CN110953274B - 电力液压块式制动器状态监测装置及其监测方法 - Google Patents

电力液压块式制动器状态监测装置及其监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电力液压块式制动器监测装置及其监测方法，属于检测技术领域。该监测装置包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括红外测温仪、穿轴式压力传感器、光栅尺身和光栅尺读数头、随车控制柜、无线发射器、无线接收器、主控制器、显示器、继电器、电缆电源及连接件；软件部分包括无线通信模块、数据采集与处理模块、测量控制模块。本发明主要通过三类传感器采集制动器工作状态下的相关参数，经过相应公式计算转换为反映制动器工作状态的特征参数，再根据判别准则对制动器工作状态进行实时判断。

Description

电力液压块式制动器状态监测装置及其监测方法
技术领域：
本发明属于检测技术领域，具体涉及一种起重机用电力液压块式制动器状态监测装置及其监测方法。
背景技术：
在块式制动器制动技术领域中，根据其失效模式及故障原因，建立制动器各状态参数与故障原因的对应关系以判断制动器工作状态，需要确定制动器各种工作状态的参数，选择所述参数的采集方法，并建立一套能够监测所述各种状态参数的监测装置。
在制动器监测系统的相关研究中，论文“浅析起重机制动器在线监测[J]”(起重运输机械，2017年06期)将销轴式压力传感器固定在杠杆系上，通过监测制动盘上正压力来推算制动力矩的大小，但所测状态参数不全面，且使用的是销轴式压力传感器，原制动器结构改动大。论文“桥式起重机制动器运行状态监测装置改造[J]”(冶金设备，2017年S1期)中，对YWZ系列制动器进行了改造，制动器出现异常情况时能迅速报警，但该监测系统对制动器状态判断较为粗糙，很大程度上依赖操作工人的实际经验。论文“机械制动器摩擦状态监测系统的研制[J]”(润滑与密封，2018年09期)中构建了基于数据采集卡PCI通讯、PLC的PPI通讯和自由口通讯的制动器摩擦状态监测系统，仅对连续制动工况下的摩擦温升、摩擦转矩、制动压力等摩擦状态参数进行了监测与分析。
起重机用制动器多为常闭式块式制动器，而目前关于制动器状态监测的研究对象多为汽车用鼓式制动器及盘式制动器，专门针对起重机用电力液压块式制动器的检测技术研究较少，现场技术人员很难对该类制动设备的安全及可靠性进行比较科学准确的评估。
发明内容：
本发明针对现有起重机用电力液压块式制动器工作状态监测中存在的上述技术问题，提供一种电力液压块式制动器状态监测装置及其监测方法。
本发明提供的电力液压块式制动器状态监测装置包括硬件部分和软件部分；所述硬件部分包括红外测温仪6、穿轴式压力传感器14、光栅尺读数头17、光栅尺身19、随车控制柜、无线发射器、无线接收器、主控制器、显示器、继电器及电缆电源；所述软件部分包括无线通信模块、数据采集与处理模块、测量控制模块；所述红外测温仪6通过螺钉组5固定在右制动臂2上，所述右制动臂2面向制动盘4，所述光栅尺读数头17通过第一螺栓组16固定在L形板18的悬臂端内侧，所述光栅尺身19通过第二螺栓组21固定在框形拉板9的外侧，所述L形板18与套筒23焊接为一体，所述套筒23套装在拉杆10上，所述拉杆10位于框形拉板9的外端，所述套筒23通过紧定螺钉22固定在所述拉杆10上；所述穿轴式压力传感器14套装在所述拉杆10上，所述穿轴式压力传感器14位于弹簧20右端与活动卡板13之间，所述弹簧20右端部和所述穿轴式压力传感器14之间由挡圈15隔开；所述红外测温仪6、所述穿轴式压力传感器14及所述光栅尺读数头17分别通过电缆与所述随车控制柜相连，所述随车控制柜通过通讯电缆与所述无线发射器相连。
