CN113586628B - 一种用于盘式制动器的数字液压和电磁复合制动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于盘式制动器的数字液压和电磁复合制动系统，包括动力源单元、系统压力控制阀组、高压控制阀组、低压控制阀组、制动油缸组、电磁制动器组和集中电控部分。本发明可以控制系统压力控制阀组动作对系统压力进行控制调节以保护系统安全，可以控制高压控制阀组或低压控制阀组动作实现松闸或制动；当制动系统所需制动的是重载荷时，可以实现液压制动和电磁制动两套制动装置进行联合制动；当系统所需制动负载是轻载荷、且需紧急制动时，可以控制电磁制动器进行制动，不仅可以实现紧急制动，而且可避免电机和液压泵的频繁启停，能够满足对制动油缸的制动压力的快速响应和精确控制要求，特别适用于矿山带式输送装备的制动系统。

Description

一种用于盘式制动器的数字液压和电磁复合制动系统
技术领域
本发明涉及一种制动系统，具体是一种适用于盘式制动器的数字液压和电磁复合制动系统，属于盘式制动器技术领域。
背景技术
盘式制动系统因其具有高负载时耐高温性能好、制动效果稳定等优点广泛应用于提升机和冶金、港口、矿山带式输送装备中，是保证运行安全、可靠停止的关键系统。盘式制动系统摩擦副中的旋转元件是以端面工作的金属圆盘(称为制动盘)，摩擦元件从两侧夹紧制动盘而产生制动。盘式制动系统应用于矿山带式输送装备中，用于上运时能防止因逆止器失效而引起的倒飞车事故，用于下运时能有效防止飞车、超速等事故的发生，使输送装备的运输工作更加安全可靠。
现有的盘式制动系统多采用传统液压技术方案，采用溢流阀控制系统压力、比例压力阀控制制动缸压力、换向阀控制制动油缸的加载和泄压。这种传统的液压控制方式存在以下三点缺陷：
1、输送装备通常工作环境比较恶劣，一旦比例阀和溢流阀被污染，则元件难以保证可靠工作，由于控制元件的唯一性，输送装备可能因此停机；
2、由于通过换向阀实现制动油缸的加载和泄压，难以避免在制动系统工作状态切换过程中，产生较大的系统震荡，给整个制动系统带来一定程度的损害；
3、由于溢流阀和比例压力阀建压时间普遍较慢，因此难以迅速精确制动，难以满足对紧急制动的快速响应要求。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于盘式制动器的数字液压和电磁复合制动系统，能够满足对制动油缸的制动压力的快速响应和精确控制要求，特别适用于矿山带式输送装备的制动系统。
为了实现上述目的，本用于盘式制动器的数字液压和电磁复合制动系统包括动力源单元、系统压力控制阀组、高压控制阀组、低压控制阀组、制动油缸组、电磁制动器组和集中电控部分；
所述的动力源单元包括油箱、电机、液压泵和单向阀，与电机传动连接的液压泵的输入端与油箱连接，液压泵的输出端与单向阀的输入端连接；
所述的系统压力控制阀组包括多个微型高速数字阀Ⅰ，多个微型高速数字阀Ⅰ的输入端和输出端分别连通设置呈并联连接结构，系统压力控制阀组的输入端与单向阀的输出端连接，系统压力控制阀组的输出端与油箱连接，用于检测系统压力的第一压力传感器与单向阀的输出端连接；
所述的高压控制阀组包括多个微型高速数字阀Ⅱ，多个微型高速数字阀Ⅱ的输入端和输出端分别连通设置呈并联连接结构，高压控制阀组的输入端与单向阀的输出端连接，用于检测高压控制阀组输出压力的第二压力传感器与高压控制阀组的输出端连接；
