CN219605910U - 盘形制动器中轴内嵌核心传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种盘形制动器中轴内嵌核心传感器包括核心传感器、信号线过孔、信号线过道、张紧螺钉过道、应变计R₁和R₂、应变计R₃和R₄；本实用新型通过能够敏感感知刹车制动正压力的腹板和核心传感器内部的应变计桥式并联检测电路，将核心传感器所受压力载荷转化为电信号并将转化后的电信号传送给计算机，实现提升机在刹车工况下制动力的实时检测；本实用新型通过将盘形制动器的连接中轴改造成中空结构并在其内部设置核心传感器，实现对制动正压力的检测功能以及对提升机系统的制动安全在线监控和安全维护报警功能，能够满足此类制动设备关于国家颁布的有关安全规范要求，提高矿山运行设备工程的安全性和规范性。

Description

盘形制动器中轴内嵌核心传感器

技术领域

本实用新型属于矿井提升机设备安全监控和检测技术领域，尤其是涉及一种盘形制动器中轴内嵌核心传感器。

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的盘形制动器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。一般的老式盘形制动器结构不能感知其制动力的数值范围，希望能够检测到安全制动力数值范围但却缺乏手段。通过研究在一般功能的盘形制动器中轴内嵌入能够动态感知检测力的传感器可实现制动器检测制动正压力信号并远传引入计算数据采集和分析系统用于判断制动系统的安全性并具备监控报警功能是实用而迫切的。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷和不足，本实用新型提出一种盘形制动器中轴内嵌核心传感器，目的在于通过对提升机盘形制动器连接中轴的内部安装内嵌核心传感器，有利于实时检测并传输盘形制动器制动正压力的信号，实现对提升机制动系统的制动力智能化监视调整和控制。

本实用新型一种盘形制动器中轴内嵌核心传感器所采用的技术方案为：包括核心传感器、信号线过孔、信号线过道、张紧螺钉过道、应变计R₁和R₂、应变计R₃和R₄；其中，核心传感器左右两端的平面设为传感器受载上端面和传感器受载下端面；在核心传感器的柱状曲面上沿轴向对称设置两个圆柱形张紧螺钉通道，在张紧螺钉通道上分别对称凹设有圆孔，两个圆孔之间预留的厚度为受力敏感的腹板，腹板的两侧表面相对设有应变计R₁和R₂以及应变计R₃和R₄；信号线过孔贯穿腹板并设于圆孔底部位置；在传感器受载上端面和传感器受载下端面相距4mm-6mm的位置分别设有开口缝隙；在传感器受载上端面的中心位置设有信号线过道，且信号线过道斜向通入两个圆孔的内腔或圆孔其中之一的内腔。

所述核心传感器呈圆柱状，且核心传感器外圆直径为35mm-50mm、高为40mm-50mm；

具体的，所述两个张紧螺钉通道的直径为6mm-14mm，两个张紧螺钉通道中心的间距为34mm-45mm；

具体的，所述两个圆孔的直径为4mm-18mm；

具体的，所述腹板的厚度为2mm-18mm；

具体的，所述应变计R₁和R₂安装在腹板表面的一侧并以串联电路连接、应变计R₃和R₄安装在腹板表面的另一侧并以串联电路连接，腹板两侧的两组应变计R₁、R₂和R₃、R₄呈桥式并联电路连接；

具体的，所述信号线过孔的直径为2mm-4mm、数量为1-4个；

具体的，所述开口缝隙的较大宽度为0.2mm-4mm、较小宽度为0.2mm-2mm；

具体的，所述信号线过道的直径为2mm-4mm。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型通过将盘形制动器的连接中轴改造成中空结构并在其内部设置核心传感器，实现对制动正压力的检测功能以及对提升机系统的制动安全在线监控和安全维护报警功能，能够满足此类制动设备关于国家颁布的有关安全规范要求，提高矿山运行设备工程的安全性和规范性。

2、本实用新型通过在制动器中轴内加入传感器的方法，可以节省设备改造费用并且实施起来快捷，适宜现场在较短的检修时间内完成改造；本申请传感器的成本低、易于制造，在少量资金投入情况下可以升级制动器的产品档次。

附图说明

图1为本实用新型盘形制动器的剖视图；

图2为本实用新型盘形制动器连接中轴的核心传感器的结构示意图；

图3为本实用新型核心传感器的剖视图；

图4为本实用新型核心传感器的左视图；

图5为本实用新型核心传感器的右视图；

图6为本实用新型核心传感器的俯视图；

图7为本实用新型核心传感器的立体示意图；

图8为本实用新型核心传感器的检测电路图。

图中：1-制动器体、2-筒体、3-碟簧组件、4-油缸、5-进油道、6-活塞、7-连接螺栓、8-闸瓦、9-张紧螺钉、10-中轴外壳、11-核心传感器、12-张紧弹簧、14-中轴外壳信号线过道、15-中轴外壳传力桥、a1-传感器受载上端面、a2-传感器受载下端面、a3-信号线过孔、a4-信号线过道、a5-张紧螺钉过道、a6-应变计R₁和R₂、a7-应变计R₃和R₄。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型所采用的技术手段及作用效果，下面将结合附图及较佳实施例来进一步阐述本实用新型。以下较佳实施例以本实用新型的技术为基础，给出了详细的实施方式和操作步骤，但本实用新型的保护范围不限于下述实施例。

