CN211169658U - 一种提升机用封闭油缸传感智能闸 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种提升机用封闭油缸传感智能闸，在碟簧垫和智能闸油缸之间安装智能闸传感器，该传感器的外圆环和内圆环之间间隔设置有传感辐条，每个辐条两侧面均粘贴有用于测试制动正压力的应变片形成受力敏感区，传感器内圆环一侧面与碟簧垫紧密接触，另一侧面与油缸紧密接触，传感器外圆环及传感辐条与油缸和碟簧垫均不接触，圆盘与筒体之间通过拉紧螺栓螺纹连接的预紧力连接为一个整体。本实用新型可以在合闸时检测到制动正压力数据，为提升机制动力矩是否达标提供一种直接的监测手段，有助于直观快速了解提升机制动力情况，从而可以迅速做出判断及调整，保证提升机的制动安全。

Description

一种提升机用封闭油缸传感智能闸

技术领域

本实用新型涉及矿井提升机设备现场安全运行、维护和监控领域，具体是一种提升机用封闭油缸传感智能闸。

背景技术

矿用提升机是金属矿和煤炭井下开采运输的关键设备，尤其是提升机制动系统制动闸的制动力需要维持在安全限度以内才能保证全系统在工作过程中的工作制动和安全紧急制动的安全可靠。

以往对提升机制动闸的制动力控制措施是以开闸间隙数值为参考，基本上是间接性的定性方法，不能真正掌握真实数据，以开闸间隙维持一个数值范围不下降为合适，至于制动力是否达标却不能直接了解，有关控制制动力是否在正常范围的间接参考标准和操作规范也是以开闸间隙数值进行间接定性，目前检测制动力方法上欠缺真实可靠的定量手段。

提升机系统的制动总力矩是由制动装置系统所配置全部制动闸的制动力综合决定，每个制动闸即是总制动力矩的贡献单元体，解决了各单元体的监测实际数值准确性即是解决计算机综合分析系统安全参数的基本条件，本实用新型所解决的单元体实质技术就是本实用新型的封闭油缸传感智能闸结构。

发明内容

针对上述问题，本实用新型提供一种提升机用封闭油缸传感智能闸，在碟簧垫和油缸之间安装智能闸传感器，且智能闸传感器的外圆环和内圆环之间间隔设置有传感辐条，每个辐条的侧面均粘贴有用于测定制动正压力的应变片形成受力敏感区，传感器内圆环的一侧面与碟簧垫紧密接触，另一侧面与油缸紧密接触，传感器外圆环及传感辐条与油缸及碟簧垫均不接触，本实用新型可以在合闸时检测到制动正压力数据，为提升机制动力矩是否达标提供一种直接的监测手段，有助于直观快速了解提升机制动力情况，从而可以迅速做出判断及调整，保证提升机的制动安全。

本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种提升机用封闭油缸传感智能闸，包括固定于智能闸闸座的外壳体、设置于外壳体内并与外壳体滑动连接且内部设置有碟簧的筒体、与筒体通过压紧螺钉紧固在一起的闸瓦压条、设置于闸瓦压条前的闸瓦、与外壳体尾部螺纹连接的调整螺母，其中，调整螺母内设置有封闭式智能闸油缸，油缸与调整螺母之间为滑动接触；调整螺母尾部设置有智能闸油缸盖，智能闸油缸盖内安装有圆盘，圆盘与智能闸油缸盖之间也是滑动接触；智能闸油缸活塞杆部穿过智能闸油缸盖的中间孔并顶住圆盘；碟簧尾部安装有智能闸碟簧垫；智能闸碟簧垫与智能闸油缸之间安装有智能闸传感器，智能闸传感器及智能闸油缸的外圆周与调整螺母内壁接触的部分均为滑动接触；该智能闸传感器的外圆环和内圆环之间均布有多个传感辐条，每个辐条的两端分别连接传感器外圆环和内圆环，相邻两个辐条之间有空间，每个辐条的两个侧面均粘贴有用于测定制动正压力的应变片形成受力敏感区，传感器中心为微型电路板安装空间；

传感器内圆环的一侧面与碟簧垫紧密接触，内圆环的另一侧面与油缸紧密接触，传感器外圆环及传感辐条与油缸及碟簧垫均不接触，定义传感器与蝶簧垫接触的一面为前侧面，与油缸接触的一面为后侧面，传感器后侧面第一界面与油缸前侧面第一界面之间的间距t1大于0，传感器后侧面第二界面与油缸前侧面第二界面之间的间距t2大于0，传感器后侧面第三界面与油缸前侧面第三界面之间的间距t3大于0，传感器后侧面第一界面与调整螺母滑动接触形成力负荷承担界面；

