（机械电子工程专业论文）摩托车液压盘式制动器总成性能试验台的研制.pdf

摘要 制动器性能直接关系到摩托车行驶的安全，对摩托车制动器产品性能进行 准确、有效的质量检测可以确保制动器产品质量，通过对制动器产品质量检测 所取得数据的分析，可以改进制动器生产方法，优化制动器生产过程，从而提 高制动器的制动性能。本论文结合某摩托车生产企业的“液压盘式制动器总成 性能试验台”合作项目，并依照中华人民共和国汽车行业标准q c t 6 5 4 2 0 0 5 摩 托车和轻便摩托车制动器台架试验方法中的要求，设计出该企业检测制动器 总成性能的试验台。 论文深入分析了摩托车液压盘式制动器结构及工作原理，并按照 q c - t 6 5 4 2 0 0 5 摩托车和轻便摩托车制动器台架试验方法中的标准和试验方 法，探究了液压盘式制动器总成性能试验台的工作原理，在此基础上设计了试 验台的台体，即试验台的机械执行机构。本试验台的机械结构设计主要围绕着 制动器手柄位移、手握力、钳口力的检测装置进行，包括手握泵固定装置、手 握力模拟及检测机构、丝杆传动压紧装置、制动钳紧靠装置、气动管路设计等， 在满足测试要求的前提下，考虑了试验台的可靠性和安全性以及各个传感器和 接近开关的安装与维护。 根据本制动器总成性能试验台检测的参数及其要求标准，选用三个传感器 作为检测系统的初端：根据试验台工作环境及控制的要求，本试验台选用$ 7 - 3 0 0 系列p l c 为下位机，$ 7 - 3 0 0 系列p l c 适应性强、编程容易、控制简单；根据试 验台检测控制要求，用s t e p 7 软件对p l c 硬件进行相应的设置且编制出控制系 统程序。上位机选用基于l a b v i e w 软件的p c 机，上位机和下位机通过r s 一2 3 2 c 串口通信，操作者通过人机界面可以很容易的操作试验台检测试件，且可以实 时的观察到试验台各设备的状态及检测参数，如需要还可以打印出检测参数和 参数之间的关系曲线。 本论文研究的制动器总成性能试验台将机电技术、气压传动控制技术及计 算机辅助测试技术相结合，大大提高了试验台的自动化控制水平和检测精度， 为企业产品的性能检测质量提供了更有效的技术保障，为测控系统试验设备提 供了更广阔的应用平台。 关键词：制动器，手柄位移，手握力，钳口力，p l c a b s t r a c t b r a k e sp e r f o r m a n c ei sd i r e c t l yr e l a t e dt ot h es a f e t yo fd r i v i n gam o t o r c y c l e ， m o t o r c y c l eb r a k ep r o d u c t s f o rq u a l i t yt e s t i n gc a ne n s l 2 r et h eq u a l i t yo fb r a k e p r o d u c t s ，t h r o u g hq u a l i t ya n a l y s i so ft h ed a t ao b t a i n e d c a l li m p r o v et h eb r a k e s p r o d u c t i o nm e t h o d s ，o p t i m i z et h eb r a k e sp r o d u c t i o np r o c e s s ，t h e r e b ye n h a n c et h e b r a k e sp e r f o r m a n c e t h i st h e s i sc o m b i n e dw i t ht h e h y d r a u l i cd i s cb r a k ea s s e m b l y p e r f o r m a n c et e s t b e d ”p r o j e c to fam o t o r c y c l em a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e ，a n di n a c c o r d a n c ew i t ht h es t a n d a r d so ft h ep e o p l e sr e p u b l i co fc h i n an a t i o n a ls t a n d a r d q c t 6 5 4 2 0 0 5 ”t h em o t o r c y c l e sa n dm o p e d s b r a k e sp e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t sa n d t e s tm e t h o d s ”，d e s i g n e do u tt h eb r a k ea s s e m b l yp e r f o r m a n c et e s t - b e d f o rt h e e n t e r p r i s e i n t r o d u c e dt h em o t o r c y c l eh y d r a u l i cd i s cb r a k es t r u c t u r ea n dw o r k i n gp r i n c i p l e i nm et h e s i s a n di nt h el i g h to ft h es t a n d a r d sa n dt e s tm e t h o d si nq c t 6 5 4 2 0 0 5 ”m e m o t o r c y c l e sa n dm o p e d s b r a k e sp e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t sa n dt e s t m e t h o d si t ， e x p l o r e dt h ew o r k i n gp r i n c i p l eo ft h eh y d r a u l i cd i s cb r a k ea s s e m b l yp e r f o r m a n c e t e s t b e d ，d e s i g n e dt h eu n i t so f t h et e s t b e dt h a tt h em e c h a n i c a li m p l e m e n t i n ga g e n c i e s o ft h et e s t b e do nt h eb a s i s t h em e c h a n i c a ls t r u c t u r ed e s i g n o ft h et e s t - b e d s u r r o u n d e dt h et e s t i n gd e v i c e so ft h eb r a k eh a n d l ed i s p l a c e m e n t ，g r i pf o r c ea n dg a g f o r c em a i n l y , i n c l u d i n gt h eh a n dp u m p sf i x t u r e ，t h es i m u l a t i o nd e v i c ea n dt e s t i n g d e v i c eo ft h eg r i pf o r c e ，t h e $ c f e wt r a n s m i s s i o na n dp r e s s e dd e v i c e ，t h eb r a k ec l a m p p r e s s e dd e v i c e ，t h ep n e u m a t i cp i p e l i n ed e s i g na n ds oo i l i nt h ep r e m i s eo fm e e t i n g t h et e s t i n gr e q u i r e m e n t s ，c o n s i d e r e dt h er e l i a b i l i t ya n ds a f e t yo f t h et e s t - b e d ，a sw e l l a st h ei n s t a l l a t i o na n dm a i n t e n a n c eo ft h ev a r i o u ss e n s o r sa n dp r o x i m i t ys w i t c h e s i na c c o r d a n c ew i t ht h ep a r a m e t e r sa n dr e q u i r e ds t a n d a r d so ft h eb r a k ea s s e m b l y p e r f o r m a n c et e s t - b e dt e s t e d ，s e l e c t e dt h r e es e n s o r sa st h ef r o n t e n do ft h ed e t e c t i o n s y s t e m ；i na c c o r d a n c ew i t ht h ew o r k i n ge n v i r o n m e n ta n d c o n t r o lr e q u i r e m e n t so ft h e t e s t - b e d s e l e c t e ds 7 3 0 0s e r i e sp l ca st h ec o n t r o le q u i p m e n t ，s 7 3 0 0s e r i e sp l c a d a p t a b l e ，e a s yt op r o g r a m ，e