CN1253703C - 制动力矩测量装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种涉及电梯制动器制动力矩的测量装置，尤指一种采用扭杆和应变片作为敏感元件，采用微处理器进行信号运算、分析和处理的制动力矩测量装置及其方法。该发明由横梁、扭杆、主轴、制动器及电路部分等部件组成，制动器通过两个销轴与制动横梁联接，制动横梁与扭杆一端固接，制动钳体与铁芯联接在一起，再与横梁联接，制动器线圈镶嵌于铁芯内，在扭杆表面贴有应变片，应变片接为桥式电路。本发明的优点是：集成化地在测量装置中设计了零位校准、制动器打开故障检测及制动器线圈调压等装置，避免了频繁校准的麻烦，减少了制动器工作的能量消耗，具有精度高、无漂移、高可靠等性能。

Description

制动力矩测量装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种电梯制动器制动力矩的测量装置，尤指一种采用扭杆和应变片作为敏感元件，采用微处理器进行信号运算、分析和处理的制动力矩测量装置及其方法。

背景技术

随着科学技术的发展和机械设计水平的提高，各种机械装置中已经越来越多地采用各种自动控制装置，而与自动控制装置配套的各种传感检测装置也就成为不可缺少的部件，因为它对于控制的准确性、安全性具有决定性的作用。制动力矩的测量装置对于电梯称重、超载报警、起动力矩的控制等都具有重要的作用。传统的电梯称重装置安装于钢丝绳头或者轿厢底部，由于零位漂移会出现较大的测量误差，更为不利的是，电梯的超载主要体现在驱动力矩方面，当对重量不足时，即使轿厢没有超载，但是曳引力矩也可能严重超过限度，由此引发电梯安全事故，或者导致驱动电机烧毁，在这种情况下，普通超载检测装置是毫无能力进行报警保护的。另外，在制动器工作时，也经常出现制动器未完全松开的擦盘故障，导致摩擦材料过热损坏甚至引发严重事故，大多数制动器对于这种故障没有任何保护措施，少数采用行程开关来检测制动器动作行程，从而间接检查松闸情况，由于行程开关灵敏度不可能很高，因此检测的准确性也就大打折扣。

发明内容

为了克服上述不足之处，本发明的主要目的旨在提供一种用应变片对盘式制动器的制动力矩进行测试的装置及其方法，以满足现代机械设备称重装置的新需求。

本发明要解决的技术问题是：既要解决测试装置中的零位校准、制动器打开故障检测及制动器线圈调压等功能；又要使装置结构紧凑、测量精确及安全可靠等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该装置由横梁、扭杆、主轴、制动器及电路部分组成，制动器通过两个销轴与制动横梁联接，制动横梁与扭杆一端固接，扭杆的另一端通过固定销与主轴相接，扭杆和主轴之间有轴承支撑，制动盘上的制动力矩通过摩擦片传递到制动片本体，由制动钳体承受，制动钳体与铁芯联接在一起，再与横梁联接，扭矩传递到横梁、扭杆和主轴，制动器线圈镶嵌于铁芯内，并有调压装置，在扭杆表面贴有应变片，应变片接为桥式电路，其输出信号与电路部分的输入端相连接。

所述的制动力矩测量装置的电路部分由桥式电路、放大电路、调零电路、A/D、D/A转换器、微处理器及显示装置组成，桥式电路的电压输出与仪用放大器的输入端相连接，仪用放大器内有运放电路和调零电路，其输出信号与A/D转换器的输入端相连接，A/D转换器的输出信号与单片微处理器的输入端相连接，单片微处理器的输出信号与D/A转换器的输入端相连接，D/A转换器的输出信号分别输出，并与显示器的输入端相连接。

一种制动力矩测量方法，该方法由制动器的制动力矩通过横梁传递到扭杆，引起扭杆变形，由于在扭杆表面贴有若干应变片，扭杆变形导致应变片变形，引起应变片电阻改变，可以对制动器的制动力矩进行测试；当制动器制动时，制动力矩使应变片产生应变，且制动力矩与应变片组成的电桥的输出信号成正比，，因此，通过检测电桥的输出信号可以测量制动力矩，其具体工作步骤是：