圆盘与筒体之间通过拉紧螺栓螺纹连接的预紧力连接为一个整体，圆盘与筒体之间还设置有圆管，每个圆管都被拉紧螺栓穿过并通过拉紧螺栓与筒体之间螺纹连接的预紧力被夹紧在圆盘和筒体之间。

前述的提升机用封闭油缸传感智能闸，合闸时，闸瓦紧贴闸盘对闸盘施加制动正压力，同时闸瓦对闸盘制动正压力的反作用力传递到传感器上被传感器的受力敏感区感应并检测，通过传感器检测合闸时的制动正压力。

前述的提升机用封闭油缸传感智能闸，其中，t1、t2、t3的取值范围均为0.1-3.0mm，t1、t2、t3相等或不相等。

前述的提升机用封闭油缸传感智能闸，传感器外圆环上均布有多个拉紧螺栓穿过孔及多个拉紧螺栓和圆管穿过孔。

进一步地，拉紧螺栓穿过孔为4个或8个或12个，拉紧螺栓和圆管穿过孔为4个。

前述的提升机用封闭油缸传感智能闸，其中，传感器外圆环和内圆环之间均布的传感辐条数量为4个或8个或12个。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型通过在碟簧垫和油缸之间安装智能闸传感器，使传感器内圆环的两个侧面分别与碟簧垫和油缸接触，而传感器外圆环和位于内、外圆环之间的传感辐条与碟簧垫及油缸均不接触，传感辐条侧面粘贴有用于测定制动正压力的应变片形成受力敏感区，使智能闸在对提升机制动时能够通过传感器检测到真实的制动正压力，为提升机制动正压力的判断提供了一种直接的定量手段，有助于直观快速了解提升机制动力情况，从而可以迅速做出判断及调整，保证提升机的制动安全。

本实用新型通过对制动闸的真实制动正压力的直接检测并经计算机智能化分析将智能闸实测的制动力延伸到验证提升机系统运行状态下的总制动力矩以判断其是否符合国家颁布的有关安全规范要求，对矿山运行设备工程实践特别有着现实意义。

附图说明

图1是智能闸作为制动部件的提升机主视图；

图2是提升机俯视图；

图3是封闭油缸传感智能闸立体示意图Ⅰ；

图4是封闭油缸传感智能闸立体示意图Ⅱ；

图5是封闭油缸传感智能闸剖视图；

图6是图5局部A的放大图；

图7是封闭油缸传感智能闸油缸总成剖视图；

图8是智能闸传感器的主视图；

图9是图8C-C向剖视图；

图10是图8D-D向剖视图；

图11是沿辐条F1和F2侧视方向的应变片布置角度示意图；

图12是R1-R8八个应变片连接形成的桥式测试电路示意图。

【主要元件符号说明】

Ⅰ-提升机闸盘，Ⅱ-封闭油缸传感智能闸，Ⅲ-智能闸闸座，Ⅳ-提升机主轴装置轴承座，Ⅴ-轴承座支承梁，Ⅵ-主轴装置卷筒，Ⅶ-提升机钢丝绳，1-智能闸外壳体，2-智能闸油缸盖，3-闸瓦压条，4-压紧螺钉，5-闸瓦，6-碟簧，7-进油通道，8-智能闸碟簧垫，9-调整螺母，10-筒体，11-圆盘，12-圆管，13-拉紧螺栓，14-智能闸中轴，15-活塞，16-智能闸油缸，17-固定螺钉，18-封闭油缸传感器，19-油缸密封，20-力负荷承担界面，21-传感器与油缸接触的表面，22-传感器与碟簧垫接触的表面，23-进油口接头，24-传感器外圆环，25-拉紧螺栓穿过孔，26-拉紧螺栓和圆管穿过孔，27-传感器内圆环，28-传感辐条，29-相邻辐条之间的空间，30-固定螺钉安装孔，31-微型电路板安装空间，32-传感器后侧面第一界面，33-油缸前侧面第一界面，34-传感器后侧面第二界面，35-油缸前侧面第二界面，36-传感器后侧面第三界面，37-油缸前侧面第三界面，38-传感器内部走线通道，39-传感器信号线出口，40-F1视向侧面，41-F2视向侧面，42-应变片R1，43-应变片R2。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的一种提升机用封闭油缸传感智能闸，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。

