CN108443374A - 一种智能型制动器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能型制动器及其控制方法，其中智能型制动器包括壳体、电机，电机通过传动机构与弹簧座传动相连，弹簧座设于壳体内，壳体内还设有一端与弹簧座固连的制动弹簧，制动弹簧的另一端与壳体固连，弹簧座通过制动臂机构与制动闸瓦传动相连，还包括控制器、与电机同轴相连的编码器，控制器包括驱动模块、CPU模块，CPU模块通过驱动模块与电机电连接，编码器与CPU模块电连接。本发明能够对制动闸瓦衬垫磨损量进行精确测量；自动调整制动闸瓦间隙；自动测量并自动调节制动力大小；自动调节制动延时时间；能够自动检测制动闸瓦衬垫热衰退情况；降低使用维护工作量，提高工作效率并预防安全事故。

Description

一种智能型制动器及其控制方法

技术领域

本发明属于制动器领域，特别涉及一种智能型制动器及其控制方法。

背景技术

制动器广泛的应用于港口、矿山、物流、运输、电厂等领域，其在上述领域起升机构、卷扬机构、矿井提升、行走机构、皮带运输等机构上得到广泛应用。随着设备自动化、智能化程度日益增强以及安全监管日趋严格，对制动器机构自动调整以及制动参数自动检测就显得格外重要。

当前制动器具有如下缺点：

1、现有制动器利用限位开关进行制动闸瓦衬垫磨损极限检测，不能对制动闸瓦衬垫磨损量进行精确测量。

2、现有制动器制动闸瓦打开间隙通常是通过人工调整机械结构来实现，不能对制动闸瓦打开间隙进行精确、自动调整。

3、现有制动器制动力大小不能自动测量。

4、现有制动器需要人工调节制动弹簧压缩量来调节制动力大小，无法自动调节制动力大小。

5、现有制动器只能通过人工手动调节阻尼阀来调节制动时间，调节麻烦且精度和一致性差，不能实现延时制动时间自动调节。

6、现有制动器不能对制动闸瓦衬垫热衰退进行自动检测和处理。

因此，对制动器进行改进以满足设备和安全监管要求就显得非常迫切。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种智能型制动器及其控制方法，能够对制动闸瓦衬垫磨损量进行精确测量；解决制动闸瓦间隙需要人工调整的麻烦；能够自动测量制动力大小并对制动力大小进行自动调节；自动调节制动延时时间；能够自动检测制动闸瓦衬垫热衰退情况；降低使用维护工作量，提高工作效率并预防安全事故。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种智能型制动器，包括壳体、电机、与电机同轴相连的电磁离合器，电机的输出端通过传动机构与弹簧座传动相连，弹簧座设于壳体内，壳体内还设有一端与弹簧座固连的制动弹簧，制动弹簧的另一端与壳体固连，弹簧座通过制动臂机构与制动闸瓦传动相连，其特征在于，还包括控制器、与电机同轴相连的编码器，控制器包括驱动模块、CPU模块，CPU模块通过驱动模块与电机电连接，编码器与CPU模块电连接；其中：编码器用于测量电机输出轴的角位移信号并将其送至CPU模块；CPU模块用于根据电机输出轴的角位移信号、传动机构传动比、制动臂机构杠杆比计算出制动闸瓦闭合位置，并将计算出的制动闸瓦闭合位置与制动闸瓦初始安装位置进行对比计算，得到制动闸瓦衬垫磨损度。

进一步地，还包括交互模块，交互模块与CPU模块电连接；所述CPU模块还用于根据传动机构传动比和制动臂机构杠杆比计算出制动闸瓦打开间隙值，并根据交互模块设置的打开间隙值控制制动闸瓦实际打开间隙值。

进一步地，还包括设于制动臂机构上的用于测量制动力大小的测力模块，测力模块的输出端与CPU模块电连接。

进一步地，所述CPU模块还用于根据交互模块设置的制动力大小计算出制动弹簧理论压缩量；当CPU模块根据编码器检测到的电机输出轴角位移信号、传动机构传动比、制动臂机构杠杆比计算出制动弹簧实际压缩量；CPU模块通过驱动模块控制电机工作直至制动弹簧实际压缩量等于制动弹簧理论压缩量。