a s yt oc o n t r o l ；i na c c o r d a n c ew i t ht h ed e t e c t i o na n d c o n t r o lr e q u i r e m e n t s ，m a d es o m ec o r r e s p o n d i n gs e tt ot h eh a r d w a r eo fp l ca n d p r o g r a m m e dt h ep r o c e d u r e sf o rt h ec o n t r o ls y s t e mw i t hs t e p 7 ；s e l e c t e dp c b a s e d o nl a b v i e w , t h eh o s tc o m p u t e ra n dt h ec o n t r o le q u i p m e n tc o m m u n i c a t e dt h r o u g h r s 2 3 2 cs e r i a l ，t h eo p e r a t o rc a r lo p e r a t et h et e s t - b e dt od e t e c tt h eb r a k ep r o d u c t s e a s i l yt h r o u g ht h em a n m a c h i n ei n t e r f a c e ，c a no b s e r v et h es t a t u s o ft h et e s t - b e d e q u i p m e n ta n dt e s tp a r a m e t e r si nr e a l t i m e ，a n dc a np r i n to u tt h et e s t i n gp a r a m e t e r s a n dt h ep a r a m e t e r s r e l a t i o n s h i pc u r v e si fn e c e s s a r y t h eb r a k ea s s e m b l yp e r f o r m a n c et e s t b e ds t u d i e di n t h i st h e s i sc o m b i n e dt h e m e c h a n i c a la n de l e c t r o n i ct e c h n o l o g y , c o m p u t e ra i d e dt e s tt e c h n o l o g ya n dp r e s s u r e t r a n s m i s s i o nc o n t r o lt e c h n o l o g y , i m p r o v e dt h ea u t o m a t i o na n dd e t e c t i o na c c u r a c yo f t h et e s t - b e ds i g n i f i c a n t l y , p r o v i d e dam o r ee f f e c t i v eq u a l i t yt e c h n i c a ls u p p o r tf o r e n t e r p r i s e ，a n dp r o v i d e dab r o a d e ra p p l i c a t i o np l a t f o r mf o rm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o l s y s t e mt e s te q u i p m e n t k e yw o r d s ：b r a k e s ，h a n d l ed i s p l a c e m e n t ，鲥pf o r c e ，g a gf o r c e ，p l c 1 1 1 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时 授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论 文，并向社会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：壶嬖丕 导师( 签名) ： ( 注：此页内容装订在论文扉页) )b 像 l 日期：删 武汉理一仁人学硕士学位论文 第1 章绪论 制动性能是摩托车最重要的性能之一，摩托车制动系统性能的好坏直接影 响到摩托车行驶的安全性。对摩托车制动器产品进行质量检测可以确保制动器 产品质量，通过对制动器产品质量检测所取得数据的分析，可以改进制动器生 产方法，优化制动器生产过程【l 】，从而推动制动器技术发展。