專利名稱：一種礦用提升機(jī)盤式制動器狀態(tài)監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是用于礦用提升機(jī)盤式制動器的正壓力、閘瓦間隙、閘瓦磨損、閘瓦溫 度以及盤式制動器制動失效時故障狀態(tài)的在線監(jiān)測。
背景技術(shù)：
盤式制動器是廣泛應(yīng)用于礦井提升機(jī)上的一種機(jī)械制動裝置，是提升機(jī)系統(tǒng)中調(diào) 節(jié)運行速度停車以及發(fā)生故障時緊急制動安全停車的重要部件。盤式制動器由碟形彈簧、 活塞、柱塞、襯板和閘瓦組成。利用壓縮碟形彈簧產(chǎn)生的彈簧壓力使閘瓦作用于制動盤對提 升機(jī)進(jìn)行制動，由液壓站提供壓力油進(jìn)行松間。制動器所提供最大制動力是由液壓站的最 大工作油壓、制動器中蝶形彈簧的預(yù)壓縮量和限制在2毫米以內(nèi)的閘瓦間隙共同決定。實 際運行中，因制動器出現(xiàn)故障(如碟形彈簧的疲勞失效或斷裂，缸體磨損，卡缸，銹蝕等) 造成制動失效，而導(dǎo)致提升系統(tǒng)制動失靈發(fā)生重大安全事故時有發(fā)生。所以對現(xiàn)有的盤式 制動器實際的制動能力進(jìn)行在線監(jiān)測是急需解決的問題之一。中國專利文獻(xiàn)93237335. 6公開的一種盤式制動器狀態(tài)監(jiān)測裝置，是由裝在油壓 管路上的油壓傳感器、裝在各制動器閘瓦中部的閘瓦監(jiān)測探頭、安全制動信號接點和狀態(tài) 監(jiān)測儀組成，當(dāng)制動器工作時，監(jiān)測儀根據(jù)對油壓信號和各間瓦貼間信號檢測，得出各制動 器的實際制動正壓力和系統(tǒng)總制動正壓力，根據(jù)安全制動斷電時間和各制動器的貼閘時間 檢測，得出各制動器在緊急制動時的空動時間大小。這種方法對制動器的工況監(jiān)測不夠全 面，無法監(jiān)測閘瓦間隙，閘瓦磨損，以及閘瓦實時的工作溫度(提升機(jī)下放材料時，閘瓦溫 度變化較大，對閘瓦摩擦性能影響較大)。在監(jiān)測閘瓦貼閘信號時，需要在閘瓦上鉆孔安裝 探頭，對現(xiàn)場影響較大。

實用新型內(nèi)容本實用新型是在不改變現(xiàn)有盤式制動器原有的結(jié)構(gòu)且不影響其正常工作的條件 下提出了一種新型的盤式制動器狀態(tài)監(jiān)測裝置，該裝置可對盤式制動器的工作狀況進(jìn)行全 面的監(jiān)測，包括實際制動正壓力，閘瓦間隙，閘瓦溫度，制動油壓進(jìn)行在線檢測和狀態(tài)監(jiān)測， 并予以顯示和報警。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取了如下技術(shù)方案。本裝置包括高精度油壓傳 感器、高精度位移傳感器、紅外溫度傳感器、分站采集系統(tǒng)監(jiān)測儀和總站數(shù)據(jù)存儲顯示系 統(tǒng)。油壓傳感器通過三通管裝在提升機(jī)制動系統(tǒng)液壓站的制動油壓管路中，它可接在液壓 站總油壓表管路上，也可由多個油壓傳感器分別裝在液壓站與各制動器相連的油管支路 上，對制動或松間過程中液壓站的工作油壓進(jìn)行監(jiān)測。位移傳感器安裝在制動器支架上，將 傳感器的探頭頂住閘瓦的襯板，使位移傳感器有一定的初始壓縮量，并保證閘瓦工作時的 最大位移量與初始壓縮量之和小于位移傳感器的量程，實時跟蹤閘瓦的移動。紅外溫度傳 感器安裝在閘瓦的襯板上，并將探頭對準(zhǔn)閘瓦與制動圓盤接觸處，實時監(jiān)測閘瓦溫度的變 化。[0006]所述分站采集系統(tǒng)監(jiān)測儀包括第一單片機(jī)、放大器、數(shù)碼管顯示模塊、第一無線傳 輸模塊、第一報警模塊和第一鍵盤，油壓傳感器、位移傳感器、紅外溫度傳感器經(jīng)過放大器 后與第一單片機(jī)相連，數(shù)碼管顯示模塊、第一無線傳輸芯片、第一報警模塊及第一鍵盤均與 單片機(jī)相連；所述總站數(shù)據(jù)存儲顯示系統(tǒng)包括第二單片機(jī)、第二無線傳輸模塊、存儲模塊、液晶 顯示模塊、USB模塊、第二報警模塊和第二鍵盤，第二單片機(jī)通過第二無線傳輸模塊接收分 站采集系統(tǒng)監(jiān)測儀中的油壓傳感器數(shù)據(jù)、位移傳感器數(shù)據(jù)和紅外溫度傳感器數(shù)據(jù)，再經(jīng)過 第二單片機(jī)運算處理后通過液晶顯示模塊顯示制動器的狀態(tài)參數(shù)值，USB模塊、存儲模塊、 第二報警模塊和第二鍵盤均與第二單片機(jī)相連。