本发明同时提供一种电力液压块式制动器状态监测方法，该监测方法的具体步骤如下：
(1)所述监测装置起始位置为：在未使用过的电力液压块式制动器上，安装所述监测装置，所述制动器处于抱闸状态，即此时所述制动器上的制动块3处于抱闸状态。
(2)在所述监测装置的主控制器操作界面上，输入所述制动器初始参数和示警阈值，所述初始参数和示警阈值包括制动盘4的摩擦系数μ及直径D、制动臂比ξ、额定制动力矩Me、许用摩擦片磨损量δ0、制动块退距h0、许用摩擦副温度t1、制动力矩安全系数K。
(3)所述制动器工作前，先给所述监测装置送电，此时制动器抱闸，所述光栅尺读数头17读数为L0。
(4)所述制动器工作一段时间后，进行所述制动器工作状态的监测，启动所述监测装置进行监测，通过所述穿轴式压力传感器14，分别测得所述制动器抱闸时所述弹簧20的压缩力P1，开闸时所述弹簧20的压缩力P2，按公式M＝μξP1D计算所述制动器工作时所具有的制动力矩；同时，通过所述光栅尺读数头17，分别测得所述制动器抱闸时所述光栅尺身19上的读数L1，所述制动器开闸时所述光栅尺身19上的读数L2，按公式
Figure GDA0002769991030000021
计算所述制动块3的磨损量，再按公式
Figure GDA0002769991030000022
计算制动过程中所述制动块3的退距h。
(5)所述制动器工作状态下，通过所述红外测温仪6测得所述制动器工作状态下所述制动盘4的表面温度t2。
(6)对所述制动器工作状态进行判断：当M<Me/K时，所述制动器制动力矩不足，报警；当δ>δ0时，所述制动块3磨损过度，需要更换；当h<h0时，所述制动块3无法正常开闸，报警；当t2>t1时，摩擦副温度过高，制动失效，报警；当P1＝0时，所述弹簧20失效，报警；当P2＝0，推杆8或杠杆板7或所述右制动臂2或左制动臂24出现机械故障开不了闸，报警。
如图1所示，制动器通电时，所述推动器1内部油压增大，推动所述杠杆板7向左摆动，所述杠杆板7左上铰点通过推杆8推动左制动臂24的上铰点使所述左制动臂24左摆。同时，所述杠杆板7左下铰点右摆，带动所述右制动臂2右摆。左、右制动臂同时反向摆动时，固定在其上的左右两制动块3反方移动，实现了开闸；与此相反，当制动器断电时，油压消失，所述推动器1缩回复位带动所述杠杆板7向右旋转，所述杠杆板7左上铰点右移，通过所述弹簧20的压缩力推动所述左制动臂24右摆，同时所述右制动臂2左摆，从而实现抱闸。
制动器状态参数监测装置构架图如图2所示，通过红外测温仪6、光栅尺读数头17以及穿轴式压力传感器14分别采集制动器上制动盘4的温度、拉杆10与框形拉板9之间的相对位移和弹簧20的压缩力，这三种传感器采集到的相关参数，由通讯电缆传输至随车控制柜，随车控制柜再将信息发送至无线发射器，无线发射器通过无线通信模块将信号发送至无线接收器，无线接收器将参数信息通过通讯电缆传输至主控制器，并在显示器上显示出制动器当前状态参数及变化情况，以供工作人员下一步对制动器工作状态进行判断。
如图3所示：在制动过程中，制动盘4与制动块3发生摩擦，制动盘4温度上升，红外测温仪6中光学系统汇聚其视场内制动盘4的红外辐射能量。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内部的算法和目标发射率校正后转变为被测制动盘4的表面温度值。
如图4所示：图1中的杠杆板7转动过程中，所述拉杆10开始移动，由紧定螺钉22固定在拉杆10上的套筒23随着所述拉杆10移动，使所述光栅尺读数头17移动并记录所述光栅尺身19上的刻度值，刻度值变化量即拉杆10相对于框形拉板9的相对位移量；制动器开始工作时，拉杆10移动，弹簧20被压缩，穿轴式压力传感器14受到弹簧20的压力，其压力信号转化为电信号经过通讯电缆传输至随车控制柜上。
