电力液压鼓式制动器能效分析与能效提升

王松雷 王欣仁 袁凯杰

2 杠杆比
2.1 系统总传动比
系统总传动比是指从推动器到制动瓦整个制动器系统的杠杆比，反映了推动器推力和制动力之间的传动关系，其中包含了推动器推力利用系数、摩擦因数和结构传动效率等因素，与具体结构形式无关。系统总传动比为

图1 电力液压鼓式制动器结构图

2.3 YWZ8-700/E301 传动比和杠杆比计算
该制动器额定制动力矩8 000 N·m，制动轮直径700 mm，推动器额定推力为3 000 N。结构如图2 所示，杠杆比i 1=(600+420)/420，i 2=420/78，i =i 1·i 2=13.076 9；根据式（1）得I=13.479。
2.4 YWZ9-630/E301 传动比和杠杆比计算
该制动器额定制动力矩7 100 N·m，制动轮直径710 mm，推动器额定推力为3 000 N。结构如图3 所示， 杠杆比i 1=(475+335)/335，i 2=（220+225）/90，i =i 1·i 2=11.955；根据式（1）得I =13.292。

图2 YWZ8-700/E301 制动器

图3 YWZ9-630/E301 制动器

2.5 YWZ13-600/E301 传动比和杠杆比计算
该制动器额定制动力矩6 500 N·m，制动轮直径600 mm，推动器额定推力为3 000 N。结构如图4 所示， 杠杆比i 1=(475+370)/370，i 2=（220+225）/80，i =i 1·i 2=12.703 5；根据式（1）得I =12.777。3 电力液压鼓式制动器能效分析
3.1 能效测试比对
同一家制造企业生产的三个规格的电力液压鼓式制动器，推动器相同，均为Ed301/6 型，推动器电机额定功率550 W，额定电压380 V，额定频率50 HZ，额定推力3 000 N，额定行程60 mm，额定动作频率1 200次/h，接电持续率40%。能效测试按照GB/T 30221—2013《工业制动器能效测试方法》进行[3]。

图4 YWZ13-600/E301 制动器

三个型号制动器能效值对比见表1。

从表1 可以看出，同样推动力的推动器在额定推力状态下耗电量基本相同；电力液压制动器推动器在40%接点持续率状态下1h 耗电量是100% 接电持续率状态下1h 耗电量的40% 左右，说明电力液压推动器启动过程的耗能与额定运行阶段的耗能基本相同；同样额定推力的推动器用在不同类型的制动器上，使得制动器的制动力矩不同；同样推动力的推动器，额定制动力矩大的制动器，其能效值较高。
3.2 能效分析
由式（1）得
Me=IDF (3)
有效制动力

4 结论
1）制动器整个系统的总传动比与制动器结构形式无关，与推动器推力利用系数、摩擦因数和结构传动效率等因素有关。
2）机构杠杆比与机械传动效率、制动力、推动器推力、制动轮直径、摩擦因数等无关，只与结构形式有关。
3）由于系统总的传动比与机构杠杆比表示的意义和计算公式不同，机构杠杆比大的系统总传比一定大；杠杆比大的额定制动力不一定大。
4）系统总传动比与额定制动力成正比。
5）电力液压推动器启动过程的耗能与额定运行阶段的耗能基本相同。
6）同样额定推力的推动器用在不同类型的制动器上，由系统总传动比不同可以得到不同的制动力矩。
7）同样推动力的推动器，额定制动力矩大的制动器其能效值较高。
8）制动器的能效高低与系统总传动比、摩擦因数、机械传动效率、推动器推力利用系数、推动器能效有关。

5 能效提升改进建议
1）提高系统总传动比 主要是提高摩擦因数、提高推动器推力利用系数、提高机械传动效率。还有进一步制动瓦退距、制动器的动作时间、推动器工作行程等因素，最佳的能效需要对这些参数综合研究，达到相对优化的状态。 2）创新制动器结构 通过研究可以看出结构杠杆比、制动弹簧布置方式、制动臂形状等能效具有影响。相同系统的制动器适当增大机构的传动比可以提高能效值。 3）创新驱动装置 提高推动器电机能效、提高推动器液压泵的效率、用电磁推动器代替电力液压推动器、采用两步制动、采用电磁液压推动器等也可以提高能效。变频驱动技术也是提高制动器能效的途径。 4）合理选择推动器 根据制动力矩选择匹配的推动器，选择合适的推动器参数，如推动器推力、动作频率、推动器电机功率等，避免大马拉小车，超额配置。