Двухшаговый тормоз

Фрикционный тормоз с двумя поворотными колодками, диаметрально расположенными вокруг вращающегося барабана с срабатывающим разломом

развернуть все на странице

Библиотека:
Simscape/Привод/Тормоза и фиксаторы/Вращение

Описание

Двухшаговый тормозной блок представляет собой фрикционный тормоз с двумя поворотными жесткими колодками, которые прижимаются к вращающемуся барабану для осуществления тормозного действия. Жесткие колодки расположены внутри или снаружи вращающегося барабана в диаметрально противоположной конфигурации. Положительное приводное усилие заставляет жесткие колодки прижиматься к вращающемуся барабану. Вязкое и контактное трение между барабаном и жесткими поверхностями башмака приводит к замедлению вращающегося барабана.

Двухбоковые тормоза обеспечивают высокий тормозной момент с небольшими отклонениями привода в применениях, которые включают в себя автомобили и некоторые тяжелые машины. Модель использует простую параметризацию с легкодоступной геометрией тормоза и параметрами трения.

Также можно включить сбои. При возникновении неисправности ремень будет прикладывать силу, заданную пользователем. Неисправности могут возникать в указанное время или из-за внешнего триггера в порту T.

Уравнения

На схеме а) представляет внутренний двухбоковый тормоз, и b) представляет внешний двухбоковый тормоз. В обеих конфигурациях положительное приводное усилие F приводит фрикционные поверхности башмака и барабана в контакт. Результатом является крутящий момент трения, который вызывает замедление вращающегося барабана. Нулевые и отрицательные силы не приводят фрикционные поверхности башмака и барабана в контакт и создают нулевой тормозной момент.

Модель использует длинноботиночное приближение. Уравнения крутящего момента трения, которые развиваются у передней и задней обуви:

$_{TLS} \frac{=_{}_{}^{} cpciparD2 (_{} cosstartsb -_{}}{{cosstarts}_{)}}$ синa,

$_{TTS} \frac{=_{}_{}^{} cmicpbrD2 (_{} cosstartsb -_{}}{{cosstarts}_{)}}$ синa,

$c =_{} {ra}_{} +_{}$ rpcosstartp,

где для $_{} \frac{}{0≤θs≤π2}$ ,

$_{starta} =_{}$ starts,

и для $_{} \frac{}{θs≥π2}$ ,

$_{starta} \frac{=}{}$ § 2.

Где:

_TLS - тормозной момент, развиваемый ведущей колодкой.
_TTS - тормозной момент, развиваемый задней колодкой.
λ - эффективный коэффициент контактного трения.
_pa - максимальное линейное давление в ведущем контакте башмака-барабана.
_pb - максимальное линейное давление в хвостовом контакте башмака-барабана.
_rD - радиус барабана.
_startsb - начальный угол колодки.
_{λ s} - угол пролета обуви.
_{λ a} - угол от оси шарнира до точки максимального давления.
c - длина плеча силы цилиндра относительно шарнирного пальца.
_rp - радиус расположения контактов.
_startp - угол расположения шарнирного штифта.
_ra - радиус расположения привода.

Модель предполагает, что на контакт поверхности колодочного барабана действует только кулоновское трение. Нулевая относительная скорость между барабаном и башмаками создает нулевое кулоновское трение. Чтобы избежать разрывов при нулевой относительной скорости, формула коэффициента трения использует гиперболическую функцию

$мкКуломбтанх_{} \frac{_{(}}{_{}}$ 4startshaftstartthreshold),

где:

λ - эффективный коэффициент контактного трения.
_{мкКулон} - коэффициент контактного трения.
_{λ вал} - скорость вала.
_{startthreshold} - порог угловой скорости.

Уравновешивание моментов, которые действуют на каждый башмак относительно штифта, приводит к давлению, действующему на контакт поверхности башмака-барабана. Уравнения для определения баланса моментов для ведущего башмака:

$F \frac{=_{} {MN}_{}}{-}$ MFc,

$_{MN} \frac{=_{}_{}_{}}{_{}} \frac{парпрДсина}{} (_{12} [_{starts} - \frac{}{} startsb] −_{} 14 [_{} sin2starts -$ sin2startsb]),

$_{MF} \frac{=_{}_{}}{_{}} {мкпарДсина}_{} (rD [_{} cosü sb_{-} \frac{_{}}{} cos] +_{} rp4 [_{} cos2ü s -$ cos2startsb]),

где:

F - сила срабатывания.
_MN - это момент, действующий на ведущий башмак из-за нормальной силы.
_MF - момент, воздействующий на ведущий башмак за счет силы трения.
c - длина плеча силы цилиндра относительно шарнирного пальца.
_pa - максимальное линейное давление на поверхности контакта башмака с барабаном.
_rp - радиус расположения контактов.
_startp - угол расположения шарнирного штифта.
_ra - радиус расположения привода.