进一步地，所述CPU模块还用于根据交互模块设置的延时制动时间调节电机的反转速度以控制制动闸瓦的延时制动时间。

进一步地，所述制动闸瓦上还设有用于测量制动闸瓦衬垫温度测温模块，所述测温模块的输出端与CPU模块电连接，CPU模块用于根据测温模块测得的温度值查找对应的制动闸瓦衬垫热衰退程度曲线，当检测到热衰退程度超过预设值时CPU模块控制交互模块报警。

作为一种优选方式，本发明还提供了一种所述智能型制动器的控制方法，利用编码器测量电机输出轴的角位移信号并将其送至CPU模块，CPU模块根据电机输出轴的角位移信号、传动机构传动比、制动臂机构杠杆比计算出制动闸瓦闭合位置，并将计算出的制动闸瓦闭合位置与制动闸瓦初始安装位置进行对比计算，得到制动闸瓦衬垫磨损度。

进一步地，所述CPU模块还用于根据传动机构传动比和制动臂机构杠杆比计算出制动闸瓦打开间隙值，并根据设置的打开间隙值控制制动闸瓦实际打开间隙值。

进一步地，所述CPU模块还根据设置的制动力大小计算出制动弹簧理论压缩量；CPU模块根据编码器检测到的电机输出轴角位移信号、传动机构传动比、制动臂机构杠杆比计算出制动弹簧实际压缩量；CPU模块通过驱动模块控制电机工作直至制动弹簧实际压缩量等于制动弹簧理论压缩量。

进一步地，所述CPU模块根据制动闸瓦衬垫的温度值查找对应的制动闸瓦衬垫热衰退程度曲线，当检测到热衰退程度超过预设值时报警。

与现有技术相比，本发明能够对制动闸瓦衬垫磨损量进行精确测量；解决制动闸瓦间隙需要人工调整的麻烦；能够自动测量制动力大小并对制动力大小进行自动调节；自动调节制动时间；能够自动检测制动闸瓦衬垫热衰退情况；降低使用维护工作量，提高工作效率并预防安全事故。

附图说明

图1为本发明实施例1结构示意图。

图2为本发明实施例2结构示意图。

图3为本发明实施例3结构示意图。

图4为本发明实施例4结构示意图。

图5为本发明电路结构示意图。

图6为制动器打开过程流程图。

图7为制动器快速制动过程流程图。

图8为制动器变力制动过程流程图。

图9为制动器延时制动过程流程图。

其中，1为推杆机构，101为壳体，102为减速机构，103为制动弹簧，104为滚珠丝杆，105为弹簧座，2为电机，3为编码器，4为电磁离合器，5为制动闸瓦，6为制动臂机构，7为测力模块，8为测温模块，9为控制器，901为驱动模块，902为CPU模块，10为交互模块，1001为显示模块，1002为IO模块，1003为通讯模块。

具体实施方式

如图1至图4为本发明智能型制动器（盘式制动器）四个实施例机械结构示意图，包括壳体101、电机2、与电机2同轴相连的电磁离合器4，电机2的输出端通过传动机构与弹簧座传动相连。在本实施例中，传动机构包括减速机构102和滚珠丝杆104。电机2的输出端通过减速机构102与滚珠丝杆104的一端传动相连，滚珠丝杆104的另一端与弹簧座105相连接。弹簧座105设于壳体101内，壳体101内还设有一端与弹簧座105固连的制动弹簧103，制动弹簧103的另一端与壳体101固连，弹簧座105通过制动臂机构6与制动闸瓦5传动相连，还包括控制器9、与电极同轴相连的编码器3，控制器9包括驱动模块901、CPU模块902，CPU模块902通过驱动模块901与电机2电连接，编码器3与CPU模块902电连接；其中：编码器3用于测量电机2输出轴的角位移信号并将其送至CPU模块902；CPU模块902用于根据电机2输出轴的角位移信号、减速机构102传动比、制动臂机构6杠杆比计算出制动闸瓦5闭合位置，并将计算出的制动闸瓦5闭合位置与制动闸瓦5初始安装位置进行对比计算，得到制动闸瓦5衬垫磨损度。

智能型制动器还包括交互模块10，交互模块10与CPU模块902电连接；所述CPU模块902还用于根据减速机构102传动比和制动臂机构6杠杆比计算出制动闸瓦5打开间隙值，并根据交互模块10设置的打开间隙值控制制动闸瓦5实际打开间隙值。