本實用新型根據(jù)在制動過程中的油壓信號和各制動器閘瓦間隙值的變化，測出各 制動器的實際貼閘開閘的油壓值，得出各制動器制動時對制動盤產(chǎn)生的實際制動正壓力 值、閘瓦磨損、彈簧剛度系數(shù)和油缸阻力，以及制動系統(tǒng)總制動正壓力值。根據(jù)紅外溫度傳 感器測量制動器工作時閘瓦的溫度，決定閘瓦的摩擦系數(shù)。本實用新型具有傳感器安裝簡便，測量精度高，監(jiān)測參數(shù)全面，對原有的制動系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)和性能影響小的特點。根據(jù)實測結(jié)果，可對制動器閘瓦的磨損程度、碟形彈簧的疲勞失 效或斷裂以及各閘瓦之間的制動正壓力和同步程度等故障狀態(tài)做出及時的診斷和識別。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型分站采集系統(tǒng)監(jiān)測儀框圖；圖3為本實用新型總站數(shù)據(jù)存儲顯示系統(tǒng)框圖；圖4為本實用新型分站采集系統(tǒng)的電路原理圖；圖5為本實用新型總站數(shù)據(jù)存儲顯示系統(tǒng)的電路原理圖；圖中1、提升機(jī)滾筒制動圓盤，2、閘瓦，3、閘瓦襯板，4、柱塞，5、油缸，6、活塞，7、蝶 形彈簧，8、油路，9、液壓站，10、位移傳感器，11、紅外溫度傳感器，12、油壓傳感器，13、分站 采集系統(tǒng)監(jiān)測儀，14、無線天線，15、總站數(shù)據(jù)存儲顯示系統(tǒng)。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)描述如圖1所示，本監(jiān)測裝置安裝在由提升機(jī)滾筒制動圓盤1、若干對盤式制動器和液 壓站9構(gòu)成的制動系統(tǒng)中，包括油壓傳感器、位移傳感器、紅外溫度傳感器、分站采集系統(tǒng) 監(jiān)測儀和總站數(shù)據(jù)存儲顯示系統(tǒng)。將油壓傳感器12通過三通管安裝在液壓站的制動油壓 管8路上。位移傳感器10安裝在制動器支架上，將位移傳感器的探頭頂住間瓦的襯板3， 使位移傳感器10有一定的初始壓縮量，并保證間瓦工作時的最大位移量和初始壓縮量之 和小于位移傳感器的量程，實時跟蹤閘瓦的移動。紅外溫度傳感器11安裝在閘瓦的襯板3 上，并將探頭對準(zhǔn)閘瓦2與制動圓盤1的接觸處，實時監(jiān)測閘瓦溫度的變化。紅外溫度傳感 器信號都經(jīng)過引線送入分站采集系統(tǒng)監(jiān)測儀13的衰減電路。油壓傳感器12是采用電阻應(yīng) 變式壓力傳感器，測量范圍為0-7MPa，供電電壓為5V，輸出電壓信號范圍為1-5V。位移傳感 器10為差動變壓型，通過一次線圈與二次線圈弱電磁藕合，位移變化量與輸出電壓變化量呈精密線性關(guān)系，把機(jī)械變化量轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電信號。供電為9V，測量范圍為0-10mm，，輸出 電壓信號問為0-5V。紅外溫度傳感器11基于塞貝克效應(yīng)(溫差電勢效應(yīng))輸出一個與溫 度成比例的電壓信號。供電為5V，測量范圍為-30° -1000°，輸出電壓信號為0-5V。當(dāng)制 動器工作時，分站采集系統(tǒng)獲取液壓站油壓值、閘瓦位移值和溫度值，并通過無線模塊將采 集到的數(shù)據(jù)實時傳輸給總站數(shù)據(jù)存儲顯示系統(tǒng)，并由總站系統(tǒng)內(nèi)部程序計算出實際制動正 壓力、閘瓦磨損、彈簧剛度系數(shù)和油缸阻力，并存儲和顯示，為制動器的工作狀態(tài)和故障預(yù) 測提供可靠的依據(jù)。