CN105152064B

CN105152064B - 一种磁场调控摩擦的磁摩耦合提升机盘式制动器

Info

Publication number: CN105152064B
Application number: CN201510584071.5A
Authority: CN
Inventors: 鲍久圣; 刘金革; 葛世荣; 阴妍; 刘同冈; 马驰; 冯雪君; 刘阳; 纪洋洋
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2015-09-15
Filing date: 2015-09-15
Publication date: 2018-06-22
Anticipated expiration: 2035-09-15
Also published as: CN105152064A

Abstract

本发明公开一种磁场调控摩擦的磁摩耦合提升机盘式制动器，活塞嵌入到缸体内并与筒体固定在一起，液压端盖位于缸体外侧并与缸体连接，液压端盖上盖有端盖，缸体和液压端盖上均开有油路，碟形弹簧套在碟形弹簧导套上并与弹簧座固定，弹簧座通过挡圈固定在碟形弹簧导套上，碟形弹簧导套套在筒体内，由活塞压紧，背板与筒体相连，闸瓦与背板通过压板连接，励磁线圈缠绕在筒体上，油压下降的同时励磁线圈中通入较大的励磁电流，此时磁力制动与摩擦制动同时存在，两者耦合作用。既能综合利用摩擦和磁力两种制动方式的优点，又可利用磁场对摩擦的积极影响来改善和调控摩擦制动性能，可显著提高提升机制动效能与可靠性。

Description

一种磁场调控摩擦的磁摩耦合提升机盘式制动器

技术领域

本发明涉及一种磁场调控摩擦的磁摩耦合提升机盘式制动器，属于制动装置技术领域。

背景技术

目前，提升机制动装置主要采用盘式摩擦制动器，依靠闸瓦与制动盘之间的摩擦作用实现制动功能。但是，一旦制动副摩擦性能劣化，就会直接导致制动性能下降甚至制动失灵。近年来，随着矿井提升系统日益大型化的发展趋势，提升机制动器所承受的制动载荷越来越大、滑动速度越来越高，导致由于制动副摩擦失效而引发事故的现象屡见不鲜，给煤矿生产造成重大人财损失。然而，摩擦制动作为提升机的基础制动方式，其作用和地位是难以取代的。因此，鉴于摩擦制动的重要性和局限性，发展包含摩擦的多源复合制动无疑将是提高提升机制动效能与可靠性的有效途径。

相对于接触式的摩擦制动，另一种常见制动方式磁力制动属于非接触式，它利用导体切割磁场产生的电涡流效应实现制动，但由于不能停车定位，一般仅被用作辅助制动方式。相比较而言，摩擦制动对于低速运行机械的制动效果很好，但由于受摩擦材料自身性能限制，在高速制动时易发生热衰退导致摩擦失效；磁力制动只有在磁场被高速切割时才能产生很好的制动效果，低速制动时不能提供足够的制动力。因此，若能将两者结合在一起，则可取长补短，显著提高制动性能。但是，要想实现两种制动方式的有机集成，必须考虑磁场对摩擦的影响并加以利用，因为摩擦制动作为基础制动方式的地位是难以取代的。

近年来，针对汽车制动系统，有人也提出了集成电磁与摩擦的复合制动器结构，例如专利ZL201110083620.2，专利ZL201110183541.7和CN201510109880.0等，但他们仅仅是将两种制动方式简单叠加，由于缺乏导磁摩擦材料难以实现摩擦与磁力的紧密耦合，特别是没有考虑到利用磁场对摩擦的积极影响来进一步提升制动性能。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种磁场调控摩擦的磁摩耦合提升机盘式制动器及其耦合方法，不但可以利用摩擦和磁力两种制动方式的优点，而且可以利用磁场对摩擦的积极影响来改善摩擦制动性能，可显著提高提升机盘式制动器的制动效能与可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种磁场调控摩擦的磁摩耦合提升机盘式制动器，包括端盖、液压缸盖、缸体、活塞、制动器体、制动器架、制动盘、弹簧座、碟形弹簧、挡圈和筒体，活塞嵌入到缸体内并与筒体固定在一起，液压端盖位于缸体外侧并与缸体连接，液压端盖上盖有端盖，缸体和液压端盖上均开有油路，碟形弹簧套在碟形弹簧导套上并固定在弹簧座上，弹簧座通过挡圈固定在碟形弹簧导套上，碟形弹簧导套套在筒体内，由活塞压紧，还包括背板、压板、闸瓦和励磁线圈，背板与筒体相连，闸瓦与背板通过压板连接，励磁线圈缠绕在筒体上。