智能型制动器还包括设于制动臂机构6上的用于测量制动力大小的测力模块7，测力模块7的输出端与CPU模块902电连接。

所述CPU模块902还用于根据交互模块10设置的制动力大小计算出制动弹簧103理论压缩量；当CPU模块902根据编码器3检测到的电机2输出轴角位移信号、减速机构102传动比、制动臂机构6杠杆比计算出制动弹簧103实际压缩量；CPU模块902通过驱动模块901控制电机2工作，直至制动弹簧103实际压缩量等于制动弹簧103理论压缩量。

所述CPU模块902还用于根据交互模块10设置的延时制动时间调节电机2的反转速度以控制制动闸瓦5的延时制动时间。

所述制动闸瓦5上还设有用于测量制动闸瓦5衬垫温度测温模块8，所述测温模块8的输出端与CPU模块902电连接，CPU模块902用于根据测温模块8测得的温度值查找对应的制动闸瓦5衬垫热衰退程度曲线，当检测到热衰退程度超过预设值时CPU模块902控制交互模块10报警。

所述壳体101、减速机构102、制动弹簧103、滚珠丝杆104和弹簧座105组成推杆机构1。所述减速机构102、制动弹簧103、滚珠丝杆104和弹簧座105均安装在壳体101上。

所述电机2、编码器3和电磁离合器4均安装在推杆机构1上。

所述推杆机构1、测力模块7、测温模块8均安装在制动臂机构6上。

所述电机2、编码器3和电磁离合器4同轴安装在减速机构102输入轴上。所述滚珠丝杆104安装在减速机构102输出轴上。弹簧座105既用于安装制动弹簧103，又用作滚珠丝杆104螺母。

交互模块10包括显示模块1001、IO模块1002和通讯模块1003。

本发明智能型制动器控制方法，包括：利用编码器3测量电机2输出轴的角位移信号并将其送至CPU模块902，CPU模块902根据电机2输出轴的角位移信号、减速机构102传动比、制动臂机构6杠杆比计算出制动闸瓦5闭合位置，并将计算出的制动闸瓦5闭合位置与制动闸瓦5初始安装位置进行对比计算，得到制动闸瓦5衬垫磨损度。CPU模块902可以自动设置和记录制动器制动闸瓦5初始安装位置，并在制动器每次闭合位置测量时自动与初始位置进行对比计算；在制动闸瓦5衬垫磨损后会导致制动器闭合位置发生变化，致使制动器闭合行程增加，CPU模块902通过计算后可以自动测量出制动闸瓦5衬垫磨损情况，并与预先设置的界限值对比，并通过IO模块1002发出相应的警示和信号。

所述CPU模块902还用于根据减速机构102传动比和制动臂机构6杠杆比计算出制动闸瓦5打开间隙值，并根据设置的打开间隙值控制制动闸瓦5实际打开间隙值。

所述电机2为伺服电机2，控制器9得电后驱动模块901驱动伺服电机2进入励磁状态的同时控制电机2旋转，再通过减速机构102驱动滚珠丝杆104旋转，滚珠丝杆104驱动弹簧座105压缩制动弹簧103的同时通过制动臂机构6松开制动闸瓦5，解除制动并打开制动器。所述编码器3将伺服电机2输出轴旋转角度位移信号测量并传送至CPU模块902，CPU模块902根据减速机构102传动比和制动臂杠杆比，可计算出伺服电机2速度和制动臂打开位置信号以及制动闸瓦5打开间隙大小。所述盘式制动器到达设定打开位置时伺服电机2停止旋转并保持励磁状态，利用伺服电机2励磁特性克服制动弹簧103反作用力保持盘式制动器打开状态。所述盘式制动器打开状态保持时间超过5s时，驱动模块901控制电磁离合器4通电来维持盘式制动器打开状态，延时1s后结束伺服电机2励磁状态并完全停止工作，实现盘式制动器长时间保持打开工作状态。所述电磁离合器4断电或在电磁离合器4未通电停止伺服电机2并结束其励磁状态时，弹簧座105在制动弹簧103作用下带动制动臂迅速制动，实现盘式制动器常规制动过程。

所述CPU模块902通过编码器3测量伺服电机2输出轴旋转角度来计算出盘式制动器打开与闭合位置，以及测量出制动闸瓦5打开间隙。在需要调整制动闸瓦5打开间隙时仅需在显示模块1001上设置好间隙大小参数后，CPU模块902自动计算出制动臂打开行程；在盘式制动器打开时CPU模块902自动控制制动器打开位置，并通过编码器3实时测量和反馈制动器实际打开位置，形成一个闭环控制来自动调整制动闸瓦5打开间隙，实现制动闸瓦5打开间隙自动调整功能。

