CN201834649U

CN201834649U - 一种矿用提升机盘式制动器状态监测装置

Info

Publication number: CN201834649U
Application number: CN2010205558435U
Authority: CN
Inventors: 付胜; 肖克
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2020-09-30

Abstract

本实用新型是一种矿用提升机盘式制动器状态监测装置，用于矿用提升机盘式制动器的正压力、闸瓦间隙、闸瓦温度以及盘式制动器制动失效时故障状态的在线监测。本装置包括油压传感器、位移传感器、红外温度传感器、分站采集系统监测仪和总站数据存储显示系统。油压传感器、位移传感器和红外温度传感器均与分站采集系统检测仪相连，分站采集系统监测仪通过无线传输模块与总站数据存储显示系统进行通讯。本实用新型具有传感器安装简便，测量精度高，监测参数全面，对原有的制动系统结构和性能影响小的特点。根据实测结果，可对制动器闸瓦的磨损程度、碟形弹簧的疲劳失效或断裂以及各闸瓦之间的制动正压力和同步程度等故障状态做出及时的诊断和识别。

Description

一种矿用提升机盘式制动器状态监测装置

技术领域

本实用新型是用于矿用提升机盘式制动器的正压力、闸瓦间隙、闸瓦磨损、闸瓦温度以及盘式制动器制动失效时故障状态的在线监测。

背景技术

盘式制动器是广泛应用于矿井提升机上的一种机械制动装置，是提升机系统中调节运行速度停车以及发生故障时紧急制动安全停车的重要部件。盘式制动器由碟形弹簧、活塞、柱塞、衬板和闸瓦组成。利用压缩碟形弹簧产生的弹簧压力使闸瓦作用于制动盘对提升机进行制动，由液压站提供压力油进行松闸。制动器所提供最大制动力是由液压站的最大工作油压、制动器中蝶形弹簧的预压缩量和限制在2毫米以内的闸瓦间隙共同决定。实际运行中，因制动器出现故障(如：碟形弹簧的疲劳失效或断裂，缸体磨损，卡缸，锈蚀等)造成制动失效，而导致提升系统制动失灵发生重大安全事故时有发生。所以对现有的盘式制动器实际的制动能力进行在线监测是急需解决的问题之一。

中国专利文献93237335.6公开的一种盘式制动器状态监测装置，是由装在油压管路上的油压传感器、装在各制动器闸瓦中部的闸瓦监测探头、安全制动信号接点和状态监测仪组成，当制动器工作时，监测仪根据对油压信号和各闸瓦贴闸信号检测，得出各制动器的实际制动正压力和系统总制动正压力，根据安全制动断电时间和各制动器的贴闸时间检测，得出各制动器在紧急制动时的空动时间大小。这种方法对制动器的工况监测不够全面，无法监测闸瓦间隙，闸瓦磨损，以及闸瓦实时的工作温度(提升机下放材料时，闸瓦温度变化较大，对闸瓦摩擦性能影响较大)。在监测闸瓦贴闸信号时，需要在闸瓦上钻孔安装探头，对现场影响较大。

实用新型内容

本实用新型是在不改变现有盘式制动器原有的结构且不影响其正常工作的条件下提出了一种新型的盘式制动器状态监测装置，该装置可对盘式制动器的工作状况进行全面的监测，包括实际制动正压力，闸瓦间隙，闸瓦温度，制动油压进行在线检测和状态监测，并予以显示和报警。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。本装置包括高精度油压传感器、高精度位移传感器、红外温度传感器、分站采集系统监测仪和总站数据存储显示系统。油压传感器通过三通管装在提升机制动系统液压站的制动油压管路中，它可接在液压站总油压表管路上，也可由多个油压传感器分别装在液压站与各制动器相连的油管支路上，对制动或松闸过程中液压站的工作油压进行监测。位移传感器安装在制动器支架上，将传感器的探头顶住闸瓦的衬板，使位移传感器有一定的初始压缩量，并保证闸瓦工作时的最大位移量与初始压缩量之和小于位移传感器的量程，实时跟踪闸瓦的移动。红外温度传感器安装在闸瓦的衬板上，并将探头对准闸瓦与制动圆盘接触处，实时监测闸瓦温度的变化。

所述分站采集系统监测仪包括第一单片机、放大器、数码管显示模块、第一无线传输模块、第一报警模块和第一键盘，油压传感器、位移传感器、红外温度传感器经过放大器后与第一单片机相连，数码管显示模块、第一无线传输芯片、第一报警模块及第一键盘均与单片机相连；