步骤1.应变片组成电桥：当扭矩从制动器传递到扭杆时，扭杆上的应变片产生电阻变化，引起电桥输出电压的改变；

步骤2.仪用放大器：电桥输出信号很微弱，通过仪用放大器将信号放大后，其输出信号再进入到A/D转换器；

步骤3.信号转换：A/D转换器将信号转变成数字信号后，再将数字信号输入到单片微处理器；

步骤4.数据处理：由单片微处理器对测量的数据进行分析、运算、滤波、零位校准处理后，将输出信号再输入到D/A转换器；

步骤5.显示输出：将测量结果一方面通过显示器直接显示出来，另一方面经D/A转换器输出模拟信号。

所述的制动力矩测量方法，由单片微处理器对零位校准进行处理，当制动器打开时，制动力矩为零，单片微处理器在该状态下进行测量系统的零位校准，并对制动器的工作情况进行监控，其包括：

a).若零位偏差小于设定阈值：当零位偏差小于设定的阈值时，单片微处理器进行零位校准，将制动时测量出的制动力矩减去零位偏差，所得数值作为最终测量结果；

b).若零位偏差大于设定阈值：当零位偏差大于设定的阈值时，单片微处理器不作零位校准，而是认为制动器没有打开或没有完全打开，此时单片微处理器发出停车报警信号；

c).若零位偏差小于设定阈值：当零位偏差小于设定的阈值时，单片微处理器除了进行零位校准外，经过一定的延时后给出一个信号，单片微处理器将控制半导体变流装置，自动降低供给制动器电磁铁线圈的电压。

所述的制动力矩测量方法，在对制动器的制动力矩进行测试为电梯负载系统时，其包括：

a).电梯称重：电梯的制动力矩与曳引轮两侧的重量差成正比，其测量结果有三种显示方式，第一种是直接显示为扭矩的数值；第二种是显示为电梯的载重量；第三种是当电梯空载时，显示为电梯的平衡系数；

b).电梯负载：制动力矩的大小与电梯负载有关，只要设定一个条件，当制动力矩超过一定数值时，单片微处理器将用控制信号产生超载报警；

c).电梯安装调试：根据制动力矩的大小，用于反映电梯对重的配置情况，或了解电梯平衡系数是否正确。

本发明的有益效果是：集成化地在测量装置中设计了零位校准、制动器打开故障检测及制动器线圈调压等装置，避免了频繁校准的麻烦，减少了制动器工作的能量消耗，使之结构紧凑、测量精确及安全可靠，具有精度高、无漂移、高可靠等性能，可以大量取代现有的称重装置，并能同进口产品竞争。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图1是本发明的机械结构示意图；

附图2是本发明电路部分的方框图；

附图中标号说明：

1-扭杆；                  20-桥式电路；

2-制动盘；                21-仪用放大器；

3-制动片本体；          22-A/D转换器；

4-摩擦片；              23-单片微处理器；

5-制动钳体；            24-D/A转换器；

6-横梁；                25-显示器；

7-铁芯；

8-制动器线圈；

9-轴承；

10-主轴；

具体实施方式

请参阅附图1所示，本发明由横梁6、扭杆1、主轴10、制动器及电路部分等部件组成，制动器通过两个销轴与制动横梁6联接，制动横梁6与扭杆1一端固接，扭杆1的另一端通过固定销与主轴10相接，扭杆1和主轴10之间有轴承9支撑，制动盘2上的制动力矩通过摩擦片4传递到制动片本体3，由制动钳体5承受，制动钳体5与铁芯7联接在一起，再与横梁6联接，扭矩1传递到横梁6、扭杆1和主轴10，制动器线圈8镶嵌于铁芯7内，并有调压装置，在扭杆1表面贴有应变片，应变片接为桥式电路，其输出信号与电路部分的输入端相连接。

请参阅附图2所示，所述的制动力矩测量装置的电路部分由桥式电路20、放大电路、调零电路、A/D、D/A转换器、微处理器及显示装置组成，桥式电路20的电压输出与仪用放大器21的输入端相连接，仪用放大器21内有运放电路和调零电路，其输出信号与A/D转换器22的输入端相连接，A/D转换器22的输出信号与单片微处理器23的输入端相连接，单片微处理器23的输出信号与D/A转换器24的输入端相连接，D/A转换器24的输出信号分别输出，并与显示器25的输入端相连接。

本发明的放大电路是由三运放构成的仪用放大器21等组成，具有共模抑制比高、温漂零漂小，线性好、放大系数高等特点，在其中还设置了调零电路，可以对应变片的初始不平衡进行硬件上的调整，进一步改善放大电路的线性。为了适应不同的应变片布置情况，仪用放大器21电路中还设置了放大系数的调整电阻，放大系数可以从20～2000进行调整，放大电路的输出信号经过A/D转换器22转换后变成数字信号，该数字信号输入给单片微处理器23，由单片微处理器23通过软件的方式对信号进行运算、分析、滤波、校准等操作，形成最终的测量结果，该结果除输出多位数字量以外，同时通过发光二极管或液晶显示装置显示出来，并且还经D/A转换器24输出模拟信号供其他装置使用。

