Double-Shoe Brake

Фрикционный тормоз с двумя поворотными башмаками, диаметрально расположенными вокруг вращающегося барабана с срабатыванием

развернуть все на странице

Библиотека:
Simscape/Приводная линия/Тормоза и тормоза/Вращательный

Описание

Блок Double-Shoe Brake представляет собой фрикционный тормоз с двумя поворотными жесткими башмаками, которые прижимаются к вращающемуся барабану для создания тормозного действия. Жесткие башмаки находятся внутри или снаружи вращающегося барабана в диаметрально противоположном строении. Положительное приводное усилие заставляет жесткие башмаки прижиматься к вращающемуся барабану. Вязкое и контактное трение между барабаном и твердыми поверхностями башмака заставляет вращающийся барабан замедляться.

Двухколодочные тормоза обеспечивают высокий тормозной крутящий момент с небольшими отклонениями привода в приложениях, которые включают транспортные средства мотора и некоторое тяжелое машинное оборудование. Модель использует простую параметризацию с легкодоступной геометрией тормоза и параметрами трения.

Можно также включить отказ. Когда происходит отказ, ремень прикладывает определенную пользователем силу. Отказы могут возникнуть в указанное время или из-за внешнего триггера на порте T.

Уравнения

В схеме a) представляет собой внутренний двухколодочный тормоз, а b) представляет собой внешний двухколодочный тормоз. В обоих строений положительная сила приводов F вводит поверхности трения башмака и барабана в контакт. Результатом является крутящий момент трения, который вызывает замедление вращающегося барабана. Нулевые и отрицательные силы не приводят поверхности трения башмака и барабана в контакт и создают нулевой крутящий момент торможения.

Модель использует приближение длинной обуви. Уравнения для крутящего момента трения, который развивают ведущая и конечная башмаки:

$T_{L S} = \frac{c μ p_{a} r_{D}^{2} (\cos θ_{s b} - \cos θ_{s})}{\sin θ_{a}},$

$T_{T S} = \frac{c μ p_{b} r_{D}^{2} (\cos θ_{s b} - \cos θ_{s})}{\sin θ_{a}},$

$c = r_{a} + r_{p} \cos θ_{p},$

где $0 \leq θ_{s} \leq \frac{π}{2}$ ,

$θ_{a} = θ_{s},$

и для $θ_{s} \geq \frac{π}{2}$ ,

$θ_{a} = \frac{π}{2} .$

Где:

_TLS - это момент привода, которую развивает ведущая обувь.
_TTS является моментом привода развития конечной обуви.
μ - эффективный коэффициент трения контакта.
_pa - максимальное линейное давление в переднем контакте башмака-барабан.
_pb - максимальное линейное давление в заднем контакте башмака-барабана.
_rD - радиус барабана.
_θsb - угол начала обуви.
_θs - угол пролета башмака.
_θa - угол от шарнира до точки максимального давления.
c - длина рычага силы цилиндра относительно шарнира контакта.
_rp - радиус положения контакта.
_θp - угол положения шарнирного контакта.
_ra - радиус положения привода.

Модель принимает, что только трение Кулона действует на контакт обуви с поверхностью барабана. Нулевая относительная скорость между барабаном и башмаком создает нулевое трение Кулона. Чтобы избежать разрыва при нулевой относительной скорости, в формуле коэффициента трения используется гиперболическая функция

$μ = μ_{C o u l o m b} \tanh (\frac{4 ω_{s h a f t}}{ω_{t h r e s h o l d}}),$

где:

μ - эффективный коэффициент трения контакта.
_μCoulomb - коэффициент трения контакта.
_ωshaft - скорость вала.
_ωthreshold - скорость вращения.

Балансировка моментов, которые действуют на каждый башмак относительно штифта, приводит к давлению, действующему на поверхностный контакт башмака-барабана. Уравнения для определения баланса моментов для переднего башмака

$F = \frac{M_{N} - M_{F}}{c},$

$M_{N} = \frac{p_{a} r_{p} r_{D}}{\sin θ_{a}} (\frac{1}{2} [θ_{s} - θ_{s b}] - \frac{1}{4} [\sin 2 θ_{s} - \sin 2 θ_{s b}]),$

$M_{F} = \frac{μ p_{a} r_{D}}{\sin θ_{a}} (r_{D} [\cos θ_{s b} - \cos θ_{s}] + \frac{r_{p}}{4} [\cos 2 θ_{s} - \cos 2 θ_{s b}]),$

где:

F является силой приводов.
_MN - это момент, действующий на передний башмак от нормальной силы.
_MF - момент, действующий на передний башмак от силы трения.
c - длина рычага силы цилиндра относительно шарнира контакта.
_pa - максимальное линейное давление на контактной поверхности башмака-барабана.
_rp - радиус положения контакта.
_θp - угол положения шарнирного контакта.
_ra - радиус положения привода.

Модель не моделирует автоблокировку тормозов. Если геометрия тормоза и параметры трения вызывают условие автоблокировки, модель производит ошибку симуляции. Тормоз автоблокируется, если момент трения превышает момент от нормальных сил, то есть когда _MF > _MN.

