CN110749428A - 一种模拟实际工况的提升机制动器可靠性试验台及其试验方法 - Google Patents

一种模拟实际工况的提升机制动器可靠性试验台及其试验方法 Download PDF

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卢昊
任冯斌
朱真才
彭玉兴
周公博
曹国华
李伟
王大刚
沈刚
江帆
汤裕
李翔
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Abstract

本发明公开了一种模拟实际工况的提升机制动器可靠性试验台及其试验方法。装置包括：变频器、伺服电机、等效质量部分、制动盘结构、制动臂、光电式转速传感器、温度传感器、液压泵站。变频器安装在试验台最左侧，伺服电机安装在变频器右侧，变频器和伺服电机通过电线连接；伺服电机轴通过弹性柱销联轴器连接主轴；等效质量部分通过平键连接安装在主轴上；制动盘结构安装在主轴最右端，且制动臂、光电式转速传感器、温度传感器对准制动盘；液压泵站安装在试验台最右侧，通过液压软管与制动臂上的伺服液压缸连接。

Description

一种模拟实际工况的提升机制动器可靠性试验台及其试验 方法
技术领域
本发明涉及一种应用于提升机制动器可靠性试验领域的综合试验装置，更确切地说，本发明涉及一种能够模拟真实工况、对提升机制动器实现不同制动初速度、制动压力、闸瓦厚度、摩擦副接触面积、制动间隙以及实时监测摩擦副表面温度、摩擦系数的可靠性试验台。
背景技术
提升机制动器是矿井提升机的关键设备，提升机制动器的高可靠性对矿井安全高效生产至关重要，矿井提升机的可靠性研究也必不可少，而目前对于矿井提升机可靠性研究的相关试验设备较为缺乏。因此研究开发能够模拟实际工况的提升机制动器可靠性实验装置具有重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的在于提出一种模拟实际工况的提升机制动器可靠性试验台，以用于在实际负载情况下对提升机制动器的可靠性试验以及试验数据的采集。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种模拟实际工况的提升机制动器可靠性试验台，包括：
底板，所述底板水平设置，以及固定在底板上的，
伺服电机，所述伺服电机的驱动轴通过第一弹性柱销联轴器与主轴的一端连接，主轴另一端通过第二弹性柱销联轴器与短轴连接，短轴上通过花键连接有摩擦盘；
等效质量部分，安装在所述主轴上；
两支制动臂，通过制动臂支架对称固定设置在所述摩擦盘的两侧，用于对所述摩擦盘给予制动力，包括位于摩擦盘一侧的第一制动臂和位于摩擦盘另一侧的第二制动臂，所述制动臂上设有：
闸瓦，用于与摩擦片进行摩擦接触；
闸瓦连接块，用于安装所述闸瓦；
万向接头，与所述闸瓦连接块连接；
伺服液压缸，用于调整所述闸瓦和摩擦盘之间的制动间隙和制动压力；
以及，三维力传感器，用于检测接触区域沿转速切线方向的力即摩擦力和施加的正压力；
变频器，安装在底板上，与所述伺服电机通过电线相连；
光电式转速传感器，固定在底板上并正对摩擦盘，用于检测摩擦盘的实时转速；
温度传感器，固定在底板上，用于检测摩擦盘的表面温度；
控制模块，通过数据线与所述三维力传感器、变频器、光电式转速传感器以及温度传感器信号连接。