Модель не имитирует самоблокирующиеся тормоза. Если геометрия тормоза и параметры трения вызывают состояние самоблокировки, модель создает ошибку моделирования. Тормоз самоблокируется, если момент трения превышает момент, обусловленный нормальными силами, то есть когда _MF > _MN.

Баланс моментов для заднего башмака

$F \frac{=_{} {MN}_{}}{+}$ MFc.

Чистый тормозной момент равен

$T =_{} {TLS}_{+}_{TTS +}_{мквискс}$ *

где _micvisc - коэффициент вязкого трения.

Неисправное поведение

Когда неисправности включены, усилие ремня прикладывается в ответ на один или оба из следующих триггеров:

Время моделирования - сбой происходит в указанное время.
Поведение моделирования - сбой происходит в ответ на внешний триггер. При этом открывается порт T.

При возникновении триггера неисправности входное усилие заменяется на усилие ремня при сбойном значении для оставшейся части моделирования. Значение 0 означает, что никакого торможения не произойдет. Относительно большое значение означает, что тормоз застрял.

В Simulink Diagnostic Viewer с параметром Reporting when fault (Отчеты о возникновении отказа) можно настроить блок для выдачи отчета о неисправности в виде предупреждения или сообщения об ошибке.

Тепловая модель

Можно моделировать эффекты теплового потока и изменения температуры, открывая дополнительный тепловой порт. Чтобы открыть порт, в параметрах трения задайте для параметра «Тепловой порт» значение Model. При отображении порта также отображается или изменяется значение по умолчанию для следующих параметров, параметров и переменных:

Трение > Температура
Коэффициент трения > Вектор коэффициента статического трения
Коэффициент трения > Кулонный вектор коэффициента трения
Коэффициент трения > Вектор коэффициента трения контакта
Тепловой порт > Тепловая масса
Переменные > Температура

Переменные

Параметры «Переменные» используются для установки приоритетов и начальных целевых значений для переменных блока перед моделированием. Дополнительные сведения см. в разделе Установка приоритета и начальной цели для переменных блока.

Зависимости

Настройки переменных отображаются только в том случае, если в настройках трения для параметра «Тепловой порт» установлено значение Model.

Ограничения и допущения

Углы контакта менее 45 ° дают менее точные результаты.
Тормоз использует длиннобоковое приближение.
Геометрия тормоза не самоблокируется.
Модель не учитывает расход потока исполнительного механизма.

Порты

Вход

развернуть все

`F` - Приводное усилие
физический сигнал

Порт ввода физического сигнала, связанный с приложенной рабочей силой.

`T` - Триггер внешней неисправности
физический сигнал

Физический сигнальный порт для внешнего триггера отказа. Срабатывание происходит, когда значение больше 0,5. Нет единиц, связанных со значением триггера.

Зависимости

Этот порт отображается, если для параметра Enable faults установлено значение On и Enable external fault trigger имеет значение On.

Сохранение

развернуть все

`S` - Вращение вала барабана
вращательное механическое

Поворотное защитное отверстие, связанное с вращающимся валом барабана.

`H` - Тепловой поток
тепловой

Термосберегающий порт, связанный с тепловым потоком.

Зависимости

Этот порт отображается только в том случае, если в параметрах трения для параметра «Тепловой порт» установлено значение Model.

Отображение этого порта делает соответствующие параметры видимыми.

Параметры

развернуть все

Геометрия

`Drum radius` - Радиус контактной поверхности
`150` `mm` (по умолчанию) | положительный скаляр

Радиус контактной поверхности барабана. Значение должно быть больше нуля.

`Actuator location radius` - Межцентровое расстояние между барабаном и линией действия силы
`100mm` (по умолчанию) | положительный скаляр

Расстояние между центром барабана и линией действия силы. Значение должно быть больше нуля.

`Pin location radius` - Межцентровое расстояние между шарнирным штифтом и барабаном
`125mm` (по умолчанию) | положительный скаляр

Расстояние между центром шарнирного пальца и барабаном. Параметр должен быть больше нуля.

`Pin location angle` - Угловое расстояние от шарнирного пальца до оси симметрии тормоза
`15deg` (по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Угловая координата положения пальца шарнира от оси симметрии тормоза. Значение должно быть больше или равно нулю.

`Shoe beginning angle` - Угол между пальцем и фрикционным материалом
`5deg` (по умолчанию) | положительный скаляр

Угол между пальцем шарнира и началом фрикционного полотна колодки. Ценность параметра должна быть в _{range0 ≤ θsb ≤} (π-pin угол местоположения).