为了更好地理解本实用新型的内容，在此作出方向的指明限定：以制动器水平轴线的延伸方向为横向，即左右方向，其中以靠近核心传感器受载下端面的为左方向、靠近核心传感器受载上端面的为右方向；以与地平线垂直的延伸方向为纵向，即上下方向。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开设”、“安装”、“连接”应做广义理解；例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参阅图1，图1为本实用新型一种盘形制动器(以下简称制动器)的剖视图，该制动器以水平轴线为基准呈上下对称结构；其中，制动器体1固定在提升机制动系统闸座上作为盘式制动器进行刹车制动时产生制动正压力的最终锚固件，当制动器开闸时，高压液压油从进油道5进入油缸4的内腔(油缸被制动器体限制呈固定状态)，进而推动活塞6并带动连接螺栓7向右移动，由于连接螺栓7与中轴外壳10是螺纹紧固连接状态，所以中轴外壳10也会同时随着向右移动，碟簧组件3套在中轴外壳10上，碟簧组件3被压缩并蓄积压力以供作刹车时作为制动力提供给筒体2和闸瓦8，此时对提升机闸盘产生正压力，即碟簧储备力；当制动器合闸时，高压液压油从油缸4内腔经进油道5泄压流出，碟簧组件3蓄积的正压力便推动中轴外壳10、活塞6、连接螺栓7、筒体2及闸瓦8向左移动直至闸瓦8压向闸盘实现刹车制动工况；以上均为现有技术，在此不再详述。核心传感器11内嵌于制动器具有中空结构的连接中轴内部，核心传感器受载上端面a1与中轴外壳传力桥15紧密接触，核心传感器受载下端面a2与筒体的底部呈传力功能接触；中轴外壳10与中轴外壳传力桥15为固定一体式连接，中轴外壳传力桥15上设有中轴外壳信号线过道14用以将传感器信号线引出，在刹车工况下的制动力通过中轴外壳传力桥15向传感器受载上端面a1传递，核心传感器11实时检测压力信号并由传感器受载下端面a2继续将制动力向筒体的底部传递使闸瓦和闸盘之间获得制动正压力。

请参阅图2-8，本实用新型一种盘形制动器中轴内嵌核心传感器的装置包括，核心传感器11、信号线过孔a3、信号线过道a4、张紧螺钉过道a5、应变计R₁和R₂ a6、应变计R₃和R₄a7；核心传感器11为外圆直径d1、高h4的圆柱状结构，在核心传感器的柱状曲面上沿轴线对称设置两个间隔距离为h3、直径为d2的圆柱形张紧螺钉通道a5用以穿插张紧螺钉9并固定核心传感器，在张紧螺钉通道a5上分别对称凹设直径为d4的圆孔，两个圆孔之间预留厚度为b2的腹板，腹板用来布设呈并联电路连接的应变计R₁和R₂a6与应变计R₃和R₄a7，以此传感刹车制动时的力学效应电信号并由计算机数字转化为制动力数据；信号线过孔a3贯穿腹板并设于圆孔底部位置，且信号线过孔a3的直径为d5、数量为1-4个；核心传感器11左右两端的平面设为传感器受载上端面a1和传感器受载下端面a2(统称传感器受载面)，在传感器受载上端面a1和传感器受载下端面a2相距h7的位置分别设有较大宽度为h6、较小宽度为h5的开口缝隙，用以实现将施加到传感器两个端面上的轴向力按照剪应力的力学规律传感到布设在腹板上的应变计a6和a7上；在传感器受载上端面a1的中心位置设有一个直径为d3的信号线过道a4，信号线过道a4斜向通入两个圆孔的内腔或圆孔其中之一的内腔。

所述核心传感器的外圆直径d1＝35mm-50mm、高h4＝40mm-50mm；所述张紧螺钉过道的直径d2＝6mm-14mm，两个张紧螺钉通道中心的间隔距离h3＝34mm-45mm；所述圆孔直径d4＝4mm-18mm，信号线过孔直径d5＝2mm-4mm，信号线过道直径d3＝2mm-4mm；所述开口缝隙到传感器受载面的距离h7＝4mm-6mm，开口缝隙的较大宽度h6＝0.2mm-4mm、较小宽度h5＝0.2mm-2mm，h5和h6数值可不相同，或为相同；所述腹板的厚度b2＝2mm-18mm；其中，传感器两个张紧螺钉通道的最近距离为b1，且b1＝25mm-35mm；靠近传感器受载上端面的开口缝隙到圆孔的最近距离为h1，且h1＝4mm-10mm，靠近传感器受载下端面的开口缝隙到圆孔的最近距离为h2，且h2＝4mm-16mm，h1和h2数值可不相同，或为相同。