所述第一制动臂包括：第一制动臂支架、第一伺服液压缸、第一三维力传感器、第一万向接头、第一快卸块以及第一闸瓦，其中，所述第一制动臂支架安装在底板上，第一伺服液压缸固定在第一制动臂支架上，第一三维力传感器固定在第一伺服液压缸的伸缩臂上，第一万向接头固定在第一三维力传感器上，第一万向接头与第一快卸块相连，第一快卸块上设有卡槽，第一闸瓦通过不干胶粘在第一快卸块的卡槽内；
所述第二制动臂包括：第二制动臂支架、第二伺服液压缸、第二三维力传感器、第二万向接头、第二快卸块以及第二闸瓦，其中，所述第二制动臂支架安装在底板上，第二伺服液压缸固定在第二制动臂支架上，第二三维力传感器固定在第二伺服液压缸的伸缩臂上，第二万向接头固定在第二三维力传感器上，第二万向接头与第二快卸块相连，第二快卸块上设有卡槽，第二闸瓦通过不干胶粘在第二快卸块的卡槽内；
所述第一三维力传感器和第二三维力传感器分别与所述控制模块信号连接；
所述第一伺服液压缸和第二伺服液压缸分别通过液压软管与液压泵站连接，液压泵站与所述控制模块信号连接。
所述主轴上沿主轴延伸方向设有对主轴进行旋转支撑的第一轴承座，第一轴承座通过轴承座底座安装在底板上；
所述的等效质量部分包括质量圆盘a和质量圆盘b，两个质量圆盘通过平键与主轴连接且与主轴保持同轴旋转。
所述第一快卸块和第二快卸块结构相同，均包括内块和外块，内块可通过打开卡扣的方式快速从外块中取出。
所述短轴上设有对短轴进行旋转支撑的第二轴承座，第二轴承座通过轴承座底座安装在底板上。
所述光电式转速传感器包括光电式转速传感器探头和传感器支架，光电式转速传感器探头固定于传感器支架上，传感器支架底端通过螺栓连接固定在底板上。
所述温度传感器包括温度探头、金属定型软管和传感器支架，金属定型软管两端分别连接温度探头和传感器支架，传感器支架底端通过螺栓连接固定在底板上。
一种基于所述的模拟实际工况的提升机制动器可靠性试验台的试验方法，包括三种工况可靠性试验，分别是高速提升紧急制动可靠性试验、连续制动可靠性试验和匀减速制动可靠性试验，其中，
所述的高速提升紧急制动可靠性试验的实现方式为：伺服电机设定至指定转速，随后关闭伺服电机同时进行抱闸动作使摩擦盘在抱闸作用下减速至停止转动；
所述的连续制动可靠性试验的实现方式为：伺服电机设定至指定转速，关闭伺服电机同时制动臂执行制动动作使摩擦盘在摩擦力作用下减速至停止转动，随即伺服电机再次启动加速至指定转速，然后关闭伺服电机，制动臂执行制动动作使摩擦盘在摩擦力作用下减速至停止转动，如此循环；
所述的匀减速制动可靠性试验的实现方式为：伺服电机设定至指定转速，然后设置伺服电机执行均匀减速，制动臂制动动作同时执行；
所述的三种工况的可靠性试验，均通过设置伺服液压缸制动力来调节制动压力、通过设置伺服液压缸初始伸出量来调节制动间隙、通过调整闸瓦外形尺寸来调节闸瓦厚度和摩擦副接触面积。
等效质量部分的质量圆盘尺寸根据以下公式确定：
Figure BDA0002232340240000031
其中：J为负载部分的转动惯量，单位是kg·m2；m为质量圆盘的质量，单位为kg；R为质量圆盘的半径，单位是m。
有益效果：
本发明通过变频器控制伺服电机达到控制制动速度的目的，通过液压泵站为伺服液压缸提供动力并达到调整制动压力的目的，通过调整安装不同尺寸的闸瓦来达到设置厚度与接触面积的目的，通过调整伺服液压缸的初始伸出长度来达到设置制动间隙的目的。闸瓦安装在快卸块上，可达到快速拆卸的目的；快卸块连接有万向接头，可使闸瓦在制动过程中即使存在偏摆也可达到完全贴合的状态。