本文根据制动器行 业标准及企业生产特色，在调查了某企业对其制动器产品质量的检测数据及检 测能力的基础上，为企业制定了某产品一套完整的生产过程质量检测规范，对 企业产品质量的提高起到了促进作用。 1 1 课题研究的目的和意义 摩托车在我国基本普及，2 0 0 6 年我国摩托车销量已超过2 0 0 0 万辆【2 】。制动 器的性能是考核摩托车特性非常重要的因素之一，对行车安全起着重要的作用。 制动器是用来减低机械设备的运行速度或者使其停止，是车辆、爬行机器和许 多固定设备安全上作的重要装置。液压盘式制动器是现代新型摩托车普遍采用 的制动器，是保证摩托车安全行驶的重要部件，其可靠性至关重要p 】【4 1 。摩托车 的液压盘式制动系统见图卜l 。 ( a ) 前轮制动系统 ( b ) 后轮制动系统 1 制动油管；2 前制动主油缸；3 制动手柄；4 后制动主油缸；5 后制动储油 缸；6 后制动钳；7 后制动盘；8 制动踏板；9 前制动钳；1 0 前制动盘 图1 1 摩托车的液压盘式制动系统 武汉理f ：大学硕士学位论文 液压盘式制动器的工作原理为：对制动手柄施加外力，使手柄油缸中的制 动液产生压力并通过制动软管传送n $ j j 动钳一端的油缸的活塞上，活塞推动制 动蹄片央紧制动盘而使车轮产生制动【3 】。由此可见，制动钳钳口力的大小直接关 系车轮的制动能力，而钳口力又与手柄力和手柄位移有关，因此在对制动器总 成综合性能进行全面检测时，必须从三个方面进行，即钳口力、手柄力和手柄 位移，这样制动器总成综合性能试验台便应运而生了。 随着机械设备上作速度的不断提高，对制动器性能的要求也越来越高，因 此制动器生产商需要对制动器进行各种质量检测和性能综合评价。检测方法有 两种：分别是将制动器装车进行实际路况检测和采用试验台模拟试验。将制动器 直接装车进行道路试验，可以对制动器产品质量进行有效检测，但道路试验时， 摩托车行驶中很多试验设备无法安装，无法准确对制动器本身具体参数进行测 试，不能直接测定问题所在，所能进行测试项目也较少，如钳体疲劳强度、钳 体切向力强度、拖滞力矩、气密性、滑动阻力等项目无法测量，仅凭驾驶员感 觉测试，因此取得的控制精度，测量精度都很低，无法满足摩托车的需要f 5 】【引。 采用台架试验是对道路试验的必要补充，它具有很多道路试验无法代替的 优点。它直接测出包括操纵力、制动力矩、钳口力、制动减速度等一系列精确 参数，且在试验中排除了很多摩托车其他设备可能出现的问题而对相关试验项 目的干扰，因此研究一种测试精度高、速度快的制动器试验台是非常符合实际 需要的。 1 2 课题的国内外研究现状 早在8 0 年代，国外中、大排量的摩托车已经广泛采用液压盘式制动器，装 车量在8 0 9 6 左右，而且很多还是前后均为盘式的。而我国仅在近些年才开始陆续 出现采用前轮盘式后轮鼓式的制动机构，液压盘式制动器的生产厂家也随之相 应产生【7 1 【8 1 。 目前，国外的制动器试验台大多采用的是闭环电液伺服控制，系统的响应 频率高，控制精度高，但是整个试验台成本较高，且执行的国外试验标准，与 我国现行的试验标准有相当的差异。虽然我国已经能够开发和生产具有一定水 平的摩托车检测试验设备，有的产品已经形成了独立的类别和体系，但国内在 这个领域里起点低，起步晚，整体水平比较落后，较为突出的问题就是产品技 2 武汉理：人学硕士学位论文 术含量低，品种不全，不能形成系列产品，产品质量不稳定。随着电子技术、 计算机技术、自动化控制技术、传感技术的发展而不断发展，我国的摩托车检 测试验技术正在以较快的速度缩小与国际间的差距。 本论文结合凯凌集团“摩托车液压盘式制动器总成综合性能试验台”的科 研课题着手研究，设计开发了摩托车液压盘式制动器总成综合性能试验台，该 制动器性能测试试验台是进行制动器产品质量检测的试验室专用设备，具有被 测产品安装检测快捷、操作简明方便、测试数据精确清晰、自动判断和提示产 品测试结果是否合格的特点。本测试台根据中华人民共和国汽车行业标准 q c t 6 5 4 2 0 0 5 摩托车和轻便摩托车制动器台架试验方法对制动器各项性能 的技术要求，设置了各参数限值，可以完成对制动器主泵手柄力、手柄位移、 钳口力的测试。在与限值进行对比后，可自动判定各项指标合格与否。对于工 人在装配生产线上操作和检测具有实用价值，满足了中小型企业对制动器进行 各种质量检测和性能综合评价的需要。 1 3 研究目标、研究内容和主要工作 1 3 1 研究目标 为凯凌集团中心试验室研制液压盘式制动器总成综合性能试验台，用于检 测制动器产品的手握力、手柄位移、钳口力诸性能参数是否达到标准。 1 3 2 研究内容 ( 1 ) 对制动器总成性能测试试验台的理论进行研究，掌握其结构及工作原 理： ( 2 ) 分析试验台特性，掌握制动器钳体性能和参数测试的原理和测试方法 及进行机械设计部分； ( 3 ) 用a u t o c a d 、p r o e 软件设计机械主机部分； ( 4 ) 选择步进电机、传感器、接近开关，并设计检测控制系统； ( 5 ) 开发与p l c 相联接的程序，实现试验台的检测与控制功能。 