Баланс моментов для конечной обуви

$F = \frac{M_{N} + M_{F}}{c} .$

Крутящий момент сетевого торможения

$T = T_{L S} + T_{T S} + μ_{v i s c} * ω_{s h a f t},$

где _μvisc - коэффициент вязкого трения.

Дефектное поведение

Когда отказы включены, усилие ремня прикладывается в ответ на один или оба из этих триггеров:

Время симуляции - Нарушение происходит в указанное время.
Симуляция поведения - Нарушение происходит в ответ на внешний триггер. Это открывает T порта.

Если возникает триггер отказа, входная сила заменяется Belt force when faulted значением для оставшейся части симуляции. Значение 0 подразумевает, что торможение не произойдет. Относительно большое значение подразумевает, что тормоз застревает.

Можно задать блок, чтобы выдать отчет о неисправности как предупреждение или сообщение об ошибке в Simulink Diagnostic Viewer с параметром Reporting when fault occurs.

Тепловая модель

Можно смоделировать эффекты теплового потока и изменения температуры, выставив дополнительный тепловой порт. Чтобы выставить порт, в настройках Friction установите параметр Thermal Port равным Model. Экспозиция порта также открывает или изменяет значение по умолчанию для этих связанных настроек, параметров и переменных:

Friction> Temperature
Friction> Static friction coefficient vector
Friction> Coulomb friction coefficient vector
Friction> Contact friction coefficient vector
Thermal Port> Thermal mass
Variables> Temperature

Переменные

Используйте настройки Variables, чтобы задать приоритет и начальные целевые значения для основных переменных перед симуляцией. Для получения дополнительной информации смотрите Задать приоритет и Начальный целевой объект для основных переменных.

Зависимости

Настройки переменной видны только тогда, когда в настройках Friction параметр Thermal port установлен на Model.

Ограничения и допущения

Контактные углы меньше 45 ° дают менее точные результаты.
Тормоз использует длинноколодочное приближение.
Геометрия тормоза не автоблокируется.
Модель не учитывает расход потока привода.

Порты

Вход

расширить все

`F` - Приводное усилие
физический сигнал

Входной порт физического сигнала, сопоставленный с приложенной приводной силой.

`T` - Триггер внешнего отказа
физический сигнал

Порт физического сигнала для внешнего триггера отказа. Триггер происходит, когда значение больше 0,5. Единица измерения, сопоставленная со значением триггера, отсутствует.

Зависимости

Этот порт видим, когда Enable faults установлено на On и Enable external fault trigger установлено на On.

Сохранение

расширить все

`S` - Вращение вала барабана
вращательный механический

Вращательный порт сопоставлен с вращающимся валом барабана.

`H` - Тепловой поток
тепловой

Тепловой порт сопоставлен с тепловым потоком.

Зависимости

Этот порт видим только, когда в настройках Friction, параметр Thermal Port установлен на Model.

Отображение этого порта делает соответствующие параметры видимыми.

Параметры

расширить все

Геометрия

`Drum radius` - Радиус контактной поверхности
`150` `mm` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Радиус контактной поверхности барабана. Значение должно быть больше нуля.

`Actuator location radius` - Расстояние по центру между барабаном и силовой линией действия
`100mm` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

`Pin location radius` - Расстояние между осью шарнира и барабаном
`125mm` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Расстояние между контактом и центрами барабанов. Параметр должен быть больше нуля.

`Pin location angle` - Угловое расстояние от шарнира до оси симметрии тормоза
`15deg` (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

Угловая координата шарнира контакта местоположение от оси симметрии тормоза. Значение должно быть больше или равно нулю.

`Shoe beginning angle` - Угол между контактом и материалом трения
`5deg` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Угол между шарнирным контактом и началом фрикционного материала полотна башмака. Значение параметра должно быть в _{range0 ≤ θsb ≤} (π-pin угол местоположения).

`Shoe span angle` - Угол трения материала
`120deg` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Угол между началом и концом белья из фрикционного материала на башмаке. Значение параметра должно быть в области значений 0 <_θsb ≤ (π - угле местоположения контакта - угол начала обуви).

Трение

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

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

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

Модель теплового потока и изменения температуры:

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

Зависимости

Когда этот параметр установлен в ModelВидны H тепловых портов и связанные с ними настройки.

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

Массив температур, используемых для создания 1-D интерполяционной таблицы температурного КПД. Значения массива должны увеличиться слева направо.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда параметр Thermal Port установлен в Model.

`Contact friction coefficient` - Трение Кулона
`0.3` (по умолчанию) | `[0.1, 0.05, 0.03]`(по умолчанию тепловая модель) | положительная скалярная величина или вектор

Коэффициент трения кулона на контактной поверхности ремень-барабан. Значение должно быть больше нуля. Для тепловой модели:

Количество элементов в векторе должно быть таким же, как и количество элементов в указанном векторе для параметра Temperature
Значения увеличиваются слева направо.
Каждое значение должно быть больше нуля.

Зависимости

Этот параметр задан как:

Скаляр, когда для параметра Thermal Port задано значение Omit.
Вектор, когда параметру Thermal Port задано значение Model.

