CN110470500A - 一种矿井提升机安全制动性能测试试验台 - Google Patents

一种矿井提升机安全制动性能测试试验台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种矿井提升机安全制动性能测试试验台。该矿井提升机安全制动性能测试试验台包括控制与动力单元、检测与显示单元及制动测试单元,具有体积小,成本低,无污染,操作简单,能源利用率高,控制精度高,响应速度快等优点,且能够双向调节,模拟不同型号的矿井提升机在不同转速、不同负载时的上提和下放的安全制动工况,有效验证液压安全制动系统的制动效果。

Description

一种矿井提升机安全制动性能测试试验台
技术领域
本发明属于提升设备技术领域,具体涉及一种矿井提升机安全制动性能测试试验台。
背景技术
矿井提升机承担着煤炭工业中井上、井下输送物料和人员的重要任务,被称为咽喉设备。制动系统是矿井提升设备的重要组成部分,是其安全、可靠和高效运行的根本保证。安全制动是提升机的一种制动工况,指发生异常情况时,制动系统能够快速地响应并对摩擦轮进行制动,是矿井提升机最后一道、也是最重要的安全保障措施,其性能好坏对于矿山安全生产至关重要。
随着我国煤炭事业的发展,对安全制动系统的性能提出了更高要求。为确保安全制动系统的安全性,需要通过试验来检验其性能和制动效果。
目前,矿井提升设备安全制动性能测试试验台有塔式配重试验台及液压加载试验台两种。塔式配重试验台是在钢铁架上安装定滑轮模拟天轮,通过改变砝码的质量测定提升机最大拉力,没有足够大的砝码就无法模拟大功率提升机,并且受钢铁架高度限制,不能模拟提升机连续工作的实际工况,体积大;液压加载试验台采用液压加载装置作为提升机负载,可连续进行提升机负载试验而不受行程限制,但是忽略了实际提升机的转动惯量,同时液压加载为转矩模拟,导致在小扭矩范围内对液压马达的要求较高,控制系统复杂,由于摩擦力的原因很难达到很高的精度,而且需要液压源、功耗和噪声大、能源利用率低、容易漏油、维护修理不方便。
发明内容
本发明为了克服目前矿井提升机安全制动性能测试试验台存在的不足,提供一种矿井提升机安全制动性能测试试验台。该矿井提升机安全制动性能测试试验台包括控制与动力单元、检测与显示单元及制动测试单元,具有体积小,成本低,无污染,操作简单,能源利用率高,控制精度高,响应速度快等优点,且能够双向调节,模拟不同型号的矿井提升机在不同转速、不同负载时的上提和下放的安全制动工况,有效验证液压安全制动系统的制动效果。
本发明的技术方案:
一种矿井提升机安全制动性能测试试验台,包括控制与动力单元、检测与显示单元及制动测试单元;
所述控制与动力单元,包括计算机20、伺服驱动器1、伺服电机2、可拆飞轮组5、固定飞轮组6、螺栓4、飞轮轴7、飞轮轴轴承座17及电机支架18,伺服驱动器和伺服电机固定在电机支架上,计算机与伺服驱动器连接,伺服驱动器通过线缆与伺服电机连接,伺服电机轴端通过A联轴器3与飞轮轴左端连接;可拆飞轮组包括至少一个可拆飞轮,可拆飞轮由两个半圆环501组成,半圆环在半径为R的圆周上对称分布三个A通孔502,相邻A通孔之间的夹角均为60°,可拆飞轮通过螺栓与A通孔的配合组成可拆飞轮组;固定飞轮组包括至少一个固定飞轮,固定飞轮在半径为R的圆周上均匀分布六个B通孔,B通孔与A通孔孔径相同,固定飞轮通过螺栓与B通孔的配合组成固定飞轮组;固定飞轮组固定安装在飞轮轴上,飞轮轴通过飞轮轴轴承座支撑,可拆飞轮组与固定飞轮组通过螺栓连接;