所述核心传感器的检测电路(即应变计的桥式电路)具体为：请参阅图8，应变计R₁和R₂呈一定角度安装在腹板表面的一侧并以串联电路连接、应变计R₃和R₄呈一定角度安装在腹板表面的另一侧并以串联电路连接，腹板两侧的两组应变计R₁、R₂和R₃、R₄呈桥式并联电路连接。本实用新型在刹车工况下的制动力通过中轴外壳传力桥向核心传感器传递，核心传感器将传递的制动力经受腹板感知并由核心传感器的检测电路转化为电信号，通过信号线导线传输到制动器以外并送入计算机，以实现对制动器正压力的实时检测。

本实用新型核心传感器将所受压力载荷转变为电信号的过程如下：核心传感器受压力载荷P作用下，在核心传感器腹板的中心位置产生最大剪应力(几何尺寸b1、h1、h2、h3、a1所代表的意义见附图的尺寸标注)，通过力学原理分析获得最大平均剪应力计算等式为τ＝P/(b1h1+b1h2+a1h3)，则最大平均主应力为σ1＝2τ＝2P/(b1h1+b1h2+a1h3)；在主应力σ1作为传感器额定应力作用下，将感知此应力的应变计R₁、R₂和R₃、R₄形成全桥检测电路，每个桥臂应变计算式为ε1＝σ1/E＝2P/[E(b1h1+b1h2+a1h3)]，见图5，主应变可以通过应变计R₁经检测桥式电路检测获得；按照图4和图5所示的四个应变计R₁、R₂、R₃和R₄的布置方式可分别测得四个应变值ε1、ε2、ε3、ε4，其相互等式关系为ε1＝ε3＝-ε2＝-ε4，四个应变计的相对角度如图5所示。利用图8所示的核心传感器检测电路，本实用新型核心传感器压力载荷P值的计算等式为P＝ΔU[E(b1h1+b1h2+a1h3)]/(2KU)，其中，U为检测桥路的供桥激励电压(通常为直流10V或5V电压)，ΔU为在压力载荷P作用下经检测电路获得的桥路输出信号电压，K为应变计的灵敏度系数(通常为K＝2)，E为传感器材质的弹性模量(E＝206GPa)，检测获得信号输出电压即可计算出传感器所承受的压力载荷P。

本实用新型可以根据以上装置具有其它形式的实施例，不再一一列举。因此，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，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 (10)

1.一种盘形制动器中轴内嵌核心传感器，其特征在于，包括核心传感器(11)、信号线过孔(a3)、信号线过道(a4)、张紧螺钉过道(a5)、应变计R₁和R₂(a6)、应变计R₃和R₄(a7)；核心传感器(11)左右两端的平面设为传感器受载上端面(a1)和传感器受载下端面(a2)；在核心传感器的柱状曲面上沿轴向对称设置两个圆柱形张紧螺钉通道(a5)，在张紧螺钉通道(a5)上分别对称凹设有圆孔，两个圆孔之间预留的厚度为受力敏感的腹板，腹板的两侧表面相对设有应变计R₁和R₂(a6)以及应变计R₃和R₄(a7)；信号线过孔(a3)贯穿腹板并设于圆孔底部位置；在传感器受载上端面(a1)和传感器受载下端面(a2)相距4mm-6mm的位置分别设有开口缝隙；在传感器受载上端面(a1)的中心位置设有信号线过道(a4)。

2.如权利要求1所述的一种盘形制动器中轴内嵌核心传感器，其特征在于，所述核心传感器(11)呈圆柱状，且核心传感器外圆直径为35mm-50mm、高为40mm-50mm。

3.如权利要求1所述的一种盘形制动器中轴内嵌核心传感器，其特征在于，所述两个张紧螺钉通道(a5)的直径为6mm-14mm，两个张紧螺钉通道中心的间距为34mm-45mm。

4.如权利要求1所述的一种盘形制动器中轴内嵌核心传感器，其特征在于，所述两个圆孔的直径为4mm-18mm。

5.如权利要求1所述的一种盘形制动器中轴内嵌核心传感器，其特征在于，所述腹板的厚度为2mm-18mm。

6.如权利要求1所述的一种盘形制动器中轴内嵌核心传感器，其特征在于，所述应变计R₁和R₂(a6)安装在腹板表面的一侧并以串联电路连接、应变计R₃和R₄(a7)安装在腹板表面的另一侧并以串联电路连接，腹板两侧的两组应变计R₁、R₂和R₃、R₄呈桥式并联电路连接。

7.如权利要求1所述的一种盘形制动器中轴内嵌核心传感器，其特征在于，所述信号线过孔(a3)的直径为2mm-4mm，信号线过孔数量为1-4个。

8.如权利要求1所述的一种盘形制动器中轴内嵌核心传感器，其特征在于，所述开口缝隙的较大宽度为0.2mm-4mm、较小宽度为0.2mm-2mm。

9.如权利要求1所述的一种盘形制动器中轴内嵌核心传感器，其特征在于，所述信号线过道(a4)的直径为2mm-4mm。

10.如权利要求1所述的一种盘形制动器中轴内嵌核心传感器，其特征在于，信号线过道(a4)斜向通入两个圆孔的内腔或圆孔其中之一的内腔。