所述的低压控制阀组包括多个微型高速数字阀Ⅲ，多个微型高速数字阀Ⅲ的输入端和输出端分别连通设置呈并联连接结构，低压控制阀组的输入端与高压控制阀组的输出端连接，低压控制阀组的输出端与油箱连接；
所述的制动油缸组包括对应制动盘的端面设置的制动油缸，制动油缸是设有复位弹簧的常闭式结构，制动油缸的伸缩端通过摩擦元件顶靠在制动盘的端面上，制动油缸与高压控制阀组的输出端连接；
所述的电磁制动器组包括对应制动盘的端面设置的电磁制动器；
所述的集中电控部分包括控制器和制动控制回路，控制器分别与电机、微型高速数字阀Ⅰ、第一压力传感器、微型高速数字阀Ⅱ、第二压力传感器、微型高速数字阀Ⅲ和电磁制动器电连接。
作为本发明的进一步改进方案，用于盘式制动器的数字液压和电磁复合制动系统还包括蓄能器，蓄能器与单向阀的输出端连接。
作为本发明的进一步改进方案，制动油缸的复位弹簧设置在无杆腔内，制动油缸的有杆腔与高压控制阀组的输出端连接。
作为本发明的进一步改进方案，制动油缸包括第一制动油缸和第二制动油缸，第一制动油缸和第二制动油缸左右对置设置在制动盘的端面两侧，第一制动油缸和第二制动油缸的伸缩端分别通过摩擦元件顶靠在制动盘的端面上，第一制动油缸和第二制动油缸分别与高压控制阀组的输出端连接。
作为本发明的进一步改进方案，电磁制动器包括第一电磁制动器和第二电磁制动器，第一电磁制动器和第二电磁制动器左右对置设置在制动盘的端面两侧。
作为本发明的进一步改进方案，动力源单元还包括过滤器。
作为本发明的进一步改进方案，过滤器包括粗过滤器和精过滤器，液压泵的输入端通过粗过滤器与油箱连接，液压泵的输出端通过精过滤器与单向阀的输入端连接。
作为本发明的进一步改进方案，微型高速数字阀Ⅰ、微型高速数字阀Ⅱ和微型高速数字阀Ⅲ均是二位二通常闭式电磁阀。
作为本发明的一种实施方式，电机是直流电机。
作为本发明的一种实施方式，液压泵是齿轮泵。
与现有技术相比，本用于盘式制动器的数字液压和电磁复合制动系统的控制器可以根据第一压力传感器的反馈通过PWM控制信号控制系统压力控制阀组动作对系统压力进行控制调节，保护系统安全；当需要处于松闸运行状态时，控制器可以根据第二压力传感器的反馈通过PWM控制信号控制高压控制阀组动作对第一制动油缸和第二制动油缸的有杆腔进行高压控制，使第一制动油缸和第二制动油缸的伸缩端克服复位弹簧的弹力而缩入、摩擦元件脱离制动盘的端面，同时，控制器控制低压控制阀组处于失电状态；当需要处于制动状态时，控制器通过PWM控制信号控制低压控制阀组动作对第一制动油缸和第二制动油缸的有杆腔进行低压控制，使第一制动油缸和第二制动油缸的伸缩端在复位弹簧的弹力作用下伸出、摩擦元件顶靠在制动盘的端面上实现制动，同时控制器控制高压控制阀组处于失电状态；当制动系统所需制动的是重载荷时，系统启动液压制动和电磁制动两套制动装置进行联合制动，使制动盘快速制动；当系统所需制动负载是轻载荷、且需紧急制动时，控制器控制第一电磁制动器和第二电磁制动器动作抱紧制动盘，不仅可以实现紧急制动，而且可避免电机和液压泵的频繁启停，能够满足对制动油缸的制动压力的快速响应和精确控制要求，特别适用于矿山带式输送装备的制动系统。
附图说明
图1是本发明的液压原理图。