`Shoe span angle` - Угол фрикционного материала
`120deg` (по умолчанию) | положительный скаляр

Угол между началом и концом фрикционного белья на башмаке. Значение параметра должно быть в диапазоне 0 < _{λ sb} ≤ (δ-pin угол расположения - начальный угол башмака).

Трение

`Viscous friction coefficient` - Вязкое трение
`.01` `n*m/(rad/s)` (по умолчанию) | nonnegatvie скаляр

Коэффициент вязкого трения на контактной поверхности. Значение должно быть больше или равно нулю.

`Thermal port` - Тепловая модель
`Omit` (по умолчанию) | `Model`

Модель изменения теплового потока и температуры:

Omit - Пренебречь тепловой динамикой.
Model - Включить тепловую динамику.

Зависимости

Если для этого параметра установлено значение Model, виден тепловой порт H и связанные с ним настройки.

`Temperature` - Температура
`[280, 300, 320]` `K` (по умолчанию) | увеличение вектора

Массив температур, используемый для построения таблицы поиска с 1-D температурной эффективностью. Значения массива должны увеличиваться слева направо.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра Thermal Port установлено значение Model.

`Contact friction coefficient` - Кулонное трение
`0.3` (по умолчанию) | `[0.1, 0.05, 0.03]` (тепловая модель по умолчанию) | положительный скаляр или вектор

Кулонный коэффициент трения на контактной поверхности ленты-барабана. Значение должно быть больше нуля. Для тепловой модели:

Число элементов в векторе должно совпадать с числом элементов в указанном векторе для параметра «Температура»
Значения увеличиваются слева направо.
Каждое значение должно быть больше нуля.

Зависимости

Этот параметр указан как:

Скаляр, если для параметра Thermal Port установлено значение Omit.
Вектор, если для параметра Thermal Port установлено значение Model.

`Angular velocity threshold` - Скорость вращения, необходимая для почти установившегося контактного трения
`0.01` `rad/s` (по умолчанию) | положительный скаляр

Угловая скорость, при которой коэффициент контактного трения практически достигает своего установившегося значения. Значение должно быть больше нуля.

Ошибки

`Enable faults` - Вариант отказа
`Off` (по умолчанию) | `On`

Включение внешних или временных сбоев. При возникновении неисправности сила тормозного ремня, обычно принимаемая в порту F, устанавливается в значение, указанное в параметре Сила ремня при неисправности.

`Belt force when faulted` - Установить неисправное усилие ремня
`0 N` (по умолчанию) | положительный скаляр

Установите неисправное усилие ремня. При возникновении неисправности сила тормозного ремня, обычно принимаемая в порту F, устанавливается в значение, указанное в параметре Сила ремня при неисправности. Значение 0 означает, что торможение не происходит. Относительно большое значение означает, что тормоз застрял.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Enable fails значение On.

`Enable external fault trigger` - Опция внешнего триггера
`Off` (по умолчанию) | `On`

Включает порт T. Физический сигнал на порту T, превышающий 0.5 срабатывание триггеров.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Enable fails значение On.

`Enable temporal fault trigger` - Опция временного триггера
`Off` (по умолчанию) | `On`

Включение инициирования отказа в указанное время. При достижении времени моделирования для события неисправности сила тормозного ремня, обычно принимаемая в порту F, устанавливается в значение, указанное в параметре Сила ремня при сбое.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Enable fails значение On.

`Simulation time for fault event` - Время, в которое инициируется сбой
`5 s` (по умолчанию) | положительный скаляр

При достижении времени моделирования для события неисправности сила тормозного ремня, обычно принимаемая в порту F, устанавливается в значение, указанное в параметре Сила ремня при сбое.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Enable fails значение On и Включить временной триггер отказа для On.

`Reporting when fault occurs` - Отчет о состоянии неисправности
`None` (по умолчанию) | `Warning` | `Error`

Сообщение о предпочтениях для состояния отказа. Если для отчета установлено значение Warning или Error, сообщение отображается в Simulink Diagnostic Viewer. Когда Error выбран, моделирование прекращается при возникновении сбоя.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Enable fails значение On.

