CN109883674B - 千米深井提升机盘式制动器制动模拟测试装置的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种千米深井提升机盘式制动器制动模拟测试装置的测试方法，包括飞轮***、制动***与传感监测***，飞轮***包括变频器（1）、电机（2）、牙嵌式离合器（3）、齿式联轴器（6）、转动轴（8）、飞轮组件；制动***包括制动盘（19）、制动闸瓦（18）、闸瓦夹具（13）、闸瓦夹具连接板（20）、连接部件（15）、滑块导轨（11）、液压缸（21）、液压缸支架（17）；传感检测***包括转速传感器（5）、振动传感器（10）、红外温度传感器（12）、三维力传感器（14）、正压力传感器（16），本发明能够对矿井提升机盘式制动器紧急制动的制动性能进行测试，能够真实模拟矿井提升机盘式制动器实际制动工况。
Description
技术领域
本发明涉及矿井提升盘式制动器制动试验台，特别是一种模拟千米深井提升机盘式制动器高速、大惯量、大比压下紧急制动的缩比测试装置，属于矿井提升机测试技术领域。
背景技术
目前，矿井提升机是深地资源勘查开采过程中必不可少的工程机械。它是矿山井下生产***和地面工业广场相联结的枢纽，是矿山运输的咽喉，在矿山生产的全过程中占有极其重要的地位。制动装置作为提升机最后一道也是最关键的安全保障设备，是提升机不可缺少的重要组成部分。制动装置能否安全有效地工作，直接关系到提升机的安全运行，从而对全矿的生产乃至人员的生命安全都有重要影响。目前，国内外矿井提升速度高达16m/s、提升载荷重达60t、提升高度深至1000m，使得制动工况非常恶劣，并且随着矿井生产的大型化、高速化、高产化发展，矿井提升机的提升速度、提升载荷和提升高度还将进一步增大，提升速度有可能达到20m/s，提升深度可能达到2000m，从而对提升机实施可靠紧急制动提出了更高的技术要求。因此，急需一种模拟千米深井提升机盘式制动器高速、大惯量、大比压下紧急制动测试装置。
缩比实验是研究提升机盘式制动器制动性能质量的重要手段相似理论表明：人为设计的缩比模型与原型模型若具有相似性，则缩比模型的数据也具有可靠性。因此缩比模型在一定的程度上可以代替原型模型，且通过缩比模型得到的数据可以对原型模型的结果进行分析预测。
中国专利文献CN206960122U公开了一种汽车盘式制动器试验装置，该装置可以根据制动盘安装孔的多少来设定多少个抓紧头,使得本制动盘夹具适合多各种类的制动盘，然而这种盘式制动器装置不适用于矿井提升机的制动性能质量的研究。
中国专利文献CN102749205A公开了一种汽车盘式制动器模拟制动试验台，该装置能够真实的模拟汽车制动***工作,在制动盘的附近还设有空气对流装置，然而这种盘式制动器试验台特点在于能够模拟汽车实际制动的环境，与深井提升机盘式制动器的制动工况有很大差异，不能满足千米以上深井提升机的高速重载的制动工况的模拟。
中国专利文献CN103345158A公开了一种通风盘式制动器试验台及其电惯量模拟控制方法，可通过控制电机模拟增加惯量，然而该方法侧重于飞轮惯量的自动调控，在矿井提升机盘式制动器领域，主要是对其制动性能质量的监测与分析，对飞轮惯量的自动调控并不需要做过多研究。
中国专利文献CN203732386U公开了一种多功能摩擦材料试验机，该装置可用于制动摩擦材料的摩擦磨损特性测试。该试验机可以对摩擦材料的摩擦学性能进行测试，可作为矿井提升机闸瓦材料的摩擦学性能测试装置，然而该装置并不能对矿井提升机盘式制动器的模拟制动性能质量的测试。
然而，模拟千米深井提升机盘式制动器高速、大惯量、大比压下紧急制动的缩比测试装置尚未见报道。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种能够真实模拟千米以深矿井提升机高速重载的制动工况的千米深井提升机盘式制动器制动模拟测试装置及方法，本发明旨在对提升机盘式制动器的制动性能进行研究，为了克服现有制动试验台惯量小、制动速度小、制动比压小的问题，本发明提供一种能够模拟高速重载工况下的高速、大惯量、大制动比压的缩比制动试验台。能够对矿井提升机盘式制动器紧急制动的制动性能进行测试，为矿井提升机盘式制动器的设计、开发高性能的制动闸瓦材料提供技术装备。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种千米深井提升机盘式制动器制动模拟测试装置，包括飞轮***、制动***与传感监测***，飞轮***包括变频器、电机、牙嵌式离合器、齿式联轴器、转动轴、飞轮组件。制动***包括制动盘、制动闸瓦、闸瓦夹具、闸瓦夹具连接板、连接部件、滑块导轨、液压缸、液压缸支架。传感检测***包括转速传感器、振动传感器、红外温度传感器、三维力传感器、正压力传感器，其中：