`Angular velocity threshold` - Скорость вращения, необходимая для близкого к установившемуся контакту трения
`0.01` `rad/s` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Скорость вращения, при которой коэффициент трения контакта практически достигает своего установившегося значения. Значение должно быть больше нуля.

Ошибки

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

Включите внешние или временные отказы. Когда происходит отказ, сила тормозного ремня, обычно получаемая в порте F, устанавливается на значение, заданное в параметре Belt force when faulted.

`Belt force when faulted` - Установите неисправную силу ремня
`0 N` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Установите неисправное усилие ремня. Когда происходит отказ, сила тормозного ремня, обычно получаемая в порте F, устанавливается на значение, заданное в параметре Belt force when faulted. Значение 0 означает, что торможение не происходит. Относительно большое значение подразумевает, что тормоз застревает.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Enable faults равным On.

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

Включает T портов. Физический сигнал в T порта, который больше 0.5 инициирует отказ.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Enable faults равным On.

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

Включает запуск отказа в указанное время. Когда достигается Simulation time for fault event, сила тормозного ремня, обычно получаемая в порте F, устанавливается на значение, заданное в параметре Belt force when faulted.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Enable faults равным On.

`Simulation time for fault event` - Время срабатывания неисправности
`5 s` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Когда достигается Simulation time for fault event, сила тормозного ремня, обычно получаемая в порте F, устанавливается на значение, заданное в параметре Belt force when faulted.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Enable faults равным On и Enable temporal fault trigger к On.

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

Оповещение о выборе условия отказа. Когда для отчетов задано значение Warning или Errorсообщение отображается в Simulink Diagnostic Viewer. Когда Error выбран, симуляция остановится, если произойдет сбой.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Enable faults равным On.

Тепловой порт

`Thermal mass` - Сопротивление изменению температуры
`50` `kJ/K` (по умолчанию) | скаляром

Тепловая энергия, необходимая для изменения температуры компонента на одну степень. Чем больше тепловая масса, тем более устойчивым компонентом является изменение температуры.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда в настройках Friction параметр Thermal Port равен Model.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

См. также

Band Brake | Loaded-Contact Rotational Friction | Rotational Detent

Темы

Моделируйте тепловые потери в компонентах привода

Введенный в R2012b

Документация

Double-Shoe Brake

Описание

Уравнения

Дефектное поведение

Тепловая модель

Переменные

Ограничения и допущения

Порты

Вход

F - Приводное усилие физический сигнал

T - Триггер внешнего отказа физический сигнал

Зависимости

Сохранение

S - Вращение вала барабана вращательный механический

H - Тепловой поток тепловой

Зависимости

Параметры

Геометрия

Drum radius - Радиус контактной поверхности 150 mm (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Actuator location radius - Расстояние по центру между барабаном и силовой линией действия 100mm (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Pin location radius - Расстояние между осью шарнира и барабаном 125mm (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Pin location angle - Угловое расстояние от шарнира до оси симметрии тормоза 15deg (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

Shoe beginning angle - Угол между контактом и материалом трения 5deg (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Shoe span angle - Угол трения материала 120deg (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Трение

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

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

Зависимости

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

Зависимости

Contact friction coefficient - Трение Кулона 0.3 (по умолчанию) | [0.1, 0.05, 0.03](по умолчанию тепловая модель) | положительная скалярная величина или вектор

Зависимости

Angular velocity threshold - Скорость вращения, необходимая для близкого к установившемуся контакту трения 0.01 rad/s (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Ошибки

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

Belt force when faulted - Установите неисправную силу ремня 0 N (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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 срабатывания неисправности 5 s (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

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

Зависимости

Тепловой порт

Thermal mass - Сопротивление изменению температуры 50 kJ/K (по умолчанию) | скаляром

Зависимости

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + + Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

См. также

Темы

Документация по Simscape Driveline

Поддержка

`F` - Приводное усилие
физический сигнал

`T` - Триггер внешнего отказа
физический сигнал

`S` - Вращение вала барабана
вращательный механический

`H` - Тепловой поток
тепловой

`Drum radius` - Радиус контактной поверхности
`150` `mm` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Actuator location radius` - Расстояние по центру между барабаном и силовой линией действия
`100mm` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Pin location radius` - Расстояние между осью шарнира и барабаном
`125mm` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Pin location angle` - Угловое расстояние от шарнира до оси симметрии тормоза
`15deg` (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

`Shoe beginning angle` - Угол между контактом и материалом трения
`5deg` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Shoe span angle` - Угол трения материала
`120deg` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

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

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

`Contact friction coefficient` - Трение Кулона
`0.3` (по умолчанию) | `[0.1, 0.05, 0.03]`(по умолчанию тепловая модель) | положительная скалярная величина или вектор

`Angular velocity threshold` - Скорость вращения, необходимая для близкого к установившемуся контакту трения
`0.01` `rad/s` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

`Belt force when faulted` - Установите неисправную силу ремня
`0 N` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`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 срабатывания неисправности
`5 s` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

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

`Thermal mass` - Сопротивление изменению температуры
`50` `kJ/K` (по умолчанию) | скаляром

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®