图中：1-油箱，2-粗过滤器，3-电机，4-液压泵，5-精过滤器，6-单向阀，7-第一微型高速数字阀，8-第二微型高速数字阀，9-第三微型高速数字阀，10-蓄能器，11-第四微型高速数字阀，12-第五微型高速数字阀，13-第六微型高速数字阀，14-第一压力传感器，15-第七微型高速数字阀，16-第八微型高速数字阀，17-第九微型高速数字阀，18-第二压力传感器，19-第一制动油缸，20-第二制动油缸，21-第一电磁制动器，22-第二电磁制动器，23-制动盘。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，本用于盘式制动器的数字液压和电磁复合制动系统包括动力源单元、系统压力控制阀组、高压控制阀组、低压控制阀组、制动油缸组、电磁制动器组和集中电控部分。
所述的动力源单元包括油箱1、粗过滤器2、电机3、液压泵4、精过滤器5和单向阀6，与电机3传动连接的液压泵4的输入端通过粗过滤器2与油箱1连接，液压泵4的输出端通过精过滤器5与单向阀6的输入端连接。
所述的系统压力控制阀组包括第一微型高速数字阀7、第二微型高速数字阀8和第三微型高速数字阀9，第一微型高速数字阀7、第二微型高速数字阀8和第三微型高速数字阀9的输入端和输出端分别连通设置呈并联连接结构，系统压力控制阀组的输入端与单向阀6的输出端连接，系统压力控制阀组的输出端与油箱1连接，用于检测系统压力的第一压力传感器14与单向阀6的输出端连接。
所述的高压控制阀组包括第四微型高速数字阀11、第五微型高速数字阀12和第六微型高速数字阀13，第四微型高速数字阀11、第五微型高速数字阀12和第六微型高速数字阀13的输入端和输出端分别连通设置呈并联连接结构，高压控制阀组的输入端与单向阀6的输出端连接，用于检测高压控制阀组输出压力的第二压力传感器18与高压控制阀组的输出端连接。
所述的低压控制阀组包括第七微型高速数字阀15、第八微型高速数字阀16和第九微型高速数字阀17，第七微型高速数字阀15、第八微型高速数字阀16和第九微型高速数字阀17的输入端和输出端分别连通设置呈并联连接结构，低压控制阀组的输入端与高压控制阀组的输出端连接，低压控制阀组的输出端与油箱1连接。
所述的制动油缸组包括第一制动油缸19和第二制动油缸20，第一制动油缸19和第二制动油缸20左右对置设置在制动盘23的端面两侧，第一制动油缸19和第二制动油缸20是无杆腔内设有复位弹簧的常闭式结构，第一制动油缸19和第二制动油缸20的伸缩端分别通过摩擦元件顶靠在制动盘23的端面上，第一制动油缸19和第二制动油缸20的有杆腔分别与高压控制阀组的输出端连接。
所述的电磁制动器组包括第一电磁制动器21和第二电磁制动器22，第一电磁制动器21和第二电磁制动器22左右对置设置在制动盘23的端面两侧。
所述的集中电控部分包括控制器和制动控制回路，控制器分别与电机3、第一微型高速数字阀7、第二微型高速数字阀8、第三微型高速数字阀9、第一压力传感器14、第四微型高速数字阀11、第五微型高速数字阀12、第六微型高速数字阀13、第二压力传感器18、第七微型高速数字阀15、第八微型高速数字阀16、第九微型高速数字阀17、第一电磁制动器21和第二电磁制动器22电连接。
本用于盘式制动器的数字液压和电磁复合制动系统的工作原理：控制器可以根据第一压力传感器14的反馈通过PWM控制信号控制系统压力控制阀组的第一微型高速数字阀7或第二微型高速数字阀8或第三微型高速数字阀9动作对系统压力进行控制调节，保护系统安全；当需要处于松闸运行状态时，控制器可以根据第二压力传感器18的反馈通过PWM控制信号控制高压控制阀组的第四微型高速数字阀11或第五微型高速数字阀12或第六微型高速数字阀13动作对第一制动油缸19和第二制动油缸