进一步的，所述的筒体为阶梯型的结构，励磁线圈缠绕在筒体阶梯槽中。

进一步的，所述的筒体由套筒、平垫片、连接螺柱和柱体组成，为优化磁路，套筒采用导磁性的铁磁性材料，平垫片、六角螺柱和柱体为非导磁性材料。

进一步的，所述的背板、制动器体、制动器架和制动盘是具有导磁性的铁磁性材料，闸瓦为导磁性复合摩擦材料。

进一步的，所述的背板通过埋头螺钉与筒体相连。

进一步的，所述的活塞与缸体之间通过Y型密封圈、外露骨架有副唇FW密封圈密封。

进一步的，所述的液压端盖与缸体之间通过O型密封圈密封。

进一步的，在闸瓦里预埋压力传感器、温度传感器和霍尔传感器，压力传感器、温度传感器、霍尔传感器和与制动盘主轴相连的转矩转速传感器与计算机和PLC连接，传感器将测量的盘式制动器的制动工况数据传输给计算接和PLC，励磁线圈与直流可调稳压电源连接，计算机和PLC与直流可调稳压电源连接。

与现有技术相比，本发明本着磁路优化的思想，融合了提升机盘式制动器和励磁机构，磁摩耦合制动时，磁力线在制动盘及制动盘两侧的闸瓦、背板、筒体的套筒，制动器体和制动器架形成闭合回路，使闸瓦和制动盘之间的摩擦在磁场调控下进行，既能综合利用摩擦和磁力两种制动方式的优点，又可利用磁场对摩擦的积极影响来改善和调控摩擦制动性能，可显著提高提升机制动效能与可靠性。在闸瓦内预埋有压力传感器、温度传感器和霍尔传感器，压力传感器能精确检测正压力，温度传感器能精确测量闸瓦温度，霍尔传感器能精确测量磁感应强度，与制动盘主轴相连的转速传感器能准确测量制动盘的转矩和转速，计算机和PLC能根据各传感器测得参数分析制动工况，结合磁感应强度闭环反馈调整提升机盘式制动器的摩擦磨损状态。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明筒体结构示意图；