本发明模拟实际工况的提升机制动器可靠性试验台，能够实现模拟提升机制动器实际制动工况，实现对制动初速度、制动压力、闸瓦厚度、摩擦副接触面积以及制动间隙的控制，并可以实时监测摩擦副温度和摩擦系数，由此可完成对提升机制动器可靠性研究试验数据的获取。
附图说明
图1为本发明所述的模拟实际工况的提升机制动器可靠性试验台结构组成示意图；
图2为本发明所述的模拟实际工况的提升机制动器可靠性试验台中第一制动臂结构组成示意图；
图3为本发明所述的模拟实际工况的提升机制动器可靠性试验台中第一制动臂上快卸块与万向接头结构组成示意图；
图中：1.变频器，2.伺服电机，3.第一弹性柱销联轴器，(4,6,8).第一轴承座，5.质量圆盘a，7.质量圆盘b，9.第二弹性柱销联轴器，10.第二轴承座，11.制动盘结构，12.液压泵站，13.第二制动臂支架，14.第二伺服液压缸，15.第二三维力传感器，16.温度传感器，17.第二快卸块，18.光电式转速传感器，19.第一闸瓦，20.第一快卸块，21.第一万向接头，22.第一三维力传感器，23.第一伺服液压缸，24.底板，25.主轴，26.第一制动臂支架，201.第一快卸块外块，202.第一快卸块内块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述：
所述的模拟实际工况的提升机制动器可靠性试验台包括变频器、伺服电机、等效质量部分、制动盘结构、制动臂、光电式转速传感器、温度传感器、液压泵站。
参阅图1，伺服电机为本装置提供动力。
参阅图1，伺服电机的选择要根据负载的特性进行选择，本试验台中负载主要是等效质量部分、主轴和制动盘结构，结合试验需要的转速范围，再利用公式
Figure BDA0002232340240000041
ω＝2πn (2)
其中：T为负载部分转动时需要的最大扭矩，单位是N·m；
J为负载部分的转动惯量，单位是kg·m2；
ω为负载部分转动的角速度，单位是rad/s；
n为负载部分转速，单位是r/min。
由公式(1)和(2)可计算出负载部分启动时所需的最大转矩T，从而可以根据转矩T选择相应的电机转矩Tz,再利用公式(3)计算出伺服电机的功率，伺服电机选择完成。
Figure BDA0002232340240000051
其中：Tz为伺服电机选择的转矩，单位为kg·m2；n为伺服电机转速同时也是负载部分转速，单位为r/min；P功率为要选择的伺服电机的功率，单位为Kw。
参阅图1，等效质量部分主要为2个质量圆盘，质量圆盘尺寸的确定可根据公式(4)即可完成质量圆盘的选择。
其中：m为质量圆盘的质量，单位为kg；
R为质量圆盘的半径，单位是m。
参阅图2，制动臂包括两支，对称设置在摩擦盘的两侧，两支制动臂的结构完全相同，均由制动臂支架、伺服液压缸、三维力传感器、万向接头、快卸块以及闸瓦构成。伺服液压缸与制动臂支架之间通过螺栓连接；三维力传感器与伺服液压缸和万向接头均通过螺栓连接。
参阅图2，制动臂安装位置需根据制动臂组装完成后的尺寸，使闸瓦距离摩擦表面5mm，随后再确定制动臂支架的固定位置，制动臂支架与底板之间通过螺栓连接。
参阅图3，快卸块分内块和外块，内块可通过打开卡扣的方式快速从外块中取出，闸瓦通过不干胶粘在内块的卡槽内，可徒手轻松取下或粘上。
参阅图1，指定制动初速度的实现可通过先设置变频器频率，后结合光电式转速传感器读数调节变频器输出频率的方式达到。