本发明能够对电力液压块式制动器的工作状态进行自动在线监测，将所测数据进行存储后可用于建立制动器状态参数变化趋势的研究。通过对制动器摩擦副温度、拉杆位移以及弹簧压力的测量，再经过相应公式计算可得到制动器制动力矩、制动块磨损量以及制动块退距等相应参数，将其与主控制器中提前输入的示警值进行比较，当某个参数超过示警值时，报警，需要停机并进行检修或更换零部件。本装置可以实时、准确地将监测，指导现场的维修保养工作，具有较强的实际应用价值。
附图说明：
图1是本发明的电力液压块式制动器结构示意图；
图2是本发明的电力液压块式制动器状态参数监测装置构架图；
图3是本发明装置中的红外测温仪的安装示意图；
图4是本发明装置中的穿轴式压力传感器、光栅尺读数头及光栅尺身的安装示意图(图1的A向视图)；
图中：1、推动器；2、右制动臂；3、制动块；4、制动盘；5、螺钉组；6、红外测温仪；7、杠杆板；8、推杆；9、框形拉板；10、拉杆；11、螺母；12、垫圈；13、活动卡板；14、穿轴式压力传感器；15、挡圈；16、第一螺栓组；17、光栅尺读数头；18、L形板；19、光栅尺身；20、弹簧；21、第二螺栓组；22、紧定螺钉；23、套筒；24、左制动臂。
具体实施方式：
如图1、2所示，本发明提供的电力液压块式制动器状态参数监测装置包括硬件部分和软件部分；硬件部分包括红外测温仪6、穿轴式压力传感器14、光栅尺读数头17、光栅尺身19、挡圈15、随车控制柜、无线发射器、无线接收器、主控制器、显示器、继电器及电缆电源；软件部分包括无线通信模块、数据采集与处理模块、测量控制模块。
本发明中测量的制动器型号为YWZB-400/45系列电力液压块式制动器，额定制动力矩1000N·m，许用退距为0.8mm。本装置所用穿轴式压力传感器14的型号为JHBT-H型穿轴式测力传感器，量程为180KN，综合精度0.1％F·S，允许过负荷120％F·S。本装置中所用光栅尺位移传感器即光栅尺读数头17和读数头19为LIP300海德汉光栅尺，该系列光栅尺测量精度高(μ级)，测量范围为70mm～270mm。所用红外测温仪型号为SA-D50A，温度范围为50℃～400℃，测量误差为±5％。
测量装置的工作过程如下：
(1)监测装置起始位置为：在未使用过的电力液压块式制动器上，安装监测装置，电力液压块式制动器处于抱闸状态，即此时制动器上制动块3处于抱闸状态。
(2)在监测装置的主控制器操作界面上，输入制动器初始参数和示警阈值。包括制动盘4的摩擦系数μ为0.35、制动盘4的直径D为φ400mm、制动臂比ξ为2、额定制动力矩Me为1000N·m，许用摩擦片磨损量δ0为5mm、制动块退距h0为0.8mm、许用摩擦副温度t1为400℃、制动力矩安全系数K为2。
(3)制动器工作前，先给监测装置送电，此时制动器抱闸，光栅尺读数头17L0的读数为0.050mm。
(4)制动器工作一段时间后，进行制动器工作状态的监测，启动监测装置进行测量。通过穿轴式压力传感器14，分别测得制动器抱闸时弹簧20压缩力P1为2635N，开闸时弹簧压缩力P2为3122N,按式M＝μξP1D计算得到制动器工作时所具有的制动力矩为737.8N·m。
同时，通过光栅尺读数头17，分别测得制动器抱闸时光栅尺身19上L1的读数为2.472mm，制动器开闸时光栅尺身19上L2的读数为7.670mm。按公式
Figure GDA0002769991030000051
计算得到制动块3的磨损量为0.61mm，再按公式
Figure GDA0002769991030000052
计算得到制动过程中所述制动块3退距为1.30mm。
(5)制动器工作状态下，通过红外测温仪6测得制动器工作状态下制动盘4的表面温度t2为324.6℃。