如圖2所示，分站采集系統(tǒng)監(jiān)測儀包括第一單片機(jī)、放大器、數(shù)碼管顯示模塊、第 一無線傳輸模塊、第一報警模塊和第一鍵盤，油壓傳感器、位移傳感器、紅外溫度傳感器經(jīng) 過放大器后與單片機(jī)相連，數(shù)碼管顯示模塊、無線傳輸芯片、報警模塊及鍵盤均與單片機(jī)相 連。本實施例分站采集系統(tǒng)監(jiān)測儀中的單片機(jī)選用的是C8051F020，AD轉(zhuǎn) 換參考電壓芯片 選用的是AD780、放大器選用的是LM2902、數(shù)碼管顯示模塊控制芯片的是MAX7219、無線傳 輸模塊選用的是nRF24L01，實現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、傳輸、顯示和報警。油壓傳感器12、位 移傳感器10和紅外溫度傳感器11輸出的信號經(jīng)過低噪聲、高增益放大器LM2902衰減一半 后，送入C8051F020的模數(shù)轉(zhuǎn)化口 Pl. 0 Pl. 7,MAX7219由C8051F020單片機(jī)控制，決定著 數(shù)碼管的顯示方式以及顯示內(nèi)容。采集到的數(shù)據(jù)通過HRF24L01芯片傳送到總站數(shù)據(jù)存儲 顯示系統(tǒng)中，分站采集系統(tǒng)中的L2902放大器的放大倍數(shù)為0. 5，分站采集系統(tǒng)的報警口接 P2. 6。C8051F020單片機(jī)的P2. 0，Ρ2· 3 Ρ2· 5控制著四個功能鍵設(shè)置鍵、向上鍵、向下鍵 和確定鍵，用于設(shè)置內(nèi)部參數(shù)。如圖3所示，總站數(shù)據(jù)存儲顯示系統(tǒng)包括第二單片機(jī)、第二無線傳輸模塊、液晶顯 示模塊、存儲模塊、USB模塊、第二報警模塊和第二鍵盤，第二單片機(jī)通過第二無線傳輸模塊 接收分站采集系統(tǒng)監(jiān)測儀中的油壓傳感器數(shù)據(jù)、位移傳感器數(shù)據(jù)和紅外溫度傳感器數(shù)據(jù)， 經(jīng)過第二單片機(jī)運算處理后通過液晶顯示模塊顯示制動器的狀態(tài)參數(shù)值，存儲模塊、USB模 塊、第二報警模塊和第二鍵盤均與第二單片機(jī)相連。本實施例中總站數(shù)據(jù)存儲顯示系統(tǒng)中 的單片機(jī)選用的是C8051F020、存儲模塊選用Μ25Ρ16、USB模塊選用CH375、無線傳輸芯片 選用的是nRF24L01、液晶顯示模塊選用的是SG240128SYD，實現(xiàn)對采集得到數(shù)據(jù)的接收、存 儲、計算、顯示和報警。C8051F020單片機(jī)通過nRF24L01模塊接收到數(shù)據(jù)，存入M25P16中，并 控制SG240128SYD液晶顯示模塊輪流顯示各個閘瓦的工作狀態(tài)參數(shù)。并由USB芯片CH375 與上位機(jī)進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換，總站數(shù)據(jù)存儲顯示系統(tǒng)報警口接P3. O。C8051F020單片機(jī) 的P3. 6，P2. 4 P2. 6控制著四個功能鍵設(shè)置鍵、向上鍵、向下鍵和確定鍵，用于設(shè)置內(nèi)部 參數(shù)。如圖4和圖5所示，油壓傳感器12、位移傳感器10和紅外溫度傳感器11輸出的 0-5V信號經(jīng)過低噪聲衰減電路衰減一半后，送入分站采集系統(tǒng)監(jiān)測儀中的C8051F020單片 機(jī)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換口 Pl，C8051F020將轉(zhuǎn)換結(jié)果送入MAX7219芯片內(nèi)部，由MAX7219控制數(shù) 碼管顯示。然后送入riRF24L01無線傳輸芯片將采集的結(jié)果送入總站數(shù)據(jù)儲存顯示系統(tǒng)?？?站數(shù)據(jù)儲存顯示系統(tǒng)通過nRF24L01無線傳輸芯片接收到數(shù)據(jù)后立即存入M25P16存儲模塊 中，并通過液晶顯示模塊SG240128SYD顯示。