所述总站数据存储显示系统包括第二单片机、第二无线传输模块、存储模块、液晶显示模块、USB模块、第二报警模块和第二键盘，第二单片机通过第二无线传输模块接收分站采集系统监测仪中的油压传感器数据、位移传感器数据和红外温度传感器数据，再经过第二单片机运算处理后通过液晶显示模块显示制动器的状态参数值，USB模块、存储模块、第二报警模块和第二键盘均与第二单片机相连。

本实用新型根据在制动过程中的油压信号和各制动器闸瓦间隙值的变化，测出各制动器的实际贴闸开闸的油压值，得出各制动器制动时对制动盘产生的实际制动正压力值、闸瓦磨损、弹簧刚度系数和油缸阻力，以及制动系统总制动正压力值。根据红外温度传感器测量制动器工作时闸瓦的温度，决定闸瓦的摩擦系数。

本实用新型具有传感器安装简便，测量精度高，监测参数全面，对原有的制动系统结构和性能影响小的特点。根据实测结果，可对制动器闸瓦的磨损程度、碟形弹簧的疲劳失效或断裂以及各闸瓦之间的制动正压力和同步程度等故障状态做出及时的诊断和识别。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型分站采集系统监测仪框图；

图3为本实用新型总站数据存储显示系统框图；

图4为本实用新型分站采集系统的电路原理图；

图5为本实用新型总站数据存储显示系统的电路原理图；

图中：1、提升机滚筒制动圆盘，2、闸瓦，3、闸瓦衬板，4、柱塞，5、油缸，6、活塞，7、蝶形弹簧，8、油路，9、液压站，10、位移传感器，11、红外温度传感器，12、油压传感器，13、分站采集系统监测仪，14、无线天线，15、总站数据存储显示系统。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型进行详细描述：

如图1所示，本监测装置安装在由提升机滚筒制动圆盘1、若干对盘式制动器和液压站9构成的制动系统中，包括油压传感器、位移传感器、红外温度传感器、分站采集系统监测仪和总站数据存储显示系统。将油压传感器12通过三通管安装在液压站的制动油压管8路上。位移传感器10安装在制动器支架上，将位移传感器的探头顶住闸瓦的衬板3，使位移传感器10有一定的初始压缩量，并保证闸瓦工作时的最大位移量和初始压缩量之和小于位移传感器的量程，实时跟踪闸瓦的移动。红外温度传感器11安装在闸瓦的衬板3上，并将探头对准闸瓦2与制动圆盘1的接触处，实时监测闸瓦温度的变化。红外温度传感器信号都经过引线送入分站采集系统监测仪13的衰减电路。油压传感器12是采用电阻应变式压力传感器，测量范围为0-7MPa，供电电压为5V，输出电压信号范围为1-5V。位移传感器10为差动变压型，通过一次线圈与二次线圈弱电磁藕合，位移变化量与输出电压变化量呈精密线性关系，把机械变化量转变为标准电信号。供电为9V，测量范围为0-10mm，，输出电压信号问为0-5V。红外温度传感器11基于塞贝克效应(温差电势效应)输出一个与温度成比例的电压信号。供电为5V，测量范围为-30°-1000°，输出电压信号为0-5V。当制动器工作时，分站采集系统获取液压站油压值、闸瓦位移值和温度值，并通过无线模块将采集到的数据实时传输给总站数据存储显示系统，并由总站系统内部程序计算出实际制动正压力、闸瓦磨损、弹簧刚度系数和油缸阻力，并存储和显示，为制动器的工作状态和故障预测提供可靠的依据。

如图2所示，分站采集系统监测仪包括第一单片机、放大器、数码管显示模块、第一无线传输模块、第一报警模块和第一键盘，油压传感器、位移传感器、红外温度传感器经过放大器后与单片机相连，数码管显示模块、无线传输芯片、报警模块及键盘均与单片机相连。本实施例分站采集系统监测仪中的单片机选用的是C8051F020，AD转换参考电压芯片选用的是AD780、放大器选用的是LM2902、数码管显示模块控制芯片的是MAX7219、无线传输模块选用的是nRF24L01，实现对现场数据的采集、传输、显示和报警。油压传感器12、位移传感器10和红外温度传感器11输出的信号经过低噪声、高增益放大器LM2902衰减一半后，送入C8051F020的模数转化口P1.0～P1.7，MAX7219由C8051F020单片机控制，决定着数码管的显示方式以及显示内容。采集到的数据通过nRF24L01芯片传送到总站数据存储显示系统中，分站采集系统中的L2902放大器的放大倍数为0.5，分站采集系统的报警口接P2.6。C8051F020单片机的P2.0，P2.3～P2.5控制着四个功能键：设置键、向上键、向下键和确定键，用于设置内部参数。