(6)经过本发明装置测量计算得到此时制动器制动力矩为737.8N·m，显然M＞Me/K，说明制动力矩充足，安全；制动块3的磨损量为0.61mm，显然δ＜δ0，制动块厚度大于许用厚度，安全；制动块3退距为1.30mm，显然h＞h0，说明所述制动块3可以正常开闸；所述制动盘4温度t2为324.6℃，小于许用摩擦副温度t1，表示摩擦副温度正常。

Claims (2)

1.电力液压块式制动器状态监测装置，其特征在于该装置包括硬件部分和软件部分；所述硬件部分包括红外测温仪(6)、穿轴式压力传感器(14)、光栅尺读数头(17)、光栅尺身(19)、随车控制柜、无线发射器、无线接收器、主控制器、显示器、继电器及电缆电源；所述软件部分包括无线通信模块、数据采集与处理模块、测量控制模块；所述红外测温仪(6)通过螺钉组(5)固定在右制动臂(2)上，所述右制动臂(2)面向制动盘(4)，所述光栅尺读数头(17)通过第一螺栓组(16)固定在L形板(18)的悬臂端内侧，所述光栅尺身(19)通过第二螺栓组(21)固定在框形拉板(9)的外侧，所述L形板(18)与套筒(23)焊接为一体，所述套筒(23)套装在拉杆(10)上，所述拉杆(10)位于所述框形拉板(9)的外端，所述套筒(23)通过紧定螺钉(22)固定在所述拉杆(10)上；所述穿轴式压力传感器(14)套装在所述拉杆(10)上，所述穿轴式压力传感器(14)位于弹簧(20)右端与活动卡板(13)之间，所述弹簧(20)右端部和所述穿轴式压力传感器(14)之间由挡圈(15)隔开；所述红外测温仪(6)、所述穿轴式压力传感器(14)及所述光栅尺读数头(17)分别通过电缆与所述随车控制柜相连，所述随车控制柜通过通讯电缆与所述无线发射器相连。
2.如权利要求1所述监测装置的监测方法，其特征在于所述监测方法的具体步骤如下：
(1)所述监测装置起始位置为：在未使用过的电力液压块式制动器上，安装所述监测装置，所述制动器处于抱闸状态，即此时所述制动器上的制动块(3)处于抱闸状态；
(2)在所述监测装置的主控制器操作界面上，输入所述制动器初始参数和示警阈值，所述初始参数和示警阈值包括制动盘(4)的摩擦系数μ及直径D、制动臂比ξ、额定制动力矩Me、许用摩擦片磨损量δ0、制动块退距h0、许用摩擦副温度t1、制动力矩安全系数K；
(3)所述制动器工作前，先给所述监测装置送电，此时制动器抱闸，所述光栅尺读数头(17)的读数为L0；
(4)所述制动器工作一段时间后，进行所述制动器工作状态的监测，启动所述监测装置进行监测，通过所述穿轴式压力传感器(14)，分别测得所述制动器抱闸时所述弹簧(20)的压缩力P1，开闸时所述弹簧(20)的压缩力P2，按公式M＝μξP1D计算所述制动器工作时所具有的制动力矩；同时，通过所述光栅尺读数头(17)，分别测得所述制动器抱闸时所述光栅尺身(19)上的读数L1，所述制动器开闸时所述光栅尺身(19)上的读数L2，按公式
Figure FDA0002769991020000011
计算所述制动块(3)的磨损量，再按公式
Figure FDA0002769991020000012
计算制动过程中所述制动块(3)的退距h；
(5)所述制动器工作状态下，通过所述红外测温仪(6)测得所述制动器工作状态下所述制动盘(4)的表面温度t2；
(6)对所述制动器工作状态进行判断：当M<Me/K时，所述制动器制动力矩不足，报警；当δ>δ0时，所述制动块(3)磨损过度，需要更换；当h<h0时，所述制动块(3)无法正常开闸，报警；当t2>t1时，摩擦副温度过高，制动失效，报警；当P1＝0时，所述弹簧(20)失效，报警；当P2＝0，推杆(8)或杠杆板(7)或所述右制动臂(2)或左制动臂(24)出现机械故障开不了闸，报警。
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