验台除可搭载全尺寸树脂材料制动盘7外，也可搭载按一定比例的缩比制动盘7 进行相应试验。从而解决了现有技术中测试试验台结构复杂、体积庞大且无法满足列车不同运行工况下的制动盘7风阻扭矩测试的技术问题。

Claims (10)

1.一种制动盘风阻扭矩测试试验台，其特征在于，包括，

控制系统；

试验台架；

动力件，所述动力件设置于所述试验台架，且所述动力件与所述控制系统电连接；

传动件，所述传动件的一端与所述动力件的动力输出端相接，其另一端与试验台架相接，且所述传动件上安装有制动盘；

测量组件，所述测量组件与所述传动件相对应设置，且所述测量组件与所述控制系统电连接。

2.根据权利要求1所述的制动盘风阻扭矩测试试验台，其特征在于，还包括离合器，所述离合器的一端与所述动力件的动力输出端相接，其另一端与所述传动件相接。

3.根据权利要求1或2所述的制动盘风阻扭矩测试试验台，其特征在于，所述传动件为传动轴，所述传动件的一端与所述动力件的动力输出端相接，其另一端与所述试验台架相接，且所述制动盘安装于所述传动件上。

4.根据权利要求3所述的制动盘风阻扭矩测试试验台，其特征在于，

所述测量组件包括扭矩传感器，所述扭矩传感器设置于所述传动件上，所述扭矩传感器与所述控制系统电连接，且通过所述扭矩传感器采集所述传动轴的扭矩，并将所述采集数据传送至所述控制系统；

所述动力件上设置有编码器，所述编码器与所述动力件的动力输出端相接，且所述编码器与所述控制系统电连接，所述编码器将采集的动力件的转动角速度数据传送至所述控制系统。

5.根据权利要求1所述的制动盘风阻扭矩测试试验台，其特征在于，所述试验台架包括，

第一安装区，所述第一安装区上依次设置有所述动力件、传动件和测量组件；

第二安装区，所述第二安装区与第一安装区并排设置，第二安装区内设置有制动盘。

6.根据权利要求5所述的制动盘风阻扭矩测试试验台，其特征在于，还包括安装台，所述安装台设置于所述第一安装区处，且所述动力件、传动件和测量组件设置于所述安装台上。

7.根据权利要求6所述的制动盘风阻扭矩测试试验台，其特征在于，还包括第一支撑座，所述第一支撑座与所述安装台相对应设置，且所述第一支撑座与安装台之间形成所述第二安装区，制动盘设置于所述第二安装区内。

8.根据权利要求1所述的制动盘风阻扭矩测试试验台，其特征在于，所述动力件、传动件、测量组件及制动盘的中心轴线相重合。

9.根据权利要求1所述的制动盘风阻扭矩测试试验台，其特征在于，所述试验台架的外部罩设有防护网罩，使得所述动力件、传动件、测量组件及制动盘位于所述防护网罩内。

10.一种制动盘风阻扭矩的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

环境搭建步骤：将安装有制动盘的测试试验台的试件安装部分嵌入测试风洞中进行风洞试验；

制动盘工况模拟步骤：控制系统根据预设参数控制所述动力件带动制动盘动作，并通过检测编码器读数变化进行反馈调节，使得制动盘模拟定减速制动、恒速转动或无制动力减速的工况；

扭矩测试步骤：在制动盘处于模拟定减速制动、恒速转动或无制动力减速的工况时，扭矩传感器实时采集传动件的扭矩，并将采集的数据发送至控制系统，实现制动盘风阻扭矩测试。

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