20的有杆腔进行高压控制，使第一制动油缸19和第二制动油缸20的伸缩端克服复位弹簧的弹力而缩入、摩擦元件脱离制动盘23的端面，同时，控制器控制低压控制阀组的第七微型高速数字阀15、第八微型高速数字阀16和第九微型高速数字阀17处于失电状态；当需要处于制动状态时，控制器通过PWM控制信号控制低压控制阀组的第七微型高速数字阀15或第八微型高速数字阀16或第九微型高速数字阀17动作对第一制动油缸19和第二制动油缸20的有杆腔进行低压控制，使第一制动油缸19和第二制动油缸20的伸缩端在复位弹簧的弹力作用下伸出、摩擦元件顶靠在制动盘23的端面上实现制动，同时控制器控制高压控制阀组的第四微型高速数字阀11、第五微型高速数字阀12和第六微型高速数字阀13处于失电状态。由于液压制动器是经过电-磁-机-液等多个物理场的能量转换而进行制动工作，且液压管路长度、管道接头，阀的压降等都造成了一定的能量损失，而电磁制动器是直接从电能转换为磁能，再进行机械能制动，因而电磁制动器具备着响应迅速的优势，当制动系统所需制动的是重载荷时，系统启动液压制动和电磁制动两套制动装置进行联合制动，使制动盘23快速制动；当系统所需制动负载是轻载荷、且需紧急制动时，控制器控制第一电磁制动器21和第二电磁制动器22动作抱紧制动盘23，不仅可以实现紧急制动，而且可避免电机3和液压泵4的频繁启停。
当制动系统处于松闸运行状态时，在系统压力调整结束后为了降低能耗，作为本发明的进一步改进方案，本用于盘式制动器的数字液压和电磁复合制动系统还包括蓄能器10，蓄能器10与单向阀6的输出端连接。当制动系统处于松闸运行状态时，由于蓄能器10的存在，在系统压力调整结束后电机3和液压泵4可以实现停机，由蓄能器10中的油液可经高压控制阀组进入第一制动油缸19和第二制动油缸20的有杆腔对系统进行保压和补偿泄漏。

Claims (10)

1.一种用于盘式制动器的数字液压和电磁复合制动系统，其特征在于，包括动力源单元、系统压力控制阀组、高压控制阀组、低压控制阀组、制动油缸组、电磁制动器组和集中电控部分；
所述的动力源单元包括油箱(1)、电机(3)、液压泵(4)和单向阀(6)，与电机(3)传动连接的液压泵(4)的输入端与油箱(1)连接，液压泵(4)的输出端与单向阀(6)的输入端连接；
所述的系统压力控制阀组包括多个微型高速数字阀Ⅰ，多个微型高速数字阀Ⅰ的输入端和输出端分别连通设置呈并联连接结构，系统压力控制阀组的输入端与单向阀(6)的输出端连接，系统压力控制阀组的输出端与油箱(1)连接，用于检测系统压力的第一压力传感器(14)与单向阀(6)的输出端连接；
所述的高压控制阀组包括多个微型高速数字阀Ⅱ，多个微型高速数字阀Ⅱ的输入端和输出端分别连通设置呈并联连接结构，高压控制阀组的输入端与单向阀(6)的输出端连接，用于检测高压控制阀组输出压力的第二压力传感器(18)与高压控制阀组的输出端连接；
所述的低压控制阀组包括多个微型高速数字阀Ⅲ，多个微型高速数字阀Ⅲ的输入端和输出端分别连通设置呈并联连接结构，低压控制阀组的输入端与高压控制阀组的输出端连接，低压控制阀组的输出端与油箱(1)连接；
所述的制动油缸组包括对应制动盘(23)的端面设置的制动油缸，制动油缸是设有复位弹簧的常闭式结构，制动油缸的伸缩端通过摩擦元件顶靠在制动盘(23)的端面上，制动油缸与高压控制阀组的输出端连接；
所述的电磁制动器组包括对应制动盘(23)的端面设置的电磁制动器；