如图1所示，提升机闸盘Ⅰ的左右两侧安装有智能闸闸座Ⅲ，智能闸闸座上固定有封闭油缸传感智能闸Ⅱ(以下简称智能闸)，智能闸Ⅱ包括固定于智能闸闸座的外壳体1、设置于外壳体内并与外壳体滑动连接且内部设置有碟簧6的筒体10、与筒体通过压紧螺钉4紧固在一起的闸瓦压条3、设置于闸瓦压条前的闸瓦5、与外壳体尾部螺纹连接的调整螺母9等，调整螺母内设置有封闭式智能闸油缸16(以下简称油缸)，油缸16与调整螺母9为滑动接触，调整螺母尾部设置有智能闸油缸盖2，油缸进出油液通过进油通道7与设置在智能闸油缸盖上的进油口接头23连接；油缸16和设于该油缸内的智能闸活塞15被智能闸油缸盖2封闭紧固，智能闸油缸盖内安装有圆盘11，圆盘与智能闸油缸盖之间也是滑动接触。智能闸活塞杆部穿过智能闸油缸盖的中间孔并顶住圆盘；多个拉紧螺栓13通过螺纹的预紧力将圆盘11与筒体10紧紧拉紧连接为一个整体，圆管12作为圆盘与筒体之间距离精确限位的保证措施设置在圆盘和筒体之间并穿过油缸盖2、油缸16和传感器18，同时每个圆管都被拉紧螺栓穿过，穿过圆管的拉紧螺栓与筒体通过螺纹紧密连接将圆盘和圆管夹紧在螺栓和筒体之间，筒体内智能闸中轴14外周安装有碟簧6，碟簧尾部安装有智能闸碟簧垫8(以下简称碟簧垫)；碟簧垫与油缸之间还安装有智能闸传感器18(以下简称传感器)。碟簧垫通过固定螺钉17与传感器之间固定。传感器18一侧面安装碟簧垫，另一侧面安装油缸。

如图8所示，所述的传感器外圆环24上均布有多个拉紧螺栓穿过孔25及多个拉紧螺栓和圆管穿过孔26，传感器外圆环和内圆环27之间均布有多个传感辐条28(以下简称辐条)，图8所示为4个辐条，也可以是8个或12个等。每个辐条的两端分别连接传感器外圆环24和内圆环27，相邻两个辐条之间有空间29，每个辐条的两个侧面均粘贴有应变片作为敏感受力的电子器件，也可以是仅在辐条的一个侧面粘贴应变片，比较理想的方法是在两个侧面均粘贴应变片。四个辐条作为传感器敏感受力电子器件的贴附位置构成受力敏感区。如果有四个辐条则应变片共有8个，分别为R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8，其粘贴位置如图8和图11所示。传感器中心为微型电路板安装空间31，传感器上还设置有传感器内部走线通道38和传感器信号线出口39用于布置信号线，如图8和图9所示。

如图5所示，传感器安装于碟簧垫和油缸之间，传感器及油缸的外圆周与调整螺母内壁接触的部分均为滑动接触；定义传感器与蝶簧垫接触的一面为前侧面，与油缸接触的一面为后侧面，为了保证开闸时传感器检测到的数据为0，合闸时传感器能检测到合闸正压力数据，本实用新型将传感器后侧面设计如下：传感器后侧面第一界面32(即外圆环后侧面)与油缸前侧面第一界面33之间的间距t1大于0，传感器后侧面第二界面34与油缸前侧面第二界面35之间的间距t2大于0，传感器后侧面第三界面36(即传感辐条的后侧面)与油缸前侧面第三界面37之间的间距t3大于0，传感器后侧面第一界面与调整螺母滑动接触形成力负荷承担界面20，优选地，t1、t2、t3的取值范围均可以是0.1-3.0mm，t1、t2、t3可以相等也可以不相等。

下面对智能闸开闸、合闸过程进行详细说明：

开闸时，需要使闸瓦5离开提升机闸盘Ⅰ，由提升机液压站提供液压油从油缸进油通道7进入智能闸油缸16的内腔，推动智能闸活塞15向右边运动，活塞杆推动圆盘11向右侧运动；在力的传递过程中涉及到多根拉紧螺栓13，圆盘与筒体之间通过拉紧螺栓螺纹与筒体连接的预紧力连接为一个整体，当圆盘在活塞作用下向右运动时，与圆盘通过拉紧螺栓的预紧力连接的筒体附带闸瓦也随圆盘同方向运动从而使碟簧压缩实现开闸；圆管12作为圆盘11与筒体10之间距离的精确限位措施在拉紧螺栓预紧力作用下形成紧密结合，开闸过程中，多片碟簧被压缩变形积蓄力量并由紧密固定在筒体10中间部位的中轴14限制碟簧错位移动，碟簧垫限制多片碟簧的总压缩变形量。碟簧被压缩变形积蓄的力量将作为合闸时在闸瓦5与闸盘Ⅰ之间形成制动正压力的条件以便需要时构成对运转中的提升机闸盘Ⅰ进行刹车制动。