所述电磁离合器4为常开式，通电闭合、断电打开。

所述CPU模块902还根据设置的制动力大小计算出制动弹簧103理论压缩量；CPU模块902根据编码器3检测到的电机2输出轴角位移信号、减速机构102传动比、制动臂机构6杠杆比计算出制动弹簧103实际压缩量；CPU模块902通过驱动模块901控制电机2工作直至制动弹簧103实际压缩量等于制动弹簧103理论压缩量。

所述盘式制动器制动力是由制动弹簧103通过壳体101、弹簧座105、制动臂机构6和制动闸瓦5施加于制动盘两侧的压力来实现，改变制动弹簧103压缩位置就可以改变制动闸瓦5对制动盘的压力，也就可以调节制动器制动力大小。制动器需要调节制动力制动时，控制器9CPU模块902根据IO模块1002采集到的制动力命令值自动计算出制动弹簧103压缩位置和压力值，先将伺服电机2进入励磁状态，后切断电磁离合器4电源，再将伺服电机2反向旋转，编码器3测量到制动弹簧103到达计算位置时，伺服电机2停止反向旋转并保持励磁状态，实现制动器制动力自动调节功能。

所述盘式制动器的制动臂机构6上装有测力模块7，制动器制动时测力模块7自动测量、计算出制动力大小，控制器CPU模块902将测量的制动力与通过显示模块1001设定的额定值和界限值进行对比计算，通过IO模块1002发出相应的警示和信号。

所述控制器9CPU模块902在进行制动器制动力调节时，测力模块7对调节后的制动力进行测量并反馈到CPU模块902，CPU模块902采样反馈值后进行闭环控制，自动修正和补偿制动力，实现制动力精确调节功能。

所述盘式制动器在制动时，控制器9CPU模块902可以调节伺服电机2反转速度，自由调节制动器闭合速度，从而实现制动器延时制动时间自动控制功能。

所述CPU模块902根据制动闸瓦5衬垫的温度值查找对应的制动闸瓦5衬垫热衰退程度曲线，当检测到热衰退程度超过预设值时报警。

测温模块8用温度传感器PT100或热电偶。测温模块8安装在制动闸瓦5衬垫上，直接测量出制动闸瓦5衬垫温度，根据生产厂家提供的制动闸瓦5衬垫热衰退程度曲线实时判断出制动闸瓦5衬垫是否热衰退，根据衰退程度通过IO模块1002发出相应的警示和信号，实现制动闸瓦5衬垫温度测量、热衰退自动检测和处理功能。

所述通讯模块1003可将智能型盘式制动器各项参数及工作状态与报警等信号传送到上位机，便于上一级系统对制动器进行监控。

本发明制动器控制方法的主要流程如图6至图9所示。

本发明的智能型盘式制动器与现有盘式制动器相比，自动化和智能化方面有显明优势，除具备现有制动器各项功能外，还具有自动调整制动闸瓦5打开间隙，自动精确测量制动闸瓦5衬垫磨损量，自动测量制动力矩并自动调节制动力矩，自动调节制动时间，自动测量制动闸瓦5衬垫温度，根据温度自动计算闸瓦衬垫热衰退程度并进行相应处理；能够实现快速制动、变力制动和延时制动等方式的智能控制；还能够预防制动器失效所造成的安全隐患，确保设备安全运行，并极大减轻使用和维护工作量，还能以IO或通讯方式将智能制动器各种信号和状态传送到上一级系统。

具体实施例中，所述电机2还可为变频电机2，利用变频电机2有PG矢量控制模式的零速转矩功能，来实现变频电机2不旋转时输出额定转矩功能。

具体实施例中，所述电机2还可为有感和无感BLDC电机2，利用BLDC电机2预励磁和直流制动功能，来实现BLDC电机2不旋转时输出额定转矩功能。

本实施例中仅举例说明本发明在盘式制动器中的应用，本发明同样适用于鼓式制动器。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能型制动器，包括壳体（101）、电机（2），电机（2）的输出端通过传动机构与弹簧座（105）传动相连，弹簧座（105）设于壳体（101）内，壳体（101）内还设有一端与弹簧座（105）固连的制动弹簧（103），制动弹簧（103）的另一端与壳体（101）固连，弹簧座（105）通过制动臂机构（6）与制动闸瓦（5）传动相连，其特征在于，还包括控制器（9）、与电机同轴相连的编码器（3），控制器（9）包括驱动模块（901）、CPU模块（902），CPU模块（902）通过驱动模块（901）与电机（2）电连接，编码器（3）与CPU模块（902）电连接；其中：