武汉理i ：人学硕十学位论文 1 3 - 3 主要工作 ( 1 ) 设计合理的制动器总成性能试验台机械结构部分，且确保其强度、安 全性和可靠性； ( 2 ) 研究一种可靠的性能测试系统，考虑到在实际运用中成本和测试精度 的问题，选用最适用的测试系统和传感器； ( 3 ) 根据性能和价格合理选用p l c ，用p l c 控制试验台，实现自动控制检 测的过程。 1 4 研究依据、方法及创新点 1 4 1 研究依据 中华人民共和国汽车行业标准q c - t 6 5 4 - 2 0 0 5 摩托车和轻便摩托车制动器 台架试验方法的修订实施对推动行业技术进步起到了重要作用。针对行业标 准所提出的各项指标，各制动器厂对标准中各项指标进行定量检测，将以前通 过路试的项目搬进了试验室。技术标准对摩托车制动器质量检测设备和试验方 法进行了规定，使得各生产厂家对试验项目有了更加深入的认识，使得测试设 备的开发也有了针对性。 1 4 2 研究方法 本课题运用a u t o c a d 、p r o e 软件设计试验台的机械部分，用s 7 3 0 0 系列 p l c 设计试验台的控制系统，用s t e p 7 编程软件编写试验台的控制程序，以系统 开发流程进行规划，以保证系统的易维护性、稳定性、可扩展性，最大限度的 提高系统安全性和精度。 4 武汉理f 人学硕十学位论文 第2 章制动器总成综合性能试验台分析设计 2 1 制动器概述 摩托车制动器是保证摩托车安全行驶的重要部件，它的作用是控制行驶中 的摩托车的车速，保证摩托车以适当的减速度降低车速，并在紧急情况下使摩 托车在规定制动时间( 或制动距离) 内稳定可靠地停止行驶。 制动器是产生阻碍车辆运动趋势的力的部件。其制动原理是通过其中的固 定元件对旋转元件施加制动力矩，使后者的转动角速度降低，同时依靠车轮与 路面的附着作用，产生路面对车轮的制动力以使摩托车减速。在附着力范围之 内，制动力越大减速度越快。同时，制动器不工作时，制动鼓的内圆面与制动 蹄的外圆面( 盘式制动器则为制动盘和摩擦衬片) 之间要保持一定的间隙，使车 轮和制动鼓( 制动盘) 可以自由旋转【9 】。 2 2 制动器分类及工作原理 2 2 1 鼓式制动器 鼓式制动器的制动蹄按其张开时的转动方向与制动鼓的旋转方向是否一致 而分为领蹄和从蹄两种类型。制动蹄张开的转动方向与制动鼓的旋转方向一致 的制动蹄称为领蹄，两者不一致的称为从蹄。 鼓式制动器的原理如图2 - 1 所示，领蹄1 和从蹄2 分别通过支承销3 和5 支承在制动底板上。制动时轮缸活塞对制动蹄施加力f ，使其绕支承销转动，并 抵靠在制动鼓4 的内圆面上。这时制动蹄1 和2 分别受到制动鼓作用的法向力， k 和切向力五，置而制动蹄的切向反力对制动鼓形成一个与其旋转方向相反的 制动力矩【10 1 。 武汉理i ：人学硕十学位论文 1 领蹄；2 一从蹄；3 ，5 支承销；4 制动鼓：d 制动鼓内径；b 包角； b 。- 起始角；e 一制动中心至张开力；f 的距离；a ，c 筛0 动蹄支承点位置 图2 1 鼓式制动器原理图 2 2 2 盘式制动器 盘式制动器又称为碟式制动器，其摩擦副中的旋转元件是以端面工作的金 属圆盘，称为制动盘，用螺钉固定在车轮的轮毂上。盘式制动器分为钳盘式与 全盘式，其中钳盘式分为固定钳式和浮动钳式，而浮动钳式又分为滑动钳式与 摆动钳式。 盘式制动器按结构主要分为制动主缸、制动钳、制动油管、制动盘和制动 衬片。制动盘是用摩擦系数变化小的不锈钢材料制成圆盘形，要求耐热性和机 械强度高。同时，为了在受热时增加散热面积，减轻重量，减小噪声，一般在 制动盘上制有许多孔。摩擦衬片也称制动衬片或制动块，由工作面积不大的摩 擦块与金属背板组成，每个制动器中有二个制动衬片。制动块及助动装置都装 在横跨制动盘两侧的夹钳形支架中，总称为制动钳。 制动钳安装在悬架上，其油缸布置在制动盘的另一侧，制动时用手紧握手 柄，推杆推动制动主缸活塞运动使主缸内油压升高，压力油经油管进入制动钳 油缸，推动活塞压靠制动块，制动块夹紧制动盘，同时制动盘对活动制动块的 6 武汉理i ：人学硕士学位论文 反力将整个制动钳推向反方向移动，使另一块制动块也靠在制动盘的另一侧， 两片制动衬片将制动盘夹紧产生制动力，从而达到进行制动的目的【1 1 】【12 1 。液压 盘式制动器原理如图2 2 所示。 图2 - 2 液压盘式制动器原理图 2 2 - 3 盘式和鼓式制动器性能比较 盘式制动器优点有： ( 1 ) 热稳定性较好：由于制动摩擦衬块的尺寸不长，其工作表面的面积仅为 制动盘面积的1 2 ，- - - 1 6 ，空气直接通过盘式制动盘，故散热性较好； ( 2 ) 水稳定性较好：制动衬块对盘的单位压力高，再加上衬块对盘的擦拭作 用，易将水挤出，同时在离心力的作用下沾水后也易于甩掉。