所述检测与显示单元,包括转矩转速传感器9、转矩转速传感器支架16及数据采集系统21,转矩转速传感器通过B联轴器8与飞轮轴的右端连接,转矩转速传感器固定在转矩转速传感器支架上,数据采集系统分别与转矩转速传感器、计算机连接;
所述制动测试单元,包括制动轴15、制动盘12、制动闸组11、制动轴轴承座14、压力传感器22及液压安全制动系统13,制动轴左端通过C联轴器10与转矩转速传感器右轴端连接,制动轴上固定安装制动盘,制动轴通过制动轴轴承座支撑,制动闸组安装在制动盘上并通过液压管路与液压安全制动系统连接,液压安全制动系统与数据采集系统连接,压力传感器分别与制动闸组、数据采集系统连接;
所述电机支架、飞轮轴轴承座、转矩转速传感器支架及制动轴轴承座均固定在底座19上;
所述控制与动力单元用伺服电机的电磁转矩M电机模拟负载静力矩,用固定飞轮组与可拆飞轮组的转动惯量之和J模拟提升机系统转动惯量,伺服电机的电磁转矩M电机=M+J·α,其中,M为制动闸组对制动盘产生的制动力矩,α为制动盘角加速度;所述制动测试单元用制动盘的转速模拟提升机卷筒的转速,通过固定电动机电磁转矩的方向,制动盘转速与电动机电磁转矩的方向相反时模拟提升机上提工况,制动盘转速与电动机电磁转矩的方向相同时模拟提升机下放工况;
所述可拆飞轮组的转动惯量模拟提升机负载转动惯量,用来模拟各种负载状态,当可拆飞轮组数量为零时,模拟提升机空载状态;固定飞轮组的转动惯量模拟除负载以外的提升机系统转动惯量,用来模拟各种型号的矿井提升机;
所述计算机通过控制伺服驱动器使伺服电机具有两种运行模式:速度控制运行模式和转矩控制运行模式,伺服电机先对制动盘进行速度控制,当制动盘转度达到设定值v后,液压安全制动系统开始工作,制动闸组产生制动力矩进行安全制动,同时伺服电机转为转矩控制,模拟负载静力矩,直到制动盘转速恒减速为零;
所述压力传感器、转矩转速传感器分别检测制动闸组的制动压力信号和制动盘的转速信号及制动闸组的制动力矩信号,并将其输入数据采集系统,通过数据采集系统传达到计算机,经控制器处理后发出控制指令,进一步控制制动闸组的制动压力和制动盘转速,从而实现对安全制动时制动压力的动、静态特性、制动压力与制动力矩的关系以及卷筒速度与制动压力关系的测试。
所述液压安全制动系统为目前矿井提升机液压制动系统中的任意一种。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、通过采用惯性飞轮模拟矿井提升机系统的转动惯量,伺服电机电磁转矩模拟提升机负载静力矩代替传统试验台,实现了对矿井提升机实际运行的有效模拟。本发明控制精度高,响应速度快,且双向调节,能够模拟提升机上提和下放时的安全制动工况,可通过转矩转速传感器、压力传感器可有效验证液压安全制动系统的制动效果。
2、通过采用固定飞轮与可拆飞轮组合的方式,并通过伺服电机的转速控制运行模式和转矩控制运行模式,本发明可模拟不同型号的矿井提升机在不同转速、不同负载下的实际制动过程。
3、本发明试验台体积小,成本低,无污染,操作简单,能源利用率高。
附图说明
图1为本发明所述的一种矿井提升机安全制动性能测试试验台的示意图;
图2为本发明所述可拆飞轮的示意图。
图中:1-伺服控制器;2-伺服电机;3-A联轴器;4-螺栓;5-可拆飞轮组;6-固定飞轮组;7-飞轮轴;8-B联轴器;9-转矩转速传感器;10-C联轴器;11-制动闸组;12-制动盘;13-液压安全制动系统;14-制动轴轴承座;15-制动轴;16-转矩转速传感器支架;17-飞轮轴轴承座;18-电机支架;19-底座;20-计算机;21-数据采集系统;22压力传感器;501-半圆环;502-A通孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步详细说明。