图3为本发明磁力线回路图；

图4为本发明控制系统示意图；

图中： 1、制动器体，2、Y型密封圈，3、外露骨架有副唇FW密封圈，4、弹簧座，5、挡圈， 6、碟形弹簧导套，7、闸瓦，8、背板，9、埋头螺钉，10、碟形弹簧， 11、压力传感器，12、温度传感器，13、霍尔传感器，14、励磁线圈，15、压板，16、筒体，17、六角头螺柱，18、卡套式油管接头，19、调整螺母，20、O型密封圈，21、活塞，22、端盖，23、液压端盖，24、缸体，25、制动器架，26、制动盘，16-1、套筒，16-2、平垫片，16-3，连接螺柱，16-4、柱体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本磁场调控摩擦的磁摩耦合提升机盘式制动器，包括端盖22、液压缸盖23、缸体24、活塞21、制动器体1、制动器架25、制动盘26、弹簧座4、碟形弹簧10、挡圈5和筒体16，活塞21嵌入到缸体24内并通过六角头螺柱17与筒体16固定在一起，液压端盖23位于缸体24外侧并与缸体24之间用螺栓连接，液压端盖23上盖有端盖22，缸体24和液压端盖23上均开有油路，通过卡套式油管接头18与液压泵或油箱连接，碟形弹簧10套在碟形弹簧导套6上并与弹簧座4固定，弹簧座4通过挡圈5固定在碟形弹簧导套6上，碟形弹簧导套6套在筒体16内，由活塞21压紧，通过调整螺母19可以调整碟形弹簧10的压缩恢复张力，制动器体1通过连接螺栓将整套制动器固定在制动器架25上，还包括背板8、压板15、闸瓦7和励磁线圈14，背板8通过埋头螺钉9与筒体16相连，闸瓦7与背板8通过压板15连接，励磁线圈14缠绕在筒体16上；为了使得本发明的结构更加合理，如图2所示，筒体16为阶梯型的结构，由套筒16-1、平垫片16-2、连接螺柱16-3和柱体16-4组成，励磁线圈14缠绕在筒体16阶梯槽中，为优化磁路，背板8、套筒16-1、制动器体1、制动器架25和制动盘26采用具有导磁性的铁磁性材料，平垫片16-2、六角螺柱16-3和柱体16-4材质为非导磁性材料，闸瓦7材质为导磁性复合摩擦材料，活塞21与缸体24之间通过Y型密封圈2、外露骨架有副唇FW密封圈3密封，液压端盖23与缸体24之间通过O型密封圈20密封，密封性能比较好。

本发明的盘式制动器对称分布在制动盘26的两侧，提升机正常运行时，油路中通入压力油，碟形弹簧10处于压紧状态，闸瓦7与制动盘26分离，形成松闸；需要摩擦制动时，使油压下降，在碟形弹簧力的作用下，使活塞21通过六角头螺柱17推动筒体16、背板8和闸瓦7向左运动，实现摩擦制动；如图3所示，制动盘26两侧的励磁线圈14通入同方向的励磁电流则产生磁场，由于闸瓦7具有良好的导磁性，磁力线在制动盘26及制动盘26两侧的闸瓦7、背板8、筒体16的套筒16-1、制动器体1和制动器架25形成闭合回路，而平垫片16-2、连接螺柱16-3和柱体16-4是不导磁的，减少了磁力线的泄露，制动盘26在磁场中旋转，切割磁力线产生电涡流制动，实现磁场制动；当摩擦制动和磁场制动同时存在时，盘式制动器的制动性能不仅仅是二者的叠加，磁场的存在会对摩擦产生有益的影响，稳定摩擦和减小磨损，反过来摩擦也会影响磁场的大小，实现摩擦制动和磁场制动的耦合，显著提高摩擦制动器的制动效能和可靠性。

为了提高本发明的自动化性能，控制励磁线圈14参数来改变磁感应强度，进而控制提升机盘式制动器的摩擦磨损状态，如图4所示，在闸瓦7里预埋压力传感器11、温度传感器12和霍尔传感器13，压力传感器11、温度传感器12、霍尔传感器13和与制动盘主轴相连的转矩转速传感器与计算机和PLC连接，传感器将测量的盘式制动器的制动工况数据传输给计算接和PLC，励磁线圈14与直流可调稳压电源连接，计算机和PLC与直流可调稳压电源连接；

压力传感器11能准确检测闸瓦7的正压力，预埋在闸瓦7中的温度传感器12可以准确检测制动盘表面的温度，与制动盘主轴相连的转矩转速传感器可以准确检测制动过程制动盘的转矩和转速；上述四种传感器通过信号线与计算机和PLC连接，将采集的工况参数（正压力、转矩、转速和温度）数据经过滤波器、功率放大器和A/D转换器转换处理后传入计算机和PLC中，计算机和PLC将数据进行计算处理可得出摩擦因数和温度的变化曲线，并显示在计算的显示屏上，同时计算机根据摩擦状态调控直流可调稳压电源给励磁线圈14供电，不同大小的励磁电流产生不同大小的磁场，可以调节盘式制动器闸瓦7的制动性能和磁力制动的大小，实现磁力制动和摩擦制动的耦合；磁场的大小由预埋在闸瓦7中的霍尔传感器13进行测量，能够实现磁路的闭环反馈控制功能，霍尔传感器13检测的数据同样经过滤波器、功率放大器和A/D转换器转换处理后反馈到计算机和PLC中，可精确调节可调直流稳压电源的输出电压，进而调控励磁线圈14中的励磁电流的大小。在正常的制动工况下，油压下降的同时励磁线圈14中通入较小的励磁电流，此时在磁场调控下进行摩擦制动；在紧急制动工况下，油压下降的同时励磁线圈14中通入较大的励磁电流，此时磁力制动与摩擦制动同时存在，两者耦合作用。