变频器与电机相连，电机与转速传感器之间通过牙嵌式离合器传动连接，转速传感器与转动轴的一端通过内齿式联轴器传动连接，而所述转动轴的另一端与制动盘传动连接。所述飞轮组件安装在转动轴上。
液压缸通过液压缸支架固定在台架上，所述滑块导轨固定安装在台架上，所述连接部件设置于滑块导轨上，且所述连接部件与滑块导轨滑动连接，所述闸瓦夹具连接板安装在连接部件上，所述液压缸的伸缩端与闸瓦夹具连接板连接，所述闸瓦夹具安装在闸瓦夹具连接板上，所述制动闸瓦安装在闸瓦夹具上。且所述制动闸瓦与制动盘相对设置。
所述正压力传感器安装在闸瓦夹具连接板与液压缸之间。三维力传感器设置在闸瓦夹具连接板与闸瓦夹具之间，振动传感器安装在闸瓦夹具上。
所述液压缸伸缩端处于第一极限位置时，所述制动闸瓦与制动盘相接触，且制动闸瓦与制动盘位于红外温度传感器的红外检测区域。所述液压缸伸缩端处于第二极限位置时，所述制动闸瓦与制动盘分开。
优选的：所述飞轮组件包括轴承座一、轴承座二、轴承座三、飞轮一、飞轮二，所述轴承座一、轴承座二、轴承座三呈直线分布设置在台架上，所述转动轴沿轴向分别安装在轴承座一、轴承座二、轴承座三上，而所述飞轮一、飞轮二安装在转动轴上，且所述飞轮一位于轴承座一、轴承座二之间，飞轮二位于轴承座二、轴承座三之间。
优选的：所述电机为三相异步电机。
优选的：所述红外温度传感器为移动式红外温度传感器。
一种采用千米深井提升机盘式制动器制动模拟测试装置的测试方法，通过变频器对电机的转速进行调节，电机带动转动轴，转动轴带动飞轮一、飞轮二以及制动盘旋转，转动一段时间对飞轮一、飞轮二蓄能模拟矿井提升机运行的动能，同时使制动盘达到预定制动初速度。控制液压***对制动油压进行调节，在施加制动油压的同时控制牙嵌式离合器松开，同时关闭电机。利用转速传感器测量制动盘在制动过程中的转速动态变化，利用正压力传感器监测液压缸提供的制动压力，利用三维力传感器同时监测制动过程中制动闸瓦的摩擦力和正压力的动态变化，利用红外温度传感器分别监测制动闸瓦与制动盘在制动过程中的温度变化，利用振动传感器监测制动过程中制动闸瓦与制动盘的振动信号。所测的数据通过由滤波器、A/D转换器、放大器组成的数据采集***经过滤波、放大、转换传入数据处理***，经过数据处理后，得到制动过程中转速、摩擦系数、温度、单个制动闸瓦的制动正压力、制动闸瓦-制动盘的振动数据及其随制动时间的动态变化。磨损率在制动之后用测量制动闸瓦的平均厚度进行计算。
优选的：通过调节制动初速度与制动油压，模拟不同工况下矿井提升机盘式制动器的紧急制动。
本发明相比现有技术，具有以下有益效果：
本发明能够真实模拟矿井提升机盘式制动器实际制动工况，使用三维力传感器、红外温度传感器、振动传感器、正压力传感器、转速传感器，能够监测制动过程中的动态摩擦系数、温度、制动正压力、转速的变化。
附图说明
图1为试验台的结构示意图；
图2为闸瓦对称加载示意图；
图3为图2的俯视图；
图4为制动***结构示意图；
图5为本发明的工作原理图；
图6为本发明的测试***结构示意图；
图中：1.变频器；2.三相异步电机；3.牙嵌式离合器；4.台架；5.转速传感器；6.齿式联轴器；71.轴承座一；72.轴承座二；73.轴承座三；8.转动轴；91.飞轮一；92.飞轮二；10.振动传感器；11.滑块导轨；12.红外温度传感器；13.闸瓦夹具； 14.三维力传感器；15.连接部件；16.正压力传感器；17.液压缸支架；18.制动闸瓦；19.制动盘；20.闸瓦夹具连接板；21.液压缸。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