并通過USB芯片CH375與外圍的設(shè)備交換數(shù) 據(jù)。在總站數(shù)據(jù)存儲顯示系統(tǒng)的軟件操作中，將得到的油壓值和閘瓦間隙值相配合，得到制 動閘的貼閘油壓Pt、開閘油壓Pk和閘瓦松閘后間隙達(dá)到最大時的油壓Pmax。Pt為閘瓦抱閘時液壓的瞬時油壓值，Pk為閘瓦開閘時液壓站的瞬時油壓。Pmax為液壓站的最大工作油 壓。經(jīng)過公式N = Pt*S運算處理(S為已知的制動油缸有效作用面積)，得出制動正壓力 Ni。在監(jiān)測總站計算出制動系統(tǒng)總制動正壓力Ν = Σ Ni，并顯示存儲相應(yīng)的測量值，包括各 制動器實際的貼閘油壓值、開閘油壓和最大工作油壓，實時的閘瓦間隙，閘瓦磨損，閘瓦工 作溫度，制動器的實際制動正壓力，制動系統(tǒng)總制動正壓力，油缸阻力，彈簧剛度系數(shù)。根據(jù) 上述實測結(jié)果，可以對彈簧的疲勞失效或斷裂以 及各閘瓦之間的制動正壓力和貼閘同步程 度等故障作出及時的診斷和預(yù)測，并由單片機(jī)輸出報警。
權(quán)利要求1. 一種礦用提升機(jī)盤式制動器狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征在于包括油壓傳感器、位移傳 感器、紅外溫度傳感器、分站采集系統(tǒng)監(jiān)測儀和總站數(shù)據(jù)存儲顯示系統(tǒng)；其中油壓傳感器 安裝在提升機(jī)制動系統(tǒng)液壓站的制動油壓管路中；位移傳感器安裝在制動器支架上并將其 探頭頂住閘瓦的襯板，且保證閘瓦工作時的最大位移量與位移傳感器初始壓縮量之和小于 位移傳感器的量程；紅外溫度傳感器安裝在閘瓦的襯板上，并將其探頭對準(zhǔn)閘瓦與制動圓 盤接觸處；所述分站采集系統(tǒng)監(jiān)測儀包括第一單片機(jī)、放大器、數(shù)碼管顯示模塊、第一無線傳輸模 塊、第一報警模塊和第一鍵盤，油壓傳感器、位移傳感器、紅外溫度傳感器均通過放大器與 單片機(jī)相連，數(shù)碼管顯示模塊、無線傳輸芯片、第一報警模塊及第一鍵盤均與第一單片機(jī)相 連；所述總站數(shù)據(jù)存儲顯示系統(tǒng)包括第二單片機(jī)、第二無線傳輸模塊、存儲模塊、液晶顯示 模塊、USB模塊、第二報警模塊和第二鍵盤，第二單片機(jī)通過第二無線傳輸模塊接收分站采 集系統(tǒng)監(jiān)測儀中的油壓傳感器數(shù)據(jù)、位移傳感器數(shù)據(jù)和紅外溫度傳感器數(shù)據(jù)，再經(jīng)過第二 單片機(jī)內(nèi)部運算處理后通過液晶顯示模塊顯示制動器的狀態(tài)參數(shù)值，USB模塊、存儲模塊、 第二報警模塊和第二鍵盤均與第二單片機(jī)相連。
專利摘要本實用新型是一種礦用提升機(jī)盤式制動器狀態(tài)監(jiān)測裝置，用于礦用提升機(jī)盤式制動器的正壓力、閘瓦間隙、閘瓦溫度以及盤式制動器制動失效時故障狀態(tài)的在線監(jiān)測。本裝置包括油壓傳感器、位移傳感器、紅外溫度傳感器、分站采集系統(tǒng)監(jiān)測儀和總站數(shù)據(jù)存儲顯示系統(tǒng)。油壓傳感器、位移傳感器和紅外溫度傳感器均與分站采集系統(tǒng)檢測儀相連，分站采集系統(tǒng)監(jiān)測儀通過無線傳輸模塊與總站數(shù)據(jù)存儲顯示系統(tǒng)進(jìn)行通訊。本實用新型具有傳感器安裝簡便，測量精度高，監(jiān)測參數(shù)全面，對原有的制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和性能影響小的特點。根據(jù)實測結(jié)果，可對制動器閘瓦的磨損程度、碟形彈簧的疲勞失效或斷裂以及各閘瓦之間的制動正壓力和同步程度等故障狀態(tài)做出及時的診斷和識別。
文檔編號B66B19/06GK201834649SQ20102055584
公開日2011年5月18日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者付勝, 肖克 申請人:北京工業(yè)大學(xué)