编码器（3）用于测量电机（2）输出轴的角位移信号并将其送至CPU模块（902）；

CPU模块（902）用于根据电机（2）输出轴的角位移信号、传动机构传动比、制动臂机构（6）杠杆比计算出制动闸瓦（5）闭合位置，并将计算出的制动闸瓦（5）闭合位置与制动闸瓦（5）初始安装位置进行对比计算，得到制动闸瓦（5）衬垫磨损度。

2.如权利要求1所述的智能型制动器，其特征在于，还包括交互模块（10），交互模块（10）与CPU模块（902）电连接；所述CPU模块（902）还用于根据传动机构传动比和制动臂机构（6）杠杆比计算出制动闸瓦（5）打开间隙值，并根据交互模块（10）设置的打开间隙值控制制动闸瓦（5）实际打开间隙值。

3.如权利要求1所述的智能型制动器，其特征在于，还包括设于制动臂机构（6）上的用于测量制动力大小的测力模块（7），测力模块（7）的输出端与CPU模块（902）电连接。

4.如权利要求2所述的智能型制动器，其特征在于，所述CPU模块（902）还用于根据交互模块（10）设置的制动力大小计算出制动弹簧（103）理论压缩量；当CPU模块（902）根据编码器（3）检测到的电机（2）输出轴角位移信号、传动机构传动比、制动臂机构（6）杠杆比计算出制动弹簧（103）实际压缩量；CPU模块（902）通过驱动模块（901）控制电机（2）工作直至制动弹簧（103）实际压缩量等于制动弹簧（103）理论压缩量。

5.如权利要求2所述的智能型制动器，其特征在于，所述CPU模块（902）还用于根据交互模块（10）设置的延时制动时间调节电机（2）的反转速度以控制制动闸瓦（5）的延时制动时间。

6.如权利要求2所述的智能型制动器，其特征在于，所述制动闸瓦（5）上还设有用于测量制动闸瓦（5）衬垫温度测温模块（8），所述测温模块（8）的输出端与CPU模块（902）电连接，CPU模块（902）用于根据测温模块（8）测得的温度值查找对应的制动闸瓦（5）衬垫热衰退程度曲线，当检测到热衰退程度超过预设值时CPU模块（902）控制交互模块（10）报警。

7.一种如权利要求1至6任一项所述智能型制动器的控制方法，其特征在于，利用编码器（3）测量电机（2）输出轴的角位移信号并将其送至CPU模块（902），CPU模块（902）根据电机（2）输出轴的角位移信号、传动机构传动比、制动臂机构（6）杠杆比计算出制动闸瓦（5）闭合位置，并将计算出的制动闸瓦（5）闭合位置与制动闸瓦（5）初始安装位置进行对比计算，得到制动闸瓦（5）衬垫磨损度。

8.如权利要求7所述的智能型制动器控制方法，其特征在于，所述CPU模块（902）还用于根据传动机构传动比和制动臂机构（6）杠杆比计算出制动闸瓦（5）打开间隙值，并根据设置的打开间隙值控制制动闸瓦（5）实际打开间隙值。

9.如权利要求7所述的智能型制动器控制方法，其特征在于，所述CPU模块（902）还根据设置的制动力大小计算出制动弹簧（103）理论压缩量；CPU模块（902）根据编码器（3）检测到的电机（2）输出轴角位移信号、传动机构（102）传动比、制动臂机构（6）杠杆比计算出制动弹簧（103）实际压缩量；CPU模块（902）通过驱动模块（901）控制电机（2）工作，直至制动弹簧（103）实际压缩量等于制动弹簧（103）理论压缩量。

10.如权利要求7所述的智能型制动器控制方法，其特征在于，所述CPU模块（902）根据制动闸瓦（5）衬垫的温度值查找对应的制动闸瓦（5）衬垫热衰退程度曲线，当检测到热衰退程度超过预设值时报警。