一种千米深井提升机盘式制动器制动模拟测试装置，如图1所示，包括飞轮***、制动***与传感监测***，飞轮***包括变频器1、电机2、牙嵌式离合器3、齿式联轴器6、转动轴8、飞轮组件。制动***包括制动盘19、制动闸瓦18、闸瓦夹具13、闸瓦夹具连接板20、连接部件15、滑块导轨11、液压缸21、液压缸支架17。传感检测***包括转速传感器5、振动传感器10、红外温度传感器12、三维力传感器14、正压力传感器16，其中：
变频器1与电机2相连，电机2与转速传感器5之间通过牙嵌式离合器3传动连接，所述电机2为三相异步电机。转速传感器5与转动轴8的一端通过内齿式联轴器6传动连接，而所述转动轴8的另一端与制动盘19传动连接。所述飞轮组件安装在转动轴8上。
所述飞轮组件包括轴承座一71、轴承座二72、轴承座三73、飞轮一91、飞轮二92，所述轴承座一71、轴承座二72、轴承座三73呈直线分布设置在台架4上，所述转动轴8沿轴向分别安装在轴承座一71、轴承座二72、轴承座三73上，而所述飞轮一91、飞轮二92安装在转动轴8上，且所述飞轮一91位于轴承座一71、轴承座二72之间，飞轮二92位于轴承座二72、轴承座三73之间。
如图2与图3所示，本试验台是通过液压***对闸瓦夹具连接板20施加制动压力，液压缸21通过液压缸支架17固定在台架4上，所述滑块导轨11固定安装在台架4上，所述连接部件15设置于滑块导轨11上，且所述连接部件15与滑块导轨11滑动连接，所述闸瓦夹具连接板20安装在连接部件15上，所述液压缸21的伸缩端与闸瓦夹具连接板20连接，所述闸瓦夹具13安装在闸瓦夹具连接板20上，所述制动闸瓦18安装在闸瓦夹具13上。且所述制动闸瓦18与制动盘19相对设置。
如图4所示，所述正压力传感器16安装在闸瓦夹具连接板20与液压缸21之间。三维力传感器14设置在闸瓦夹具连接板20与闸瓦夹具13之间，振动传感器10安装在闸瓦夹具13上。所述红外温度传感器12为移动式红外温度传感器，红外温度传感器12通过磁吸的方式安装在台架上，因此红外温度传感器12可自由磁吸台架监测制动***的不同位置，红外温度传感器12可自由调控监测位置。振动传感器10、三维力传感器14、红外温度传感器12、正压力传感器16、转速传感器5通过数据采集卡与计算机连接。
所述液压缸21伸缩端处于第一极限位置时，所述制动闸瓦18与制动盘19相接触，且制动闸瓦18与制动盘19位于红外温度传感器12的红外检测区域。所述液压缸21伸缩端处于第二极限位置时，所述制动闸瓦18与制动盘19分开。
一种采用千米深井提升机盘式制动器制动模拟测试装置的测试方法，如图4与图5所示，通过计算机与PLC控制***对变频器1发送调控指令，变频器1对电机2的转速进行调节，电机2带动转动轴8，转动轴8带动飞轮一91、飞轮二92以及制动盘19旋转，转动一段时间对飞轮一91、飞轮二92蓄能模拟矿井提升机运行的动能，同时使制动盘19达到预定制动初速度。控制液压***对制动油压进行调节，在施加制动油压的同时控制牙嵌式离合器3松开，同时关闭电机2。利用转速传感器5测量制动盘19在制动过程中的转速动态变化，利用正压力传感器16监测液压缸21提供的制动压力，利用三维力传感器14同时监测制动过程中制动闸瓦的摩擦力和正压力的动态变化，利用红外温度传感器12分别监测制动闸瓦与制动盘在制动过程中的温度变化，利用振动传感器10监测制动过程中制动闸瓦与制动盘的振动信号。如图5、6所示，所测得的数据通过由滤波器、A/D转换器、放大器组成的数据采集***经过滤波、放大、转换传入数据处理***，经过数据处理后，得到制动过程中转速、摩擦系数、温度、单个制动闸瓦的制动正压力、制动闸瓦-制动盘的振动数据及其随制动时间的动态变化。磨损率在制动之后用测量制动闸瓦的平均厚度进行计算。