一种制动力矩测量方法，该方法由制动器的制动力矩通过横梁6传递到扭杆1，引起扭杆1变形，由于在扭杆1表面贴有若干应变片，扭杆1变形导致应变片变形，引起应变片电阻改变，可以对制动器的制动力矩进行测试；当制动器制动时，制动力矩使应变片产生应变，且制动力矩与应变片组成的电桥的输出信号成正比，，因此，通过检测电桥的输出信号可以测量制动力矩，其具体工作步骤是：

步骤1.应变片组成电桥：当扭矩从制动器传递到扭杆1时，扭杆1上的应变片产生电阻变化，引起桥式电路20输出电压的改变；

步骤2.仪用放大器21：电桥输出信号很微弱，通过仪用放大器21将信号放大后，其输出信号再进入到A/D转换器22；

步骤3.信号转换：A/D转换器22将信号转变成数字信号后，再将数字信号输入到单片微处理器23；

步骤4.数据处理：由单片微处理器23对测量的数据进行分析、运算、滤波、零位校准处理后，将输出信号再输入到D/A转换器24；

步骤5.显示输出：将测量结果一方面通过显示器25直接显示出来，另一方面经D/A转换器24输出模拟信号。

所述的制动力矩测量方法，由单片微处理器23对零位校准进行处理，当制动器打开时，制动力矩为零，单片微处理器23在该状态下进行测量系统的零位校准，并对制动器的工作情况进行监控，其包括：

a).若零位偏差小于设定阈值：当零位偏差小于设定的阈值时，单片微处理器23进行零位校准，将制动时测量出的制动力矩减去零位偏差，所得数值作为最终测量结果；

b).若零位偏差大于设定阈值：当零位偏差大于设定的阈值时，单片微处理器23不作零位校准，而是认为制动器没有打开或没有完全打开，此时单片微处理器23发出停车报警信号；

c).若零位偏差小于设定阈值：当零位偏差小于设定的阈值时，单片微处理器23除了进行零位校准外，经过一定的延时(例如1秒)后给出一个信号，单片微处理器23将控制半导体变流装置，自动降低供给制动器电磁铁线圈的供电电源，这样就大大地减轻了制动器线圈的发热和能耗。

所述的制动力矩测量方法，在对制动器的制动力矩进行测试为电梯负载系统时，其包括：

a).电梯称重：由于电梯的制动力矩与曳引轮两侧的重量差成正比，其测量结果有三种显示方式，第一种是直接显示为扭矩的数值；第二种是显示为电梯的载重量；第三种是当电梯空载时，显示为电梯的平衡系数；

b).电梯负载：制动力矩的大小与电梯负载有关，只要设定一个条件，当制动力矩超过一定数值时，单片微处理器将用控制信号产生超载报警；

c).电梯安装调试：根据制动力矩的大小，用于反映电梯对重的配置情况，或了解电梯平衡系数是否正确。

本发明用于电梯称重时，其测量结果有三种显示方式，该三种显示结果的计算可参见下面公式(1)。

式(1)为电梯的制动力矩计算公式：

式(1)以及以下公式中：

T为制动力矩；

M_轿厢为轿厢质量；

M_入为轿厢内人的质量；

M_对重为对重质量；

M_额定为额定载质量；(对于给定电梯是已知常数)

g为重力加速度；(g＝9.81m/s²)

D为曳引轮节径；(对于某曳引机该值为已知的常数)

i为曳引比；(对于某电梯，该值为已知的常数)

为电梯平衡系数。

当直接显示制动力矩时，不需对测量结果进行变换。当要显示轿厢载重量时，由公式(1)可以推导出公式(2)如下：

在公式(2)中(M_对重-M_轿厢)的数值可以在轿厢空载时得出，这就是下面的公式(3)：

公式(3)也是显示电梯平衡系数的基础公式，因为只要将对重与轿厢的质量之差除以额定载重量，就可以得出平衡系数，见如下的公式(4)：

上述公式(1)、(2)、(3)、(4)都可以由单片微处理器23进行运算，并可方便地显示出来。

Claims (6)

1、一种制动力矩测量装置，该装置有横梁、扭杆、主轴、制动器及电路部分，其特征在于：制动器通过两个销轴与制动横梁联接，制动横梁与扭杆一端固接，扭杆的另一端通过固定销与主轴相接，扭杆和主轴之间有轴承支撑，制动盘上的制动力矩通过摩擦片传递到制动片本体，由制动钳体承受，制动钳体与铁芯联接在一起，再与横梁联接，扭矩传递到横梁、扭杆和主轴，制动器线圈镶嵌于铁芯内，并有调压装置，在扭杆表面贴有应变片，应变片接为桥式电路，其输出信号与电路部分的输入端相连接。