一种矿井提升机安全制动性能测试试验台,包括控制与动力单元、检测与显示单元及制动测试单元;
所述控制与动力单元,包括计算机20、伺服驱动器1、伺服电机2、可拆飞轮组5、固定飞轮组6、螺栓4、飞轮轴7、飞轮轴轴承座17及电机支架18,伺服驱动器和伺服电机固定在电机支架上,计算机与伺服驱动器连接,伺服驱动器通过线缆与伺服电机连接,伺服电机轴端通过A联轴器3与飞轮轴左端连接;可拆飞轮组包括至少一个可拆飞轮,可拆飞轮由两个半圆环501组成,半圆环在半径为R的圆周上对称分布三个A通孔502,相邻A通孔之间的夹角均为60°,可拆飞轮通过螺栓与A通孔的配合组成可拆飞轮组;固定飞轮组包括至少一个固定飞轮,固定飞轮在半径为R的圆周上均匀分布六个B通孔,B通孔与A通孔孔径相同,固定飞轮通过螺栓与B通孔的配合组成固定飞轮组;固定飞轮组固定安装在飞轮轴上,飞轮轴通过飞轮轴轴承座支撑,可拆飞轮组与固定飞轮组通过螺栓连接。
所述检测与显示单元,包括转矩转速传感器9、转矩转速传感器支架16及数据采集系统21,转矩转速传感器通过B联轴器8与飞轮轴的右端连接,转矩转速传感器固定在转矩转速传感器支架上,数据采集系统分别与转矩转速传感器、计算机连接。
所述制动测试单元,包括制动轴15、制动盘12、制动闸组11、制动轴轴承座14、压力传感器22及液压安全制动系统13,制动轴左端通过C联轴器10与转矩转速传感器右轴端连接,制动轴上固定安装制动盘,制动轴通过制动轴轴承座支撑,制动闸组安装在制动盘上并通过液压管路与液压安全制动系统连接,液压安全制动系统与数据采集系统连接,压力传感器分别与制动闸组、数据采集系统连接。
所述电机支架、飞轮轴轴承座、转矩转速传感器支架及制动轴轴承座均固定在底座19上。
所述控制与动力单元用伺服电机的电磁转矩M电机模拟负载静力矩,用固定飞轮组与可拆飞轮组的转动惯量之和J模拟提升机系统转动惯量,伺服电机的电磁转矩M电机=M+J·α,其中,M为制动闸组对制动盘产生的制动力矩,α为制动盘角加速度;所述制动测试单元用制动盘的转速模拟提升机卷筒的转速,通过固定电动机电磁转矩的方向,制动盘转速与电动机电磁转矩的方向相反时模拟提升机上提工况,制动盘转速与电动机电磁转矩的方向相同时模拟提升机下放工况。
所述可拆飞轮组的转动惯量模拟提升机负载转动惯量,用来模拟各种负载状态,当可拆飞轮组数量为零时,模拟提升机空载状态;固定飞轮组的转动惯量模拟除负载以外的提升机系统转动惯量,用来模拟各种型号的矿井提升机。
所述计算机通过控制伺服驱动器使伺服电机具有两种运行模式:速度控制运行模式和转矩控制运行模式,伺服电机先对制动盘进行速度控制,当制动盘转度达到设定值v后,液压安全制动系统开始工作,制动闸组产生制动力矩进行安全制动,同时伺服电机转为转矩控制,模拟负载静力矩,直到制动盘转速恒减速为零。
所述压力传感器、转矩转速传感器分别检测制动闸组的制动压力信号和制动盘的转速信号及制动闸组的制动力矩信号,并将其输入数据采集系统,通过数据采集系统传达到计算机,经控制器处理后发出控制指令,进一步控制制动闸组的制动压力和制动盘转速,从而实现对安全制动时制动压力的动、静态特性、制动压力与制动力矩的关系以及卷筒速度与制动压力关系的测试。
所述液压安全制动系统为目前矿井提升机液压制动系统中的任意一种。
所述制动盘转速模拟提升机卷筒转速,制动盘直径与提升机卷筒直径比例采用为1:1,则本试验台为1:1试验台,制动盘转速与提升机卷筒转速相等;制动盘直径与提升机卷筒直径比例采用为1:K,则本试验台为缩比试验台,制动盘转速为提升机卷筒转速的K倍,进一步,制动闸组的摩擦半径、闸片面积、固定飞轮组与可拆飞轮组转动惯量、伺服电机的电磁转矩等参数都按照相似原理进行缩放。