三相异步电机的最大功率为22KW，飞轮的转动惯量为5.67Kg·m2，可以实现平均摩擦半径处20m/s的线速度，液压***的压力由液压缸提供，每块制动闸瓦缩比之后的尺寸为30mm×50mm，制动比压可以达到2.0Mpa。通过调节制动初速度与制动油压，可以模拟不同工况下矿井提升机盘式制动器的紧急制动，因此可以真实模拟千米深井提升机盘式制动器的制动工况。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种千米深井提升机盘式制动器制动模拟测试装置的测试方法，其特征在于：包括飞轮***、制动***与传感监测***，飞轮***包括变频器（1）、电机（2）、牙嵌式离合器（3）、齿式联轴器（6）、转动轴（8）、飞轮组件；制动***包括制动盘（19）、制动闸瓦（18）、闸瓦夹具（13）、闸瓦夹具连接板（20）、连接部件（15）、滑块导轨（11）、液压缸（21）、液压缸支架（17）；传感检测***包括转速传感器（5）、振动传感器（10）、红外温度传感器（12）、三维力传感器（14）、正压力传感器（16），其中：
变频器（1）与电机（2）相连，电机（2）与转速传感器（5）之间通过牙嵌式离合器（3）传动连接，转速传感器（5）与转动轴（8）的一端通过齿式联轴器（6）传动连接，而所述转动轴（8）的另一端与制动盘（19）传动连接；所述飞轮组件安装在转动轴（8）上；
所述飞轮组件包括轴承座一（71）、轴承座二（72）、轴承座三（73）、飞轮一（91）、飞轮二（92），所述轴承座一（71）、轴承座二（72）、轴承座三（73）呈直线分布设置在台架（4）上，所述转动轴（8）沿轴向分别安装在轴承座一（71）、轴承座二（72）、轴承座三（73）上，而所述飞轮一（91）、飞轮二（92）安装在转动轴（8）上，且所述飞轮一（91）位于轴承座一（71）、轴承座二（72）之间，飞轮二（92）位于轴承座二（72）、轴承座三（73）之间；
液压缸（21）通过液压缸支架（17）固定在台架（4）上，所述滑块导轨（11）固定安装在台架（4）上，所述连接部件（15）设置于滑块导轨（11）上，且所述连接部件（15）与滑块导轨（11）滑动连接，所述闸瓦夹具连接板（20）安装在连接部件（15）上，所述液压缸（21）的伸缩端与闸瓦夹具连接板（20）连接，所述闸瓦夹具（13）安装在闸瓦夹具连接板（20）上，所述制动闸瓦（18）安装在闸瓦夹具（13）上；且所述制动闸瓦（18）与制动盘（19）相对设置；
所述正压力传感器（16）安装在闸瓦夹具连接板（20）与液压缸（21）之间；三维力传感器（14）设置在闸瓦夹具连接板（20）与闸瓦夹具（13）之间，振动传感器（10）安装在闸瓦夹具（13）上；
所述液压缸（21）伸缩端处于第一极限位置时，所述制动闸瓦（18）与制动盘（19）相接触，且制动闸瓦（18）与制动盘（19）位于红外温度传感器（12）的红外检测区域；所述液压缸（21）伸缩端处于第二极限位置时，所述制动闸瓦（18）与制动盘（19）分开；
通过变频器（1）对电机（2）的转速进行调节，电机（2）带动转动轴（8），转动轴（8）带动飞轮一（91）、飞轮二（92）以及制动盘（19）旋转，转动一段时间对飞轮一（91）、飞轮二（92）蓄能模拟矿井提升机运行的动能，同时使制动盘（19）达到预定制动初速度；控制液压***对制动油压进行调节，在施加制动油压的同时控制牙嵌式离合器（3）松开，同时关闭电机（2）；利用转速传感器（5）测量制动盘（19）在制动过程中的转速动态变化，利用正压力传感器（16）监测液压缸（21）提供的制动压力，利用三维力传感器（14）同时监测制动过程中制动闸瓦的摩擦力和正压力的动态变化，利用红外温度传感器（12）分别监测制动闸瓦与制动盘在制动过程中的温度变化，利用振动传感器（10）监测制动过程中制动闸瓦与制动盘的振动信号；所测的数据通过由滤波器、A/D转换器、放大器组成的数据采集***经过滤波、放大、转换传入数据处理***，经过数据处理后，得到制动过程中转速、摩擦系数、温度、单个制动闸瓦的制动正压力、制动闸瓦-制动盘的振动数据及其随制动时间的动态变化；磨损率在制动之后用测量制动闸瓦的平均厚度进行计算。
2.根据权利要求1所述千米深井提升机盘式制动器制动模拟测试装置的测试方法，其特征在于：所述电机（2）为三相异步电机。
3.根据权利要求2所述千米深井提升机盘式制动器制动模拟测试装置的测试方法，其特征在于：所述红外温度传感器（12）为移动式红外温度传感器。
4.根据权利要求3所述千米深井提升机盘式制动器制动模拟测试装置的测试方法，其特征在于：通过调节制动初速度与制动油压，模拟不同工况下矿井提升机盘式制动器的紧急制动。
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