2、根据权利要求1所述的制动力矩测量装置，其特征在于：所述的电路部分由桥式电路、放大电路、调零电路、A/D、D/A转换器、微处理器及显示装置组成，桥式电路的电压输出与仪用放大器的输入端相连接，仪用放大器内有运放电路和调零电路，其输出信号与A/D转换器的输入端相连接，A/D转换器的输出信号与单片微处理器的输入端相连接，单片微处理器的输出信号与D/A转换器的输入端相连接，D/A转换器的输出信号分别输出，并与显示器的输入端相连接。

3、一种制动力矩测量方法，该方法由制动器的制动力矩通过横梁传递到扭杆，引起扭杆变形，扭杆变形导致应变片变形，引起应变片电阻改变，其特征在于：对制动器的制动力矩进行测试，其具体工作步骤是：

步骤1.应变片组成电桥：当扭矩从制动器传递到扭杆时，扭杆上的应变片产生电阻变化，引起电桥输出电压的改变；

步骤2.仪用放大器：电桥输出信号很微弱，通过仪用放大器将信号放大后，其输出信号再进入到A/D转换器；

步骤3.信号转换：A/D转换器将信号转变成数字信号后，再将数字信号输入到单片微处理器；

步骤4.数据处理：由单片微处理器对测量的数据进行分析、运算、滤波、零位校准处理后，将输出信号再输入到D/A转换器；

步骤5.显示输出：将测量结果一方面通过显示器直接显示出来，另一方面经D/A转换器输出模拟信号。

4、根据权利要求3所述的制动力矩测量方法，由单片微处理器对零位校准进行处理，当制动器打开时，制动力矩为零，单片微处理器在该状态下进行测量系统的零位校准，并对制动器的工作情况进行监控，其特征在于包括：

a).若零位偏差小于设定阈值：当零位偏差小于设定的阈值时，单片微处理器进行零位校准，将制动时测量出的制动力矩减去零位偏差，所得数值作为最终测量结果；

b).若零位偏差大于设定阈值：当零位偏差大于设定的阈值时，单片微处理器不作零位校准，而是认为制动器没有打开或没有完全打开，此时单片微处理器发出停车报警信号；

c).若零位偏差小于设定阈值：当零位偏差小于设定的阈值时，单片微处理器除了进行零位校准外，经过一定的延时后给出一个信号，单片微处理器将控制半导体变流装置，自动降低供给制动器电磁铁线圈的电压。

5、根据权利要求3所述的制动力矩测量方法，对制动器的制动力矩进行测试为电梯负载系统时，其特征在于包括：

a).电梯称重：电梯的制动力矩与曳引轮两侧的重量差成正比，其测量结果有三种显示方式，第一种是直接显示为扭矩的数值；第二种是显示为电梯的载重量；第三种是当电梯空载时，显示为电梯的平衡系数；

b).电梯负载：制动力矩的大小与电梯负载有关，只要设定一个条件，当制动力矩超过一定数值时，单片微处理器将用控制信号产生超载报警；

c).电梯安装调试：根据制动力矩的大小，用于反映电梯对重的配置情况，或了解电梯平衡系数是否正确。

6、根据权利要求3所述的制动力矩测量方法，对制动器的制动力矩进行测试为电梯称重时，其特征在于：其测量结果有三种显示方式，该三种显示结果的计算为下面公式(1)

式(1)为电梯的制动力矩计算公式：

式(1)以及以下公式中：

T     为制动力矩；

M_轿厢 为轿厢质量；

M_入  为轿厢内人的质量；

M_对重 为对重质量；

M_额定 为额定载质量；(对于给定电梯是已知常数)

g     为重力加速度；(g＝9.81m/s²)

D     为曳引轮节径；(对于一曳引机该值为已知的常数)

i     为曳引比；(对于一电梯，该值为已知的常数)

￠    为电梯平衡系数；

当直接显示制动力矩时，不需对测量结果进行变换，当要显示轿厢载重量时，由公式(1)可以推导出公式(2)如下：

在公式(2)中(M_对重-M_轿厢)的数值可以在轿厢空载时得出，这就是下面的公式(3)：

公式(3)也是显示电梯平衡系数的基础公式，因为只要将对重与轿厢的质量之差除以额定载重量，就可以得出平衡系数，见如下的公式(4)：

上述公式(1)、(2)、(3)、(4)都可以由单片微处理器(23)进行运算，并可方便地显示出来。

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