开闸时，碟簧被压缩后开闸力经碟簧传递到碟簧垫和传感器的内圆环后被油缸前侧面的中部所承担，由于传感器的后侧面和油缸前侧面之间存在三个间距t1、t2,和t3，使传感器辐条受力敏感区的后侧面与油缸前侧面不存在接触，开闸后传感器内圆环受力而传感辐条和外圆环均不受力，因此传感器检测到的力数据为0。

合闸时，需要闸瓦5对提升机闸盘Ⅰ释放制动正压力形成摩擦力矩促使提升机制动刹车，此时智能闸油缸内腔里的液压油液经过油缸进油通道7泄放到液压站里，此时碟簧6的预紧回弹力驱动圆盘11、活塞15、拉紧螺栓13、圆管12、筒体10以及闸瓦5一起在智能闸的外壳体1内向左边滑动，最终使闸瓦5紧贴闸盘Ⅰ对其施加制动正压力，在摩擦系数作用下对旋转中的闸盘形成制动摩擦力，实现对运行中的提升机制动。在对闸盘Ⅰ施加制动正压力时，根据作用力和反作用力大小相等、方向相反的力学规律，闸瓦5对闸盘Ⅰ施加的制动正压力的反作用力经过筒体10内的碟簧6和碟簧垫8传递到传感器前侧面的内圆环，经传感器前侧面的内圆环承接的作用力经过传感器的辐条力学敏感区(应变片)和传感器外圆环传递到与调整螺母接触的力负荷承担界面20后由调整螺母承担，调整螺母再将此完整力经由智能闸的外壳体把力传递到与外壳体固定连接的智能闸闸座上，最后传递到地面形成力学平衡，传感器辐条上的应变片感知到真实载荷后转化成电信号由信号线传入计算机进行信号转换及综合计算并显示，通过传感器检测制动正压力。

图8所示有四个辐条，每个辐条两侧均粘贴应变片，共有8个应变片，应变片R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8按照图12所示的电路连接接入计算机电路分析计算，显示正压力数值。从应变信号转化到电信号输出的公式化表达如下：

应变片的丝栅电阻值表达为R，在应变片粘贴位置因受力出现微小应变时，电桥电路的输出电压变化量△U_输出与输入激励电压U_输入的比值存在如下关系等式：△U_输出/U_输入＝((△R1+△R3)/(R1+R3)+(△R5+△R7)/(R5+R7)-(△R2+△R4)/(R2+R4)-(△R6+△R8)/(R6+R8))/4

一般情况下的各个应变片的阻值相等：R＝R1＝R2＝R3＝R4＝R5＝R6＝R7＝R8△U_输出/U_输入＝((△R1+△R3)+(△R5+△R7)-(△R2+△R4)-(△R6+△R8))/8R

通常情况单个应变片在受力应变情况下，其电阻值的变化率与应变片的应变量存在如下关系等式：

△R/R＝Kε

其中，K为应变片的灵敏系数，这是应变片本体材料固有常数，一般为K＝2(无量纲)，R为应变片阻值(欧姆)，△R为应变片阻值变化量(欧姆)，ε为应变片粘贴位置的应变量(无量纲)。

电桥的输出电信号(即电桥输出电压的变化量△U_输出)相对输入激励电压的变化率由下面等式进行计算：

△U_输出/U_输入＝K((ε1+ε3+ε5+ε7)-(ε2+ε4+ε6+ε8))/8。

以上应变片信号检测及转化技术为现有技术，不再赘述。

进一步地，本实用新型的辐条可以是如图8所示的等宽结构，即辐条与传感器外圆环连接处的宽度和辐条与传感器内圆环连接处的宽度相等。或者辐条可以是不等宽的结构，即辐条与传感器外圆环连接处的宽度和辐条与传感器内圆环连接处的宽度不相等，比如辐条与传感器外圆环连接处的宽度大于或小于辐条与传感器内圆环连接处的宽度形成梯形辐条。辐条的D-D横截面形状为矩形或正方形，如图10所示。