Тепловой порт

`Thermal mass` - Устойчивость к изменению температуры
`50` `kJ/K` (по умолчанию) | скаляр

Тепловая энергия, необходимая для изменения температуры компонента на один градус. Чем больше тепловая масса, тем больше устойчивость компонента к изменению температуры.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если в настройках трения для параметра «Тепловой порт» установлено значение Model.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

См. также

Ленточный тормоз | Вращательное трение под нагрузкой - контакт | Вращательный упор

Темы

Модель тепловых потерь в компонентах трансмиссии

Представлен в R2012b

Документация

Двухшаговый тормоз

Описание

Уравнения

Неисправное поведение

Тепловая модель

Переменные

Ограничения и допущения

Порты

Вход

F - Приводное усилие физический сигнал

T - Триггер внешней неисправности физический сигнал

Зависимости

Сохранение

S - Вращение вала барабана вращательное механическое

H - Тепловой поток тепловой

Зависимости

Параметры

Геометрия

Drum radius - Радиус контактной поверхности 150 mm (по умолчанию) | положительный скаляр

Actuator location radius - Межцентровое расстояние между барабаном и линией действия силы 100mm (по умолчанию) | положительный скаляр

Pin location radius - Межцентровое расстояние между шарнирным штифтом и барабаном 125mm (по умолчанию) | положительный скаляр

Pin location angle - Угловое расстояние от шарнирного пальца до оси симметрии тормоза 15deg (по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Shoe beginning angle - Угол между пальцем и фрикционным материалом 5deg (по умолчанию) | положительный скаляр

Shoe span angle - Угол фрикционного материала 120deg (по умолчанию) | положительный скаляр

Трение

Viscous friction coefficient - Вязкое трение .01 n*m/(rad/s) (по умолчанию) | nonnegatvie скаляр

Thermal port - Тепловая модель Omit (по умолчанию) | Model

Зависимости

Temperature - Температура [280, 300, 320] K (по умолчанию) | увеличение вектора

Зависимости

Contact friction coefficient - Кулонное трение 0.3 (по умолчанию) | [0.1, 0.05, 0.03] (тепловая модель по умолчанию) | положительный скаляр или вектор

Зависимости

Angular velocity threshold - Скорость вращения, необходимая для почти установившегося контактного трения 0.01 rad/s (по умолчанию) | положительный скаляр

Ошибки

Enable faults - Вариант отказа Off (по умолчанию) | On

Belt force when faulted - Установить неисправное усилие ремня 0 N (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Enable external fault trigger - Опция внешнего триггера Off (по умолчанию) | On

Зависимости

Enable temporal fault trigger - Опция временного триггера Off (по умолчанию) | On

Зависимости

Simulation time for fault event - Время, в которое инициируется сбой 5 s (по умолчанию) | положительный скаляр

Зависимости

Reporting when fault occurs - Отчет о состоянии неисправности None (по умолчанию) | Warning | Error

Зависимости

Тепловой порт

Thermal mass - Устойчивость к изменению температуры 50 kJ/K (по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Расширенные возможности

Создание кода C/C + + Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

См. также

Темы

Документация по приводу Simscape

Поддержка

`F` - Приводное усилие
физический сигнал

`T` - Триггер внешней неисправности
физический сигнал

`S` - Вращение вала барабана
вращательное механическое

`H` - Тепловой поток
тепловой

`Drum radius` - Радиус контактной поверхности
`150` `mm` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Actuator location radius` - Межцентровое расстояние между барабаном и линией действия силы
`100mm` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Pin location radius` - Межцентровое расстояние между шарнирным штифтом и барабаном
`125mm` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Pin location angle` - Угловое расстояние от шарнирного пальца до оси симметрии тормоза
`15deg` (по умолчанию) | неотрицательный скаляр

`Shoe beginning angle` - Угол между пальцем и фрикционным материалом
`5deg` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Shoe span angle` - Угол фрикционного материала
`120deg` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Viscous friction coefficient` - Вязкое трение
`.01` `n*m/(rad/s)` (по умолчанию) | nonnegatvie скаляр

`Thermal port` - Тепловая модель
`Omit` (по умолчанию) | `Model`

`Temperature` - Температура
`[280, 300, 320]` `K` (по умолчанию) | увеличение вектора

`Contact friction coefficient` - Кулонное трение
`0.3` (по умолчанию) | `[0.1, 0.05, 0.03]` (тепловая модель по умолчанию) | положительный скаляр или вектор

`Angular velocity threshold` - Скорость вращения, необходимая для почти установившегося контактного трения
`0.01` `rad/s` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Enable faults` - Вариант отказа
`Off` (по умолчанию) | `On`

`Belt force when faulted` - Установить неисправное усилие ремня
`0 N` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Enable external fault trigger` - Опция внешнего триггера
`Off` (по умолчанию) | `On`

`Enable temporal fault trigger` - Опция временного триггера
`Off` (по умолчанию) | `On`

`Simulation time for fault event` - Время, в которое инициируется сбой
`5 s` (по умолчанию) | положительный скаляр

`Reporting when fault occurs` - Отчет о состоянии неисправности
`None` (по умолчанию) | `Warning` | `Error`

`Thermal mass` - Устойчивость к изменению температуры
`50` `kJ/K` (по умолчанию) | скаляр

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™