参阅图1，伺服液压缸可为制动器提供指定的制动力，制动压力的实现可借助公式(5)确定：
Figure BDA0002232340240000061
其中：P压强为制动压力，F为伺服液压缸输出的制动力，S为闸瓦和摩擦盘接触面积。
参阅图1，三维力传感器可测出接触区域沿转速切线方向的力即摩擦力f，和施加的正压力N，故摩擦系数的确定可根据公式(6)确定：
Figure BDA0002232340240000062
参阅图3，闸瓦的尺寸可在闸瓦制备阶段对闸瓦厚度进行定制，由此可达到闸瓦厚度以及摩擦副接触面积设定的目的。
参阅图2，伺服液压缸可定位伸出位置，由此可达到制动间隙设定的目的。
参阅图1，摩擦盘表面温度可通过温度传感器获得。
参阅图1、图2和图3，本发明所述的一种模拟实际工况的提升机制动器可靠性试验台可以实现三种工况可靠性试验，分别是高速提升紧急制动可靠性试验、连续制动可靠性试验、匀减速制动可靠性试验。
所述的三种工况中的高速提升紧急制动可靠性试验的实现方式为：伺服电机设定至指定转速，随后关闭伺服电机同时进行抱闸动作使摩擦盘在抱闸作用下减速至停止转动。
所述的三种工况中的连续制动可靠性试验的实现方式为：伺服电机设定至指定转速，关闭伺服电机同时制动臂执行制动动作使摩擦盘在摩擦力作用下减速至停止转动，随即伺服电机再次启动加速至指定转速，然后关闭伺服电机制动臂执行制动动作使摩擦盘在摩擦力作用下减速至停止转动，如此循环。
所述的三种工况中的匀减速制动可靠性试验的实现方式为：伺服电机设定至指定转速，然后设置伺服电机执行均匀减速，制动臂制动动作同时执行。
所述的三种工况的可靠性试验，均可通过设置伺服液压缸制动力来调节制动压力、通过设置伺服液压缸初始伸出量来调节制动间隙、通过调整闸瓦外形尺寸来调节闸瓦厚度和摩擦副接触面积。

Claims (9)

1.一种模拟实际工况的提升机制动器可靠性试验台，其特征在于，包括：
底板，所述底板水平设置，以及固定在底板上的，
伺服电机，所述伺服电机的驱动轴通过第一弹性柱销联轴器与主轴的一端连接，主轴另一端通过第二弹性柱销联轴器与短轴连接，短轴上通过花键连接有摩擦盘；
等效质量部分，安装在所述主轴上；
两支制动臂，通过制动臂支架对称固定设置在所述摩擦盘的两侧，用于对所述摩擦盘给予制动力，包括位于摩擦盘一侧的第一制动臂和位于摩擦盘另一侧的第二制动臂，所述制动臂上设有：
闸瓦，用于与摩擦片进行摩擦接触；
闸瓦连接块，用于安装所述闸瓦；
万向接头，与所述闸瓦连接块连接；
伺服液压缸，用于调整所述闸瓦和摩擦盘之间的制动间隙和制动压力；
以及，三维力传感器，用于检测接触区域沿转速切线方向的力即摩擦力和施加的正压力；
变频器，安装在底板上，与所述伺服电机通过电线相连；
光电式转速传感器，固定在底板上并正对摩擦盘，用于检测摩擦盘的实时转速；
温度传感器，固定在底板上，用于检测摩擦盘的表面温度；
控制模块，通过数据线与所述三维力传感器、变频器、光电式转速传感器以及温度传感器信号连接。
2.根据权利要求1所述的模拟实际工况的提升机制动器可靠性试验台，其特征在于，所述第一制动臂包括：第一制动臂支架、第一伺服液压缸、第一三维力传感器、第一万向接头、第一快卸块以及第一闸瓦，其中，所述第一制动臂支架安装在底板上，第一伺服液压缸固定在第一制动臂支架上，第一三维力传感器固定在第一伺服液压缸的伸缩臂上，第一万向接头固定在第一三维力传感器上，第一万向接头与第一快卸块相连，第一快卸块上设有卡槽，第一闸瓦通过不干胶粘在第一快卸块的卡槽内；