Claims

1.一种磁场调控摩擦的磁摩耦合提升机盘式制动器，包括端盖（22）、液压缸盖（23）、缸体（24）、活塞（21）、制动器体（1）、制动器架（25）、制动盘（26）、弹簧座（4）、碟形弹簧（10）、挡圈（5）和筒体（16），

活塞（21）嵌入到缸体（24）内并与筒体（16）固定在一起，液压端盖（23）位于缸体（24）外侧并与缸体（24）连接，液压端盖（23）上盖有端盖（22），缸体（24）和液压端盖（23）上均开有油路，碟形弹簧（10）套在碟形弹簧导套（6）上并与弹簧座（4）固定，弹簧座（4）通过挡圈（5）固定在碟形弹簧导套（6）上，碟形弹簧导套（6）套在筒体（16）内，由活塞（21）压紧，其特征在于，还包括背板（8）、压板（15）、闸瓦（7）和励磁线圈（14），背板（8）与筒体（16）相连，闸瓦（7）与背板（8）通过压板（15）连接，励磁线圈（14）缠绕在筒体（16）上。

2.根据权利要求1所述的一种磁场调控摩擦的磁摩耦合提升机盘式制动器，其特征在于，所述的筒体（16）为阶梯型的结构，励磁线圈（14）缠绕在筒体（16）阶梯槽中。

3.根据权利要求1所述的一种磁场调控摩擦的磁摩耦合提升机盘式制动器，其特征在于，所述的筒体（16）由套筒（16-1）、平垫片（16-2）、连接螺柱（16-3）和柱体（16-4）组成，套筒（16-1）材质为导磁性的铁磁性材料，平垫片（16-2）、六角螺柱（16-3）和柱体（16-4）材质为非导磁性材料。

4.根据权利要求1所述的一种磁场调控摩擦的磁摩耦合提升机盘式制动器，其特征在于，所述的背板（8）、制动器体（1）、制动器架（25）和制动盘（26）材质为具有导磁性的铁磁性材料；闸瓦（7）材质为导磁性复合摩擦材料。

5.根据权利要求1所述的一种磁场调控摩擦的磁摩耦合提升机盘式制动器，其特征在于，所述的背板（8）通过埋头螺钉（9）与筒体（16）相连。

6.根据权利要求1所述的一种磁场调控摩擦的磁摩耦合提升机盘式制动器，其特征在于，所述的活塞（21）与缸体（24）之间通过Y型密封圈（2）、外露骨架有副唇FW密封圈（3）密封。

7.根据权利要求1所述的一种磁场调控摩擦的磁摩耦合提升机盘式制动器，其特征在于，所述的液压端盖（23）与缸体（24）之间通过O型密封圈（20）密封。

8.根据权利要求1所述的一种磁场调控摩擦的磁摩耦合提升机盘式制动器，其特征在于，在闸瓦（7）里预埋压力传感器（11）、温度传感器（12）和霍尔传感器（13），压力传感器（11）、温度传感器（12）、霍尔传感器（13）和与制动盘主轴相连的转矩转速传感器与计算机和PLC连接，传感器将测量的盘式制动器的制动工况数据传输给计算机和PLC，励磁线圈（14）与直流可调稳压电源连接，计算机和PLC与直流可调稳压电源连接。