所述的集中电控部分包括控制器和制动控制回路，控制器分别与电机(3)、微型高速数字阀Ⅰ、第一压力传感器(14)、微型高速数字阀Ⅱ、第二压力传感器(18)、微型高速数字阀Ⅲ和电磁制动器电连接；
控制器根据第一压力传感器(14)的反馈通过PWM控制信号控制系统压力控制阀组的微型高速数字阀Ⅰ动作对系统压力进行控制调节；当需要处于松闸运行状态时，控制器根据第二压力传感器(18)的反馈通过PWM控制信号控制高压控制阀组的微型高速数字阀Ⅱ动作对第一制动油缸(19)和第二制动油缸(20)的有杆腔进行高压控制，使第一制动油缸(19)和第二制动油缸(20)的伸缩端克服复位弹簧的弹力而缩入、摩擦元件脱离制动盘(23)的端面，同时，控制器控制低压控制阀组的微型高速数字阀Ⅲ处于失电状态；当需要处于制动状态时，控制器通过PWM控制信号控制低压控制阀组的微型高速数字阀Ⅲ动作对第一制动油缸(19)和第二制动油缸(20)的有杆腔进行低压控制，使第一制动油缸(19)和第二制动油缸(20)的伸缩端在复位弹簧的弹力作用下伸出、摩擦元件顶靠在制动盘(23)的端面上，同时控制器控制高压控制阀组的微型高速数字阀Ⅱ处于失电状态；当制动系统所需制动的是重载荷时，系统启动液压制动和电磁制动两套制动装置进行联合制动；当系统所需制动负载是轻载荷、且需紧急制动时，控制器控制电磁制动器动作抱紧制动盘(23)。
2.根据权利要求1所述的用于盘式制动器的数字液压和电磁复合制动系统，其特征在于，用于盘式制动器的数字液压和电磁复合制动系统还包括蓄能器(10)，蓄能器(10)与单向阀(6)的输出端连接。
3.根据权利要求1所述的用于盘式制动器的数字液压和电磁复合制动系统，其特征在于，制动油缸的复位弹簧设置在无杆腔内，制动油缸的有杆腔与高压控制阀组的输出端连接。
4.根据权利要求3所述的用于盘式制动器的数字液压和电磁复合制动系统，其特征在于，制动油缸包括第一制动油缸(19)和第二制动油缸(20)，第一制动油缸(19)和第二制动油缸(20)左右对置设置在制动盘(23)的端面两侧，第一制动油缸(19)和第二制动油缸(20)的伸缩端分别通过摩擦元件顶靠在制动盘(23)的端面上，第一制动油缸(19)和第二制动油缸(20)分别与高压控制阀组的输出端连接。
5.根据权利要求1所述的用于盘式制动器的数字液压和电磁复合制动系统，其特征在于，电磁制动器包括第一电磁制动器(21)和第二电磁制动器(22)，第一电磁制动器(21)和第二电磁制动器(22)左右对置设置在制动盘(23)的端面两侧。
6.根据权利要求1所述的用于盘式制动器的数字液压和电磁复合制动系统，其特征在于，动力源单元还包括过滤器。
7.根据权利要求6所述的用于盘式制动器的数字液压和电磁复合制动系统，其特征在于，过滤器包括粗过滤器(2)和精过滤器(5)，液压泵(4)的输入端通过粗过滤器(2)与油箱(1)连接，液压泵(4)的输出端通过精过滤器(5)与单向阀(6)的输入端连接。
8.根据权利要求1所述的用于盘式制动器的数字液压和电磁复合制动系统，其特征在于，微型高速数字阀Ⅰ、微型高速数字阀Ⅱ和微型高速数字阀Ⅲ均是二位二通常闭式电磁阀。
9.根据权利要求1所述的用于盘式制动器的数字液压和电磁复合制动系统，其特征在于，电机(3)是直流电机。
10.根据权利要求1所述的用于盘式制动器的数字液压和电磁复合制动系统，其特征在于，液压泵(4)是齿轮泵。
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