Claims (2)

1.一种矿井提升机安全制动性能测试试验台,其特征在于:包括控制与动力单元、检测与显示单元及制动测试单元;
所述控制与动力单元,包括计算机20、伺服驱动器1、伺服电机2、可拆飞轮组5、固定飞轮组6、螺栓4、飞轮轴7、飞轮轴轴承座17及电机支架18,伺服驱动器和伺服电机固定在电机支架上,计算机与伺服驱动器连接,伺服驱动器通过线缆与伺服电机连接,伺服电机轴端通过A联轴器3与飞轮轴左端连接;可拆飞轮组包括至少一个可拆飞轮,可拆飞轮由两个半圆环501组成,半圆环在半径为R的圆周上对称分布三个A通孔502,相邻A通孔之间的夹角均为60°,可拆飞轮通过螺栓与A通孔的配合组成可拆飞轮组;固定飞轮组包括至少一个固定飞轮,固定飞轮在半径为R的圆周上均匀分布六个B通孔,B通孔与A通孔孔径相同,固定飞轮通过螺栓与B通孔的配合组成固定飞轮组;固定飞轮组固定安装在飞轮轴上,飞轮轴通过飞轮轴轴承座支撑,可拆飞轮组与固定飞轮组通过螺栓连接;
所述检测与显示单元,包括转矩转速传感器9、转矩转速传感器支架16及数据采集系统21,转矩转速传感器通过B联轴器8与飞轮轴的右端连接,转矩转速传感器固定在转矩转速传感器支架上,数据采集系统分别与转矩转速传感器、计算机连接;
所述制动测试单元,包括制动轴15、制动盘12、制动闸组11、制动轴轴承座14、压力传感器22及液压安全制动系统13,制动轴左端通过C联轴器10与转矩转速传感器右轴端连接,制动轴上固定安装制动盘,制动轴通过制动轴轴承座支撑,制动闸组安装在制动盘上并通过液压管路与液压安全制动系统连接,液压安全制动系统与数据采集系统连接,压力传感器分别与制动闸组、数据采集系统连接;
所述电机支架、飞轮轴轴承座、转矩转速传感器支架及制动轴轴承座均固定在底座19上;
所述控制与动力单元用伺服电机的电磁转矩M电机模拟负载静力矩,用固定飞轮组与可拆飞轮组的转动惯量之和J总模拟提升机系统转动惯量,伺服电机的电磁转矩M电机=M+J总·α,其中,M为制动闸组对制动盘产生的制动力矩,α为制动盘角加速度;所述制动测试单元用制动盘的转速模拟提升机卷筒的转速,通过固定电动机电磁转矩的方向,制动盘转速与电动机电磁转矩的方向相反时模拟提升机上提工况,制动盘转速与电动机电磁转矩的方向相同时模拟提升机下放工况;
所述可拆飞轮组的转动惯量模拟提升机负载转动惯量,用来模拟各种负载状态,当可拆飞轮组数量为零时,模拟提升机空载状态;固定飞轮组的转动惯量模拟除负载以外的提升机系统转动惯量,用来模拟各种型号的矿井提升机;
所述计算机通过控制伺服驱动器使伺服电机具有两种运行模式:速度控制运行模式和转矩控制运行模式,伺服电机先对制动盘进行速度控制,当制动盘转度达到设定值v后,液压安全制动系统开始工作,制动闸组产生制动力矩进行安全制动,同时伺服电机转为转矩控制,模拟负载静力矩,直到制动盘转速恒减速为零;
所述压力传感器、转矩转速传感器分别检测制动闸组的制动压力信号和制动盘的转速信号及制动闸组的制动力矩信号,并将其输入数据采集系统,通过数据采集系统传达到计算机,经控制器处理后发出控制指令,进一步控制制动闸组的制动压力和制动盘转速,从而实现对安全制动时制动压力的动、静态特性、制动压力与制动力矩的关系以及卷筒速度与制动压力关系的测试。
2.根据权利要求1所述的一种矿井提升机安全制动性能测试试验台,其特征在于:所述液压安全制动系统为目前矿井提升机液压制动系统中的任意一种。
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