如图3所示，总站数据存储显示系统包括第二单片机、第二无线传输模块、液晶显示模块、存储模块、USB模块、第二报警模块和第二键盘，第二单片机通过第二无线传输模块接收分站采集系统监测仪中的油压传感器数据、位移传感器数据和红外温度传感器数据，经过第二单片机运算处理后通过液晶显示模块显示制动器的状态参数值，存储模块、USB模块、第二报警模块和第二键盘均与第二单片机相连。本实施例中总站数据存储显示系统中的单片机选用的是C8051F020、存储模块选用M25P16、USB模块选用CH375、无线传输芯片选用的是nRF24L01、液晶显示模块选用的是SG240128SYD，实现对采集得到数据的接收、存储、计算、显示和报警。C8051F020单片机通过nRF24L01模块接收到数据，存入M25P16中，并控制SG240128SYD液晶显示模块轮流显示各个闸瓦的工作状态参数。并由USB芯片CH375与上位机进行通信和数据交换，总站数据存储显示系统报警口接P3.0。C8051F020单片机的P3.6，P2.4～P2.6控制着四个功能键：设置键、向上键、向下键和确定键，用于设置内部参数。

如图4和图5所示，油压传感器12、位移传感器10和红外温度传感器11输出的0-5V信号经过低噪声衰减电路衰减一半后，送入分站采集系统监测仪中的C8051F020单片机12位模数转换口P1，C8051F020将转换结果送入MAX7219芯片内部，由MAX7219控制数码管显示。然后送入nRF24L01无线传输芯片将采集的结果送入总站数据储存显示系统。总站数据储存显示系统通过nRF24L01无线传输芯片接收到数据后立即存入M25P16存储模块中，并通过液晶显示模块SG240128SYD显示。并通过USB芯片CH375与外围的设备交换数据。在总站数据存储显示系统的软件操作中，将得到的油压值和闸瓦间隙值相配合，得到制动闸的贴闸油压Pt、开闸油压Pk和闸瓦松闸后间隙达到最大时的油压Pmax。Pt为闸瓦抱闸时液压的瞬时油压值，Pk为闸瓦开闸时液压站的瞬时油压。Pmax为液压站的最大工作油压。经过公式N＝Pt*S运算处理(S为已知的制动油缸有效作用面积)，得出制动正压力Ni。在监测总站计算出制动系统总制动正压力N＝∑Ni，并显示存储相应的测量值，包括各制动器实际的贴闸油压值、开闸油压和最大工作油压，实时的闸瓦间隙，闸瓦磨损，闸瓦工作温度，制动器的实际制动正压力，制动系统总制动正压力，油缸阻力，弹簧刚度系数。根据上述实测结果，可以对弹簧的疲劳失效或断裂以及各闸瓦之间的制动正压力和贴闸同步程度等故障作出及时的诊断和预测，并由单片机输出报警。

Claims

1.一种矿用提升机盘式制动器状态监测装置，其特征在于：包括油压传感器、位移传感器、红外温度传感器、分站采集系统监测仪和总站数据存储显示系统；其中：油压传感器安装在提升机制动系统液压站的制动油压管路中；位移传感器安装在制动器支架上并将其探头顶住闸瓦的衬板，且保证闸瓦工作时的最大位移量与位移传感器初始压缩量之和小于位移传感器的量程；红外温度传感器安装在闸瓦的衬板上，并将其探头对准闸瓦与制动圆盘接触处；

所述分站采集系统监测仪包括第一单片机、放大器、数码管显示模块、第一无线传输模块、第一报警模块和第一键盘，油压传感器、位移传感器、红外温度传感器均通过放大器与单片机相连，数码管显示模块、无线传输芯片、第一报警模块及第一键盘均与第一单片机相连；

所述总站数据存储显示系统包括第二单片机、第二无线传输模块、存储模块、液晶显示模块、USB模块、第二报警模块和第二键盘，第二单片机通过第二无线传输模块接收分站采集系统监测仪中的油压传感器数据、位移传感器数据和红外温度传感器数据，再经过第二单片机内部运算处理后通过液晶显示模块显示制动器的状态参数值，USB模块、存储模块、第二报警模块和第二键盘均与第二单片机相连。