因而，出水后只 需经一、二次制动即能恢复正常【l3 1 ，而鼓式制动器则需经过十余次制动方能恢 复正常制动效能； ( 3 ) 制动稳定性好：盘式制动器的制动力矩与制动油缸的活塞推力及摩擦系 数成线性关系，再加上无自行增势作用，因此在制动过程中制动力矩增长较和 缓，能保证高的制动稳定性； ( 4 ) 盘式的摩擦衬块在磨损后更易更换，结构也较简单，维修保养容易； ( 5 ) 易于构成多回路制动驱动系统，使系统有较好的可靠性和安全性，以保 7 武汉理t = 人学硕十学何论文 证汽车在任何车速下各车轮都能均匀一致地平稳制动。 盘式制动器的主要缺点： ( 1 ) 难以完全防止尘污和锈蚀( 封闭的多片全盘式制动器除外) ； ( 2 ) 由于其无自行增势作用，制动效能较低，中型轿车采用时需加力装置； ( 3 ) 兼作驻车制动器时，所需附加的驻车制动驱动机构较复杂。 随着重型机械高速、重载方向的发展，对制动器也提出了更高的要求。制 动器不仅要满足一般要求，同时还要具有高而稳定的制动力，尽可能小的工作 振动，较低的磨损率，特别是对其制动摩擦系刿1 4 】，必须在任何条件下保持基 本的稳定。为保证高性能的安全可靠性，这就需要对制动器的实时工作状况有 清楚的了解，这是制动器的一个发展方向，对关键部位的工作状况有可分析的 实测数据，这样才能很好地采取措施去控制影响因素。 2 3 制动器总成综合性能试验台检测项目及标准 液压盘式制动器是现代新型摩托车普遍采用的制动器，是保证摩托车安全 行驶的重要部件，其可靠性至关重要。液压盘式制动器的工作原理为：对制动 手柄施加外力，使手柄油缸中的制动液产生压力并通过制动软管传送到制动钳 一端的油缸的活塞上，活塞推动制动蹄片央紧制动盘而使车轮产生制动f 引。由此 可见，制动钳钳口力的大小直接关系车轮的制动能力，而钳口力又与手柄力和 手柄位移有关，因此本试验台检测系统用于检测制动器产品的手握力、手柄位 移、钳口力这些参数是否达到标准。 本检测系统所检测项目的研究理论及检测参数标准是依照中华人民共和国 汽车行业标准q c - t 6 5 4 2 0 0 5 摩托车和轻便摩托车制动器台架试验方法中的 规定设计计算而来，结合公司技术要求制定如下标准： 1 参数限值： ( 1 ) 手握力： 2 5 0 n ( 2 ) 手柄位移：1 5 0m m ( 3 ) 钳口力： 4 0 0 0 n 2 检测与试验精度要求： ( 1 ) 推力精度要求为o 5 级，分辨率2 5 n ( 2 ) 位移精度要求为0 3 级，分辨率0 5 m m 武汉理1 ：人学硕十学位论文 ( 3 ) 钳口力精度要求为0 5 级，分辨率1 2 5 n 2 4 试验台结构方案设计 试验台台体是实现检测动作的部分，是试验台的执行机构，其直接关系着 试验台的正常工作和检测结果，进行试验台设计时，在满足试验台技术要求的 前提下，还应考虑到各部分的设计要素。 本摩托车液压盘式制动器总成性能试验台由试验台台架、检测控制系统、 动力系统及检测装置组成，另外试验台加装外罩防护装置。 试验台台体分为手握操纵力模拟机构及检测装置、钳口力检测装置、操作 台等几部分【1 5 】【1 6 】【1 7 】。试验台台体结构如图2 3 所示。 1 台架；2 p l c ；3 手握力模拟机构；4 钳口力检测装置；5 气动管路 图2 3 制动器总成性能试验台结构图 手握力模拟机构包括直线步进电机、位移传感器、拉压力传感器、推杆、 接近开关、手握泵固定座装配装置等。手握力模拟机构是用直线步进电机模拟 9 武汉理1 ：人学硕士学位论文 人的手对摩托车制动器手柄的握力， 托车制动器手柄，它的灵敏度很高， 的手握力。 直线步进电机在脉冲信号的控制下推动摩 且步进速度容易控制，能够真实的模拟人 钳口力检测装置包括拉压力传感器、制动器液压管路、制动钳夹具固定装 置等。 试验台架把试验央具和试验执行部分的机械装置作为一个整体，为钣金结 构，台面上固定着试验夹具。 2 5 试验台测试系统方案设计 目前，根据控制目的、应用特点、控制方案和系统构成，微型计算机控制 系统大体上可分为四大类型：操作指导控制系统( 即数据采集系统d a t a a c q u i s i t i o ns y s t e m ，简称d a s ) ，直接数字控制系统( d i r e c td i g i t a lc o n t r o l ， 简称d d c ) ，分散型控制系统( d is t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ，简称d c s ) 和监督 控制系统( s u p e r v i s o r yc o m p u t e rc o n t r o l ，简称s c c ) 【1 8 】。 通过对本制动器总成性能试验台的检测控制要求和实际情况分析，本系统 采用d c s 系统与p l c 技术相融合。可编程序控制器( p l c ) 则是集微处理技术、自 动化技术和通讯技术为一体的实时工业控制装置，是从继电器逻辑控制系统发 展而来，在开关量控制和顺序控制等方面占优。随着微电子技术和计算机通讯 技术的发展，p l c 在硬件配置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面 均取得了长足的进步，从而为工业自动化控制注入了前所未有的生机和活力 1 9 1 。 