CN109058333B - 一种实时监测碟簧力的盘式制动器及监测方法 - Google Patents

Abstract

一种实时监测碟簧力的碟簧传感器及方法，包括制动盘、闸瓦组件、碟簧、碟簧座、碟簧卡环和液压缸，在碟簧座和碟簧之间设有碟簧传感器，碟簧传感器的外型尺寸与碟簧相同，具有碟簧受力以及传感器监测的双重作用，碟簧传感器的端面上均开有环形凹槽，凹槽内成对排列的多个应变片，成对排列的应变片相对且呈偏角α分别紧贴在环形槽内外径上，碟簧传感器的径向开有引出多个应变片导线的排线孔。利用现有的矿井提升机盘式制动器结构的有限空间，不需改变现有制动器原有性能参数和其它零件的结构尺寸，安装碟簧传感器即可直接监测碟簧力，从而监测碟簧疲劳，大大提高了提升机盘式制动器的可靠性。其结构简单，安装维修方便，测量精度高。

Description

一种实时监测碟簧力的盘式制动器及监测方法

技术领域

本发明涉及一种传感器，尤其是一种适用于实现在线监测碟簧疲劳的监测碟簧力的碟簧传感器及方法。

背景技术

矿井提升系统安全、可靠运行将会对国家经济发展以及人民生活水平有积极的意义。煤矿安全事故的引发包括人、提升机、环境等多方面的因素，其中盘式制动器正压力不足是一个比较典型的原因。在煤矿安全生产中，盘式制动器制动的正压力不足是导致提升运输问题的主要原因之一。

盘式制动器是提升机设备上的重要的制动单元，对提升机制动动作非常重要。盘形制动器是由蝶形弹簧产生制动力，靠油压松闸。当液压油进入液压单元时，液压力推动活塞，带动筒体，闸瓦移动，压缩蝶形弹簧，闸瓦离开制动盘，呈松闸状态。当液压单元泄压时，蝶形弹簧回到原始压缩变形状态，筒体、闸瓦在弹簧力作用下压向制动盘产生制动力，实现了提升机制动的目的。从制动器动作过程看，蝶簧是实现制动最关键的零件之一。在煤矿安全规程中，若发现碟簧疲劳和磨损应立即更换，一般碟簧检查为半年检修、一年大修。在碟簧制动过程中，若碟簧片疲劳会导致制动正压力减小，使制动时间长，制动时滑行距离长、制动力矩小等问题，无法实现及时制动；若碟簧片断裂会使闸瓦组件在液压缸中卡死不能松闸，不能及时发现导致闸瓦严重磨损，以及导致提升机滚筒轴向移动，影响提升机制动性能和提升性能。由此可见碟簧的疲劳、磨损或断裂都会给生产带来极大的人员和财产损害。若能够实现直接在线监测碟簧力可及时发现碟簧片疲劳和断裂。现在技术中均是监测制动正压力来监测制动安全，但是盘式制动器的正压力监测与盘式制动器的实际制动正压力存有很大误差，无法实现准确监测制动正压力。从而可以考虑监测碟簧疲劳来达到监测制动安全的问题。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术的不足之处，提供一种结构简单、能够实现在线监测碟簧疲劳的蝶簧传感器。

技术方案：本发明的一种监测碟簧力的盘式制动器，包括制动盘、闸瓦组件、碟簧、碟簧座、碟簧卡环和液压缸，在所述碟簧座和碟簧之间设有碟簧传感器，所述碟簧传感器的外型尺寸与碟簧相同，碟簧传感器的两侧相对的端面上均开有环形凹槽，面向碟簧座一侧端面的凹槽内成对排列的多个应变片，成对排列的应变片相对且呈偏角α分别紧贴在环形槽内外径上，碟簧传感器的径向开有引出多个应变片导线的排线孔。

所述成对排列的多个应变片个数为6-10片。

所述成对排列的应变片之间的偏角α为5-10°。

一种利用上述监测碟簧力的盘式制动器的监测方法：当制动器工作时，碟簧力作用在碟簧传感器上，碟簧传感器受压后应变片电阻发生变化，电桥将失去平衡，给电桥加一个恒定电流或电压电源，电桥将输出与压力对应的电压信号，碟簧传感器的电阻变化通过电桥转换成压力信号输出，通过电桥检测出电阻值的变化，经过放大电路放大后，再经过电压电流转换器，变换成相应的电流信号，该电流信号通过非线性校正环路的补偿，即产生标准输出信号；利用数据采集装置连接碟簧传感器从排线孔引出的与多个应变相连的导线，采集碟簧传感器的数据并发送至上位机，供工作人员观察监测，从而实现在线监测碟簧疲劳状况；当在一个碟簧力监测周期内，即制动器完成一个制动、松闸动作，若监测到碟簧力数值小于碟簧使用初始值一个周期内碟簧力的90％时，监测设备发出警告，提示工作人员需要对碟簧进行检修与维护。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明通过在无碟簧座和油缸后盖的碟簧传感器，利用现有的矿井提升机盘式制动器结构的有限空间，在碟簧座与碟簧之间用由一片定制的与原有盘式制动器内碟簧外形尺寸相同且在内部贴有成对排列的多个应变片构成的碟簧传感器替换原有的靠近碟簧座的那片碟簧，碟簧传感器与原有碟簧安装尺寸相同，便于现场直接更换，不需改变现有制动器原有性能参数和其它零件的结构尺寸，具有碟簧受力以及传感器监测的双重作用，碟簧传感器能够直接在测碟簧力，从而监测碟簧疲劳，大大提高了提升机盘式制动器的可靠性。由于可在线直接监测碟簧力，因此可判断碟簧疲劳和断裂情况，确保施加制动正压力的碟簧完好，其结构简单，安装维修方便，测量精度高，具有广泛的实用性。