应变片粘贴形式如图11所示，应变片中轴线与辐条侧面水平线之间的夹角为45°。

进一步地，当传感器检测到的制动力矩不符合规范时，需要调整开闸间隙。开闸间隙的调整可以在智能闸开闸让闸瓦5离开闸盘Ⅰ后，调整螺母已处于松动不受力状态时通过旋转调节调整螺母9与外壳体连接的螺纹相对位置来实现，具体为：用专用的调整扳手架在调整螺母上扳动使调整螺母转圈，顺调间隙缩小，反调间隙增大。闸瓦间隙调小后在智能闸合闸时会使刹车制动正压力增加，闸瓦间隙调大后在智能闸合闸时会使制动正压力减小。

本实用新型所述的智能闸在提升机系统制动装置上的布置数量视提升载荷为计算依据进行确定，智能闸应为对称并成对布置在闸座二侧，如图1所示。本实用新型智能闸传感器由一个整体钢材经过锻打、粗加工、热处理、精加工、线切割、电镀、磨光、电路布置后形成成品。传感器的放大电路可以安装在微型电路板安装空间31内，也可以安装在两个相邻辐条之间的空间29内，此空间需要通过切割加工形成。传感器信号线通过传感器内部走线通道38穿行，最后信号线从传感器信号线出口39穿出。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述公开的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种提升机用封闭油缸传感智能闸，包括固定于智能闸闸座的外壳体、设置于外壳体内并与外壳体滑动连接且内部设置有碟簧的筒体、与筒体通过压紧螺钉紧固在一起的闸瓦压条、设置于闸瓦压条前的闸瓦、与外壳体尾部螺纹连接的调整螺母，其特征在于调整螺母内设置有封闭式智能闸油缸，油缸与调整螺母之间为滑动接触；调整螺母尾部设置有智能闸油缸盖，智能闸油缸盖内安装有圆盘，圆盘与智能闸油缸盖之间也是滑动接触；智能闸油缸活塞杆部穿过智能闸油缸盖的中间孔并顶住圆盘；碟簧尾部安装有智能闸碟簧垫；智能闸碟簧垫与智能闸油缸之间安装有智能闸传感器，智能闸传感器及智能闸油缸的外圆周与调整螺母内壁接触的部分均为滑动接触；该智能闸传感器的外圆环和内圆环之间均布有多个传感辐条，每个辐条的两端分别连接传感器外圆环和内圆环，相邻两个辐条之间有空间，每个辐条的两个侧面均粘贴有用于测定制动正压力的应变片形成受力敏感区，传感器中心为微型电路板安装空间；

传感器内圆环的一侧面与碟簧垫紧密接触，内圆环的另一侧面与油缸紧密接触，传感器外圆环及传感辐条与油缸及碟簧垫均不接触，定义传感器与蝶簧垫接触的一面为前侧面，与油缸接触的一面为后侧面，传感器后侧面第一界面与油缸前侧面第一界面之间的间距t1大于0，传感器后侧面第二界面与油缸前侧面第二界面之间的间距t2大于0，传感器后侧面第三界面与油缸前侧面第三界面之间的间距t3大于0，传感器后侧面第一界面与调整螺母滑动接触形成力负荷承担界面；

圆盘与筒体之间通过拉紧螺栓螺纹连接的预紧力连接为一个整体，圆盘与筒体之间还设置有圆管，每个圆管都被拉紧螺栓穿过并通过拉紧螺栓与筒体之间螺纹连接的预紧力被夹紧在圆盘和筒体之间。

2.如权利要求1所述的提升机用封闭油缸传感智能闸，其特征在于合闸时，闸瓦紧贴闸盘对闸盘施加制动正压力，同时闸瓦对闸盘制动正压力的反作用力传递到传感器上被传感器的受力敏感区感应并检测，通过传感器检测合闸时的制动正压力。

3.如权利要求1所述的提升机用封闭油缸传感智能闸，其特征在于t1、t2、t3的取值范围均为0.1-3.0mm，t1、t2、t3相等或不相等。

4.如权利要求1所述的提升机用封闭油缸传感智能闸，其特征在于传感器外圆环上均布有多个拉紧螺栓穿过孔及多个拉紧螺栓和圆管穿过孔。

5.如权利要求4所述的提升机用封闭油缸传感智能闸，其特征在于拉紧螺栓穿过孔为4个或8个或12个，拉紧螺栓和圆管穿过孔为4个。

6.如权利要求1所述的提升机用封闭油缸传感智能闸，其特征在于传感器外圆环和内圆环之间均布的传感辐条数量为4个或8个或12个。

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