基于p l c 和网络通讯技术的新型分布式控制系统的设计与应用，已经成为现代 生产过程自动化的一个主要发展趋势。d c s 系统与p l c 技术相融合，一方面可以 保证控制的实时性、稳定性以及准确性；另一方面则可大幅度地降低成本，满 足用户对控制系统的经济性要求。 制动器总成综合性能试验台是测定和分析制动器性能和质量的试验装置， 能够检测制动器的各种性能，具体测试项目为：手握力、手柄位移、钳口力， 这些项目由计算机控制自动检测，检测试验结果以图形的形式打印，具有被测 产品安装检测快捷、操作简明方便、测试数据精确清晰、自动判断和提示产品 测试结果是否合格的特点。 摩托车液压盘式制动器性能测试系统【2 0 主要由检测台体、拉压力传感器、 1 0 武汉理l ：人硕+ 学何论文 位移传感器、p l c 、上位机、显示器、打印机及直线步进电机等组成。测试系统 方案如图2 - 4 所示。 接近开关l 拉压力传感器 一一 一 制动钳警紧装置 、 丝杆传动压紧装置i 塑2 垫一：报警趋 图2 4 测试系统组成图 手握力检测装置就是在直线步进电机丝杆和手柄中间安装一个拉压力传感 器从而检测手握力的大小；手柄位移的检测就是在直线步迸电机丝杆安装一个 电感调频式系列位移传感器来检测手柄位移。 钳口力检测装置原理是在直线步进电机推动制动器手柄前进时，模拟的手 握力通过液压制动器内部的液压管路系统把力传到制动钳口，使摩擦片夹紧制 动盘产生制动力矩，在制动钳口安装一个拉压力传感器检测制动钳口力【2 1 1 。 当按下启动按钮后整个测试过程由p l c 控制自动进行：p l c 发出一个高电平 信号，直线步进电机驱动器收到信号，发出频率为1 k h z 脉冲信号给直线步进电 机，步进电机收到脉冲信号后开始工作，脉冲信号的个数决定步进电机的位移 型2 2 j 。位移传感器把直线步进电机的位移模拟量传送到p l c 的模拟量输入 模块，经p l c 模拟量输出模块把位移模拟量传送到上位机，当手操纵力模拟机 构前端的盘形柱头接触制动手柄后，拉压力传感器把手柄收到的压力经p l c 传 送给上位机，而制动钳口的拉压力传感器则把钳口力大小实时的经p l c 传给上 位机，当制动器手柄接近手把时，极限开关动作，发出低平信号给p l c ，p l c 给 直线步进电机一个低电平信号使其停止给步进电机脉冲信号，步进电机停止【2 3 1 。 软件程序的比较指令把传感器检测到得钳口力和模拟手握力数值与试验台程序 武汉理i ：人学硕十学位论文 设定的数值比较，如果不符合要求，则报警器报警，打印机打印出检测到得数 值。 本系统是一个自动检测、自动保护的实时系统，利用所安装的多种形式的 传感器、极限开关，实时采集制动器钳口力、手握力、手柄位移，并通过p l c 的运算处理，再传送给上位计算机，自动判断和提示试件是否合格，具有被测 产品安装检测快捷、操作简明方便、测试数据精确清晰，为摩托车的行车安全 提供了必要的保障，具有很大的实际意义。 2 6 本章小结 本章阐述了摩托车制动器的基本结构组成和工作原理，对不同制动器的性 能特点进行了简单的比较；详述制动器总成综合性能试验台检测项目及标准， 提出了试验台的设计要求，且综合阐述了试验台的结构布局方案和检测方案， 为试验台的机械结构设计、硬件选择和软件设计提供了方向。 1 2 武汉理l ：人学硕十学位论文 第3 章制动器总成性能试验台机械结构设计 试验台机械部分是实现检测动作的部分，是试验台的执行机构，其直接关 系着试验台的正常工作和检测结果，进行试验台设计时，在满足试验台技术要 求的前提下，还应考虑到各部分的设计要素。根据试验标准对制动器检测项目 的要求，应设计出适合于本试验台的执行机构。试验台的执行机构要求是【2 4 】： ( 1 ) 为了提高试验结果的精度，减小人为误差，实现自动化检测，需采用气 或者液动方式作为机械部分的动力组件，且要保证气液部分的密封性； ( 2 ) 机械结构应具有较高的强度、刚度、安全性和可靠性； ( 3 ) 试验台应结构设计简单，使操作人员能方便操作； ( 4 ) 要保证试验台的噪声和振动在定范围内，且有较高的性价比。 本液压盘式制动器总成性能试验台台体分为手握力模拟及检测机构、脚踏 操纵力模拟机构、钳口力检测装置、台架等几部分。 3 1 手握力模拟及检测机构设计 手握力模拟及检测机构包括直线步进电机、位移传感器、拉压力传感器、 手握力检测机构、接近开关、手握泵固定座装配装置等。 3 1 1 手握泵固定座 制动器手握泵定位准确直接影响到测量手柄力和手柄位移参数时的准确性 和精度，所以必须设计一个装置准确定位制动器手握泵。首先根据摩托车手把 直径设计一个固定杆，手握泵固定在固定杆上，固定杆通过两个螺钉固定在手 柄座上，防止固定杆转动，考虑到不同型号的制动器的手柄尺寸的不同，所以 固定杆上开了三个空，各安装一个接近开关。在手柄座与联接板通过螺钉联结， 联接板与试验台台架联结的立板相连接，连接板上有六个定位孔，手柄座可根 据不同手握泵的尺寸与联接板联结。手握泵固定座设计如图3 - i 所示。 