CN113309803B - 一种常闭型电机械盘式制动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种常闭型电机械盘式制动器，涉及电机械制动、矿井提升机制动领域，制动器工作原理是以力矩电机为动力源，经行星减速器降速增扭，通过滚珠丝杆副将旋转运动转换为直线运动，滚珠螺母带动活塞压缩蝶形弹簧，蝶形弹簧作为蓄能器为制动器蓄能；制动器执行模块由外到内依次为制动器壳体、蝶形弹簧、滚珠丝杠，制动器壳体一侧安装端盖，另一侧沿轴线由外到内依次安装闸瓦、闸瓦支撑件、滚珠螺母、活塞、蝶形弹簧，滚珠丝杠作为执行模块输入轴，接收动力模块的旋转运动和扭矩，光电位移传感器通过传感器支架与闸瓦支撑件连接，光电位移传感器的零点位置与闸瓦摩擦面对齐，在闸瓦支撑件带动下，与闸瓦同步运动，监测闸瓦位移。

Description

一种常闭型电机械盘式制动器

技术领域

本发明涉及电机械制动、矿井提升机制动领域，具体是一种常闭型电机械盘式制动器。

背景技术

矿井提升机是连接井下生产系统和地面工作广场的关键枢纽，担负运输人员、物料等重要任务。矿井提升机必须具有合适的制动力矩，制动力矩过大会造成提升机急剧减速，易出现滑绳、断绳等机械事故，过小则不能有效减速，易出现提升机过卷、过放事故。提升机工况变化时，合适的制动力矩也在变化，因此制动力矩可调整型是提升机可靠运行的重要保证。《煤矿安全规程》第四百二十三条要求，提升机必须装设闸间隙保护装置，当闸瓦间隙超过规定值时，能报警并闭锁下次开车；第四百二十五条要求能实现工作制动和安全制动两种模式，安全制动即有常闭功能；第四百二十六条要求，制动器空动时间不得超过0.3秒，制动器闸瓦与闸盘之间的间隙不得超过2mm。受制动器闸瓦片磨损等因素影响，闸间隙会发生变化，因此制动器在工作时应能够监测闸间隙。目前，矿井提升机大都采用液压盘式制动器，依靠高压油液与碟形弹簧的配合使用，产生摩擦力，形成提升机制动力矩，液压制动器的闸间隙监测与调整需人工完成，自动化程度低，且制动效果易受油污影响。为此，需要开发一种能够监测调整闸瓦间隙、制动力矩可调的常闭型盘式制动器。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种常闭型电机械盘式制动器，该制动器能实现工作制动和安全制动两种制动方案，可以调节制动力矩、修正制动闸瓦与制动盘之间的间隙、检测盘式制动器的空动时间，确保盘式制动闸具有可靠的制动性能。

本发明是通过以下技术方案实现：

一种常闭型电机械盘式制动器，包括动力模块、执行模块和传感器，所述动力模块由力矩电机、行星减速器和减速器支架组成，三者固定连接并安装在机架上，动力模块通过联轴器与执行模块连接，输送动力，动力模块输出轴、执行模块输入轴以及联轴器均设平键连接，传递大扭矩。

所述执行模块由外到内依次为制动器壳体、蝶形弹簧、滚珠丝杠，制动器壳体一侧安装端盖，另一侧沿轴线由外到内依次安装闸瓦、闸瓦支撑件、滚珠螺母、活塞、蝶形弹簧。

所述滚珠丝杠安装在壳体轴心处，滚珠丝杠作为执行模块输入轴，通过连轴器接收动力模块的旋转运动和扭矩，制动器壳体和端盖通过推力轴承和滚动轴承限制滚珠丝杠的自由度，保证其仅绕轴线平稳转动。

所述蝶形弹簧安装在壳体空腔内，蝶形弹簧一侧为制动器壳体，另一侧为活塞，活塞周向布置的四个凸台嵌入制动器壳体的四个滑槽中，起导向和周向固定作用。

所述闸瓦支撑件通过螺栓与滚珠螺母、活塞紧固连接，闸瓦支撑件与活塞安装在滚珠螺母两侧，滚珠螺母将滚珠丝杠的旋转运动转变为直线运动，闸瓦支撑件、活塞、滚珠螺母同步移动，进而压缩蝶形弹簧，产生预紧力，闸瓦安装在闸瓦支撑件端面。

所述光电位移传感器通过传感器支架与闸瓦支撑件连接，光电位移传感器的零点位置与闸瓦摩擦面对齐，在闸瓦支撑件带动下，与闸瓦同步运动，监测闸瓦位移。

本发明的有益效果：

本发明使用力矩电机、行星减速器配合滚珠丝杠副调节蝶形弹簧压缩量，能够实现快速反应、在线调整制动力矩，通过精准控制电机电源的输入，制动力矩的调整也更加精准。

同时，光电位移传感器的使用，实现了监测制动间隙的功能，并且电路控制系统根据传感器的监测数据，能够实时调节闸瓦间隙、测算空动时间，智能电控系统代替液压系统，省去了液压式制动器复杂的液压回路，通过数字程序设置工作制动和安全制动两种模式，其操作简单，维护方便，适用性强。