所述第二制动臂包括：第二制动臂支架、第二伺服液压缸、第二三维力传感器、第二万向接头、第二快卸块以及第二闸瓦，其中，所述第二制动臂支架安装在底板上，第二伺服液压缸固定在第二制动臂支架上，第二三维力传感器固定在第二伺服液压缸的伸缩臂上，第二万向接头固定在第二三维力传感器上，第二万向接头与第二快卸块相连，第二快卸块上设有卡槽，第二闸瓦通过不干胶粘在第二快卸块的卡槽内；
所述第一三维力传感器和第二三维力传感器分别与所述控制模块信号连接；
所述第一伺服液压缸和第二伺服液压缸分别通过液压软管与液压泵站连接，液压泵站与所述控制模块信号连接。
3.根据权利要求1所述的模拟实际工况的提升机制动器可靠性试验台，其特征在于，所述主轴上沿主轴延伸方向设有对主轴进行旋转支撑的第一轴承座，第一轴承座通过轴承座底座安装在底板上；
所述的等效质量部分包括质量圆盘a和质量圆盘b，两个质量圆盘通过平键与主轴连接且与主轴保持同轴旋转。
4.根据权利要求2所述的模拟实际工况的提升机制动器可靠性试验台，其特征在于，所述第一快卸块和第二快卸块结构相同，均包括内块和外块，内块可通过打开卡扣的方式快速从外块中取出。
5.根据权利要求1所述的模拟实际工况的提升机制动器可靠性试验台，其特征在于，所述短轴上设有对短轴进行旋转支撑的第二轴承座，第二轴承座通过轴承座底座安装在底板上。
6.根据权利要求1所述的模拟实际工况的提升机制动器可靠性试验台，其特征在于，所述光电式转速传感器包括光电式转速传感器探头和传感器支架，光电式转速传感器探头固定于传感器支架上，传感器支架底端通过螺栓连接固定在底板上。
7.根据权利要求1所述的模拟实际工况的提升机制动器可靠性试验台，其特征在于，所述温度传感器包括温度探头、金属定型软管和传感器支架，金属定型软管两端分别连接温度探头和传感器支架，传感器支架底端通过螺栓连接固定在底板上。
8.一种基于权利要求1-7中任一所述的模拟实际工况的提升机制动器可靠性试验台的试验方法，其特征在于，包括三种工况可靠性试验，分别是高速提升紧急制动可靠性试验、连续制动可靠性试验和匀减速制动可靠性试验，其中，
所述的高速提升紧急制动可靠性试验的实现方式为：伺服电机设定至指定转速，随后关闭伺服电机同时进行抱闸动作使摩擦盘在抱闸作用下减速至停止转动；
所述的连续制动可靠性试验的实现方式为：伺服电机设定至指定转速，关闭伺服电机同时制动臂执行制动动作使摩擦盘在摩擦力作用下减速至停止转动，随即伺服电机再次启动加速至指定转速，然后关闭伺服电机，制动臂执行制动动作使摩擦盘在摩擦力作用下减速至停止转动，如此循环；
所述的匀减速制动可靠性试验的实现方式为：伺服电机设定至指定转速，然后设置伺服电机执行均匀减速，制动臂制动动作同时执行；
所述的三种工况的可靠性试验，均通过设置伺服液压缸制动力来调节制动压力、通过设置伺服液压缸初始伸出量来调节制动间隙、通过调整闸瓦外形尺寸来调节闸瓦厚度和摩擦副接触面积。
9.根据权利要求8所述模拟实际工况的提升机制动器可靠性试验台的试验方法，其特征在于，等效质量部分的质量圆盘尺寸根据以下公式确定：
Figure FDA0002232340230000031
其中：J为负载部分的转动惯量，单位是kg·m2；m为质量圆盘的质量，单位为kg；R为质量圆盘的半径，单位是m。
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