武汉理 人学硕士学位论文 场 ， 7 手握泵：2 电感型接近j r 关；3 手柄座；4 固定杆；5 联接板 图3 - i 手握泵固定座 当手柄在直线步进电机模拟推力下接触固定杆时接近开关关闭，步进电机 停止工作，起到保护作用。且因为不同制动器的手柄尺寸不一样，所以在固定 杆上不同位置并排安装三个接近丌关。接近开关护套起到保护接近开关作用， 放置接近开关收到径向力而损坏。 312 直线步进电机装配 直线步进电机是制动器总成性能试验台的动力源，是模拟手柄握力的装置。 结合直线步进电机的外形结构，用四个m 6 x 4 0 的螺钉把它固定在与台架联结的 支架上，步进电机螺杆上的螺母通过螺栓与第三级推杆联接。为了保护步进电 机，特安装了四个电感型接近开关，分别起到零位保护、起点保护、最大行程 保护和终点保护。直线步进电机装配如图3 一z 所示。 武汉理r 人学硕十学位论文 1 步进电机；2 螺母；3 接近开关固定座； 4 步进电机螺杆；5 第三级推杆；6 限位开关；7 支架 图3 2 直线步进电机装配图 3 1 3 传感器的布置 本制动器试验台手握力模拟机构有两个传感器，即位移传感器和拉压力传 感器。位移传感器检测直线步进电机推动手柄位移的距离，拉压力传感器检测 步进电机推动手柄时的推力，即模拟手握力。 1 位移传感器的布置 位移传感器安装在支架上，在下方紧挨步进电机，位移传感器拉杆通过螺 钉与导向键联结，导向键与第三级推杆联接，直线步进电机推动第三级推杆运 动时，导向键就随着在导向套上移动。当初级线圈供给一定频率的交变电压时， 次级线圈就产生了感应电动势，随着拉杆的位置不同，次级产生的感应电动势 也不同，这样就将拉杆的位移量变成了电压信号输出【2 5 1 。位移传感器的安装如 图3 3 所示。 武汉理1 ：大学硕卜学位论文 鱼尊谨劈 二二量毒z ；j 瞀：一：r 一= ：墨 l 旦i 督评+ 毒 一一每j +#二一j 二二二：三_ _ 羔_ 三= = 二三l i | b 一一一一一 1 2 一悟二毛鬃! 艇= = = = 三兰三三三勇 刮二弓二二二三兰三三三廷妻蠹三一4 二5 7 1 位移传感器；2 拉杆；3 导向键；4 第三级推杆； 5 导向套；6 步进电机；7 支架 图3 3 位移传感器布置图 2 拉压力传感器的布置 在拉压力传感器的两端分别用短双头螺栓、长双头螺栓与关节轴承联结， 这样使传感器只受拉力，不受转矩的影响。当两个螺栓之间有拉压力时，传感 器就会把力的大小转换成相应的电动势输出【2 6 1 。拉压力传感器布置如图3 4 所 示。 1 油杯；2 关节轴承；3 短双头螺栓； 4 拉压力传感器；5 长双头螺栓；6 销轴 图3 4 拉压力传感器布置图 3 1 4 手握力检测机构设计 当直线步进电机推动手柄前进时，手柄就受到一个推力，这个力就是模拟 的手握力，随着手柄位移量的增大而不断增大，本手握力检测机构的精度直接 关系到本制动器总成性能试验台检测的准确性。为此特设计一个杠杆机构，支 点在轴承3 所在的轴心线上，手握泵固定座和标定机构为杠杆一端，配重和拉 1 6 土 日#乒 ，主可+羹辛：，主器 武汉理j ：人学硕十学位论文 压力传感器为另一端。 为了提高准确度和测量量程，特设计标定机构，本标定机构类似称重器的 悬臂装置，一端固定在手握泵固定座，另一端可以放置标准的砝码。通过调整 标定机构的砝码的数量使拉压力传感器在检测开始前不受力。考虑到机械结构 尽量简单且不能破坏检验产品的要求，手握力检测机构设计如图3 5 所示。 1 s 案 2 6 一三! f 霄黟7 i 一 一 一一 o ，! o f i _ 1 岛酮 。十_ 十。1 p “ 1 手握泵；2 手握泵固定座；3 轴承；4 关节轴承； 5 上铰支座；6 配重；7 拉压力传感器；8 下铰支座； 9 带t 型槽底板；1 0 支架；1 1 传感器标定机构组合 图3 5 位移传感器布置图 在检测开始前，首先用传感器标定机构组合l l 调节使传感器检测开始前在 零位，配重6 是用来平衡以轴承3 的为支点杠杆机构。当直线步进电机推动手 柄前进时，以轴承3 的为支点杠杆机构右端因为受到模拟手握力向下沉，左端 上升而拉压力传感器受到拉力f 1 ，由力矩平衡及结构尺寸可计算得模拟手握力 f = f 1 。 1 7 武汉理下大学硕士学位论文 3 1 5 手握力模拟及检测机构总装配 由于制动器的型号不尽相同，为了满足不同型号的制动器能在本试验台上 进行检测的要求，本手握力模拟及检测机构能够在t 型槽底板上左右调动，且 能够调动立架的高度。手握力模拟及检测机构通过螺钉联结被固定在试验台架 上面。手握力模拟及检测机构总装配【2 7 1 如图3 - 6 所示。 ，喜墨一袅，r | 7 j二二蠢蟹爷= 三三黾嶂。譬、一i ，_ f d 胃静霉：耋三娶 l _ 卡 侥呻 ：掣一 +j 涮、剖妒、枣 苓i 1 1 窭 i ； f 登参塾 簟罄i 峙一 茹i f 荽i出出h 5 第二级推杆；6 接近开关；7 。第三级推杆：8 手握泵；9 ；手握泵固定座；1 0 传感器标定机构组