本发明通过蝶形弹簧与滚珠丝杠共同调节制动力矩，初始状态下，电机无输入，滚珠螺母处于初始位置，闸瓦由蝶形弹簧推动挤压制动盘，产生制动力矩，实现制动器常闭；当电机工作时，滚珠螺母带动活塞与制动器壳体组成活塞机构，压缩蝶形弹簧，带动闸瓦平稳移动，且滚珠丝杠副由自锁特性，在没有外部能源输入的情况下稳定在敞闸状态，能量利用率高；采用具有反馈机制的控制系统，使制动闸具有自适应调节的能力，扩大的使用范围，市场适应性更高。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例，下面将对实施例所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明制动器三维结构图；

图2为本发明制动机构简图；

附图中各标号所代表的部件列表如下：

1-闸瓦，2-光电位移传感器，3-位移传感器支架，4-闸瓦支撑件，5-活塞，6-滚珠螺母，7-蝶形弹簧，8-制动器壳体，9-推力轴承，10-滚珠丝杠，11-端盖，12-滚动轴承，13-联轴器，14-减速器支架，15-行星减速器，16-力矩电机，17-机架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种常闭型电机械盘式制动器，如图1和图2所示，包括动力模块、执行模块和传感器。动力模块由力矩电机(16)、行星减速器(15)和减速器支架(14)组成，安装方式如图1所示，力矩电机(16)与行星减速器(15)通过法兰连接，并一起安装在减速器支架(14)一侧，通过地脚螺丝固定在机架(17)上。动力模块输出轴通过联轴器(13)与执行模块的滚珠丝杠(10)连接，且两轴均带键槽，通过平键与联轴器(13)周向固定，保证大扭矩的可靠传递。

执行模块最外层为制动器壳体(8)，制动器壳体(8)通过地脚螺丝安装在机架(17)上，蝶形弹簧(7)安装在制动器壳体(8)空腔内，蝶形弹簧(7)一侧抵住壳体内壁，另一侧被活塞(5)压紧。活塞(5)周向均布的四个凸台嵌入制动器壳体(8)内壁的四个滑槽中，起导向和周向固定作用。壳体轴心处安装滚珠丝杠(10)，滚珠丝杠(10)一端通过连轴器(13)接收动力模块的旋转运动，如图1所示，制动器壳体(8)和端盖(11)通过推力轴承(9)和滚动轴承(12)限制滚珠丝杠(10)的自由度，保证其平稳转动。滚珠丝杠(10)与滚珠螺母(6)形成滚珠丝杠副，实现增力和自锁，滚珠螺母(6)通过螺栓与活塞(5)、闸瓦支撑件(4)紧固连接，活塞(5)、闸瓦支撑件(4)安装在滚珠螺母(6)两侧，滚珠螺母(6)将滚珠丝杠(10)的旋转运动转变为直线运动，活塞(5)、滚珠螺母(6)、闸瓦支撑件(4)同步移动，在滚珠螺母(6)的带动下压缩蝶形弹簧(7)，产生预紧力。闸瓦(1)安装在闸瓦支撑件(4)另一侧，光电位移传感器(2)通过传感器支架(3)与闸瓦支撑件(4)连接，光电位移传感器(2)与闸瓦(1)同步运动。

光电位移传感器(2)零点位置与闸瓦(1)摩擦面平齐，监测制动时闸瓦(1)与制动盘的相对位移，通过程序计算闸间隙，并通过调整电机输入，控制滚珠螺母(6)位移，进而调整闸瓦(1)位置，实现修正闸间隙的功能。通过识别光电位移传感器(2)输出信号的变化，测出闸瓦(1)制动时移动所用时间，即制动闸空动时间，进而通过程序控制形成闭环反馈，保证空动时间不超过0.3秒。

本发明的具体应用过程为：

安装人员将制动器安装的机架(17)上，力矩电机(16)通电旋转，经行星减速器(15)减速增扭，通过联轴器(13)带动滚珠丝杠(10)旋转，进而使滚珠螺母(6)向蝶形弹簧(7)方向移动，滚珠螺母(6)推动活塞(5)压缩蝶形弹簧(7)，使蝶形弹簧(7)产生预紧力。当蝶形弹簧(7)压缩到额定压缩量后，以制动器闸瓦(1)距制动盘1mm制动间隙为基准，将制动器整体安装固定，此时光电位移传感器(2)示数为制动间隙1mm，力矩电机(16)处于最大旋转角度，最大输出力矩。由于滚珠丝杠副具有自锁特性，故当蝶形弹簧(7)达到目标压缩量，滚珠螺母(6)处于最大位移后，力矩电机(16)可以停止接受电压输入，减少能量消耗，滚珠螺母(6)因自锁而停止移动，制动器保持敞闸状态。