附图说明

图1为本发明的结构图。

图2为本发明的碟簧传感器主视结构图；

图3为本发明的碟簧传感器左视结构图。

图中：1—制动盘；2—闸瓦组件；3—碟簧；4—碟簧座；5—碟簧卡环；6—液压缸；7—碟簧传感器，7—1—应变片，7-2—排线孔，α—成对排列应变片之间的夹角，P—碟簧制动正压力，P′—碟簧座支反力。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：

如图1所示，本发明的监测碟簧力的盘式制动器，主要由制动盘1、闸瓦组件2、碟簧3、碟簧座4、碟簧卡环5和液压缸6构成，在所述碟簧座4和碟簧3之间设有碟簧传感器7，所述碟簧传感器7的外型尺寸与碟簧3相同，如图2图3所示，碟簧传感器7的两侧相对的端面上均开有环形凹槽，面向碟簧座4一侧端面的凹槽内成对排列的多个应变片7-1，所述成对排列的多个应变片7-1个数为6-10片，根据实际情况确定，图2中所示的a、b、c表示大中小环的宽度，开设的凹槽比碟簧环厚度稍小，宽度为5-8mm。附图实例中的应变片为8片。成对排列的应变片相对且呈偏角α分别紧贴在环形槽内外径上，成对排列的应变片之间的偏角α为5-10°。所述的碟簧传感器7从结构上看是一个薄厚不等的圆环应变梁，按厚度和受力不同分成三环，小环c支撑在碟簧3的小径上，大环a支撑在碟簧座4上，小环c较厚承受碟簧3产生的制动正压力P，大环C也较厚承受碟簧座4的支反力P′,中间环b较薄，中间环b在制动正压力P与支反力P′的作用下产生应变。所述碟簧传感器7的径向开有引出多个应变片导线的排线孔7-2，在大环a上开有与安装应变片环形凹槽相同的排线孔7-2。

本发明的监测碟簧力的盘式制动器监测方法：将碟簧传感器7靠碟簧座4一侧设置一圈环形凹槽，凹槽底部成对排列的八个应变片7-1，以偏角α为5-10°分别紧贴在环形槽内外径上，应变片7-1上受径向弯曲和轴向剪切的复合应力，复合应变值与所受力P和P′成正比，这样可达到即使中间环b的宽度较小,测量精度也较高，并由排线孔7-2引出导线，由此得出碟簧力数值。

当盘式制动器不工作时，传感器上的应变片没有外加压力作用，电桥处于平衡状态，称为零位；

当制动器工作时，碟簧力作用在碟簧传感器7上，碟簧传感器7受压后应变片电阻发生变化，电桥将失去平衡，给电桥加一个恒定电流或电压电源，电桥将输出与压力对应的电压信号，碟簧传感器7的电阻变化通过电桥转换成压力信号输出，通过电桥检测出电阻值的变化，经过放大电路放大后，再经过电压电流转换器，变换成相应的电流信号，该电流信号通过非线性校正环路的补偿，即产生了输入电压成线性对应关系的4～20mA的标准输出信号；利用数据采集装置连接碟簧传感器从排线孔7-2引出的与多个应变相连的导线，采集碟簧传感器7的数据并发送至上位机，供工作人员实进观察监测；当在一个碟簧力监测周期内，即制动器完成一个制动、松闸动作，若碟簧力监测数值小于碟簧使用初始值一个周期内碟簧力的90％时，监测设备发出警告，提示工作人员需要对碟簧进行检修与维护。

Claims (2)

1.一种实时监测碟簧力的盘式制动器，包括制动盘（1）、闸瓦组件（2）、碟簧（3）、碟簧座（4）、碟簧卡环（5）和液压缸（6），其特征在于：在所述碟簧座（4）和碟簧（3）之间设有碟簧传感器（7），所述碟簧传感器（7）的外型尺寸与碟簧（3）相同，碟簧传感器（7）的两侧相对的端面上均开有环形凹槽，面向碟簧座（4）一侧端面的凹槽内成对排列的多个应变片（7-1），成对排列的应变片相对且呈偏角α分别紧贴在环形槽内外径上，碟簧传感器（7）的径向开有引出多个应变片导线的排线孔（7-2）；

所述成对排列的多个应变片（7-1）个数为6-10片；

所述成对排列的应变片之间的偏角α为5-10°。

2.一种利用权利要求1所述实时监测碟簧力的盘式制动器的监测方法，其特征在于：当制动器工作时，碟簧力作用在碟簧传感器（7）上，碟簧传感器（7）受压后应变片电阻发生变化，电桥将失去平衡，给电桥加一个恒定电流或电压电源，电桥将输出与压力对应的电压信号，碟簧传感器（7）的电阻变化通过电桥转换成压力信号输出，通过电桥检测出电阻值的变化，经过放大电路放大后，再经过电压电流转换器，变换成相应的电流信号，该电流信号通过非线性校正环路的补偿，即产生标准输出信号；利用数据采集装置连接碟簧传感器从排线孔（7-2）引出的与多个应变相连的导线，采集碟簧传感器（7）的数据并发送至上位机，供工作人员观察监测，从而实现在线监测碟簧疲劳状况；当在一个碟簧力监测周期内，即制动器完成一个制动、松闸动作，若监测到碟簧力数值小于碟簧使用初始值一个周期内碟簧力的90%时，监测设备发出警告，提示工作人员需要对碟簧进行检修与维护。

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