制动时，力矩电机(16)通电旋转，滚珠螺母(6)带动活塞(5)释放蝶形弹簧(7)，闸瓦(1)向制动盘方向贴近，光电位移传感器(2)示数开始减小。当闸瓦(1)贴紧制动盘，产生摩擦力，形成提升机制动力矩，提升机开始减速，此时闸瓦(1)紧压制动盘，位移停止，光电位移传感器(2)示数减至最小值，通过光电位移传感器(2)示数的变化可以计算得到制动间隙和制动器空动时间。闭闸制动正压力由蝶形弹簧提供，完成闭闸动作后力矩电机(16)断开电源，由蝶形弹簧(7)弹力压紧闸瓦(1)，实现制动器常闭。

制动器工作时，依工况调节力矩电机(16)的输入电源，进而调节力矩电机(16)的输出力矩，即调节滚珠丝杠(10)的扭矩。当滚珠丝杠(10)扭矩发生变化时，滚珠螺母(6)的推力同时对应改变，滚珠螺母(6)推力与蝶形弹簧(7)弹力方向相反，二力差值为闸瓦(1)正压力，通过调节力矩电机(16)电源实现对制动正压力的调节。光电位移传感器(2)测得的闸间隙作为反馈信号输入控制系统，通过调整滚珠螺母(6)位移修正闸间隙。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为表示包括一个或多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令模块、片段、部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或相反的顺序来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种常闭型电机械盘式制动器，包括：闸瓦(1)、光电位移传感器(2)、位移传感器支架(3)、闸瓦支撑件(4)、活塞(5)、滚珠螺母(6)、蝶形弹簧(7)、制动器壳体(8)、推力轴承(9)、滚珠丝杠(10)、端盖(11)、滚动轴承(12)、联轴器(13)、减速器支架(14)、行星减速器(15)、力矩电机(16)和机架(17)，其特征在于：所述常闭型电机械盘式制动器由动力模块、执行模块和传感器组成；所述动力模块包括力矩电机(16)、行星减速器(15)和减速器支架(14)，力矩电机(16)与行星减速器(15)通过法兰连接，并一起安装在减速器支架(14)一侧，通过地脚螺丝固定在机架(17)上，动力模块输出轴通过联轴器(13)与执行模块的滚珠丝杠(10)连接，且两轴均带键槽，通过平键与联轴器(13)周向固定，保证大扭矩的可靠传递；

所述执行模块由外到内依次为制动器壳体(8)、蝶形弹簧(7)和滚珠丝杠(10)，制动器壳体(8)一侧安装端盖(11)，另一侧沿轴线由外到内依次安装闸瓦(1)、闸瓦支撑件(4)、滚珠螺母(6)、活塞(5)和蝶形弹簧(7)；

所述滚珠丝杠(10)安装在制动器壳体(8)轴心处，滚珠丝杠(10)作为执行模块输入轴，通过联轴器(13)接收动力模块的旋转运动和扭矩，制动器壳体(8)和端盖(11)通过推力轴承(9)和滚动轴承(12)限制滚珠丝杠(10)的自由度，保证其仅绕轴线平稳转动；

所述蝶形弹簧(7)安装在制动器壳体(8)空腔内，蝶形弹簧(7)一侧为制动器壳体(8)，另一侧为活塞(5)，活塞(5)周向布置的四个凸台嵌入制动器壳体(8)的四个滑槽中，起导向和周向固定作用；

所述闸瓦支撑件(4)通过螺栓与滚珠螺母(6)、活塞(5)紧固连接，闸瓦支撑件(4)与活塞(5)安装在滚珠螺母(6)两侧，滚珠螺母(6)将滚珠丝杠(10)的旋转运动转变为直线运动，闸瓦支撑件(4)、活塞(5)、滚珠螺母(6)同步移动，进而压缩蝶形弹簧(7)，产生预紧力，闸瓦(1)安装在闸瓦支撑件(4)端面；

所述光电位移传感器(2)通过传感器支架(3)与闸瓦支撑件(4)连接，光电位移传感器(2)的零点位置与闸瓦(1)摩擦面对齐，在闸瓦支撑件(4)带动下，与闸瓦(1)同步运动，监测制动时闸瓦(1)与制动盘的相对位移，通过程序计算闸间隙，并通过调整电机输入，控制滚珠螺母(6)位移，进而调整闸瓦(1)位置，实现修正闸间隙的功能；通过识别光电位移传感器(2)输出信号的变化，测出闸瓦(1)制动时移动所用时间，进而通过程序控制形成闭环反馈，保证空动时间不超过0.3秒；

制动器工作时，依工况调节力矩电机(16)的输入电源，进而调节力矩电机(16)的输出力矩，通过调节力矩电机(16)电源实现对制动正压力的调节。