矿井提升机盘式制动器制动力矩测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种矿井提升机盘式制动器制动力矩测量方法及装置，其方法包括步骤：一、制动器支座在制动时应变最大位置的确定；二、制动器支座应变与制动力矩之间的函数关系的确定；三、矿井提升机盘式制动器制动力矩测量；其装置包括布设在制动器支座上且用于检测制动器支座应变大小的多个应变敏感元件，以及用于对多个应变敏感元件输出的信号进行预处理的信号预处理模块和用于将预处理后的应变测量信号换算为制动力矩值的处理器，多个应变敏感元件、信号预处理模块和处理器依次连接。本发明专利技术创新性地通过测量制动器支座的应变，来测量矿井提升机盘式制动器的制动力矩，方法步骤简单，操作方便，实用性强，能够很好地满足使用需求，便于推广使用。

【技术实现步骤摘要】
矿井提升机盘式制动器制动力矩测量方法及装置
本专利技术属于煤矿提升设备性能测试
，具体涉及一种矿井提升机盘式制动器制动力矩测量方法及装置。
技术介绍
矿井提升机是煤矿提人、提物和提煤的重要装备，盘式制动系统是矿井提升机的重要安全保护装置，因盘式制动系统故障而造成的事故，约占整个提升事故的60％以上。《2016年煤矿安全规程》和《煤矿在用摩擦式提升机系统安全检测检验规范AQ1014-2005》对矿井提升机的制动力矩均做了明确的规定。随着煤矿的大深度、重载荷开采，矿井提升机高速度运行对盘式制动系统提出了更高的要求。目前，矿井提升机制动力矩的监测中主要有两种传感器和测量方法：1、用来测量盘式制动器制动正压力的碟簧座传感器，该碟簧座传感器由开有内孔直径大于碟簧卡环外径的盘体和布设在盘体上成对排列的多个电阻应变片组成，其装配尺寸与原碟簧座一样，代替原碟簧座安装在盘式制动器上，该方法需要改变盘式制动器内部结构尺寸，增加了盘式制动器加工设计的复杂程度，且加入的碟簧座传感器难以调整更换，因此这种方法尚未广泛使用；2、油压检测法，由压力传感器通过测量贴闸油压、开闸油压和制动器残压，计算得到制动力矩，该方法的瞬间油压值难以精确测定，使用的压力传感器多且有油污染、油温的影响，不能很好地满足使用需求。因此，需要设计新的矿井提升机盘式制动器制动力矩测量的方法及装置，以解决现有技术存在的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种对所用制动器结构不做任何改变，设计新颖合理、方法步骤简单、操作方便、能够很好地满足使用需求、实用性强的矿井提升机盘式制动器制动力矩测量装置。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种矿井提升机盘式制动器制动力矩测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、制动器支座在制动时应变最大位置的确定：采用三维建模软件建立盘式制动器的制动器支座的三维模型，将三维模型导入有限元软件中,进行力学仿真，得到制动器支座等效应变云图，依据制动器支座等效应变云图确定制动器支座的应变最大位置；步骤二、制动器支座应变与制动力矩之间的函数关系的确定：改变盘式制动器产生的制动力矩值，通过有限元仿真，得到不同制动力矩值作用下，制动器支座的应变最大位置处的应变值，确定出制动力矩值与应变值之间的函数关系；步骤三、矿井提升机盘式制动器制动力矩测量，具体过程为：步骤301、选择应变敏感元件，将多个应变敏感元件布设在制动器支座的应变最大位置处，对制动器支座的应变进行测量，得到应变测量信号；步骤302、根据应变测量信号与应变值之间的关系，以及步骤二中确定出的制动力矩值与应变值之间的函数关系，确定出应变敏感元件输出的应变测量信号与制动力矩值之间的函数关系；步骤303、采用信号预处理模块对多个应变敏感元件输出的应变测量信号进行预处理，得到预处理后的应变测量信号；步骤304、采用处理器，并根据步骤302中确定出的应变敏感元件输出的应变测量信号与制动力矩值之间的函数关系，将预处理后的应变测量信号换算为制动力矩值。上述的矿井提升机盘式制动器制动力矩测量方法，其特征在于：步骤一中所述三维建模软件为SolidWorks软件，步骤一中所述有限元软件为ANSYS软件。上述的矿井提升机盘式制动器制动力矩测量方法，其特征在于：所述盘式制动器为单对制动头作用或两对制动头同时作用；当盘式制动器为单对制动头作用时，步骤二中确定出的制动力矩值与应变值之间的函数关系为M＝k1×ε-b1；其中，M为制动力矩值，ε为应变值，k1为当盘式制动器为单对制动头作用时制动力矩值与应变值的函数关系的一次系数，b1为当盘式制动器为单对制动头作用时制动力矩值与应变值的函数关系的常数系数；当盘式制动器为两对制动头同时作用时，步骤二中确定出的制动力矩值与应变值之间的函数关系为M＝k2×ε-b2；中，M为制动力矩值，ε为应变值，k2为当盘式制动器为两对制动头同时作用时制动力矩值与应变值的函数关系的一次系数，b2为当盘式制动器为两对制动头同时作用时制动力矩值与应变值的函数关系的常数系数。上述的矿井提升机盘式制动器制动力矩测量方法，其特征在于：步骤301中选择的应变敏感元件为半导体应变片；当盘式制动器为单对制动头作用时，将4个半导体应变片布设在制动器支座的应变最大位置处，4个半导体应变片采用半桥测量方法且分别为工作半导体应变片R1、工作半导体应变片R3、温度补偿半导体应变片R2和温度补偿半导体应变片R4，得到的应变测量信号为半桥的输出电压，所述工作半导体应变片R1和工作半导体应变片R3设置在上排且竖直设置，所述温度补偿半导体应变片R2和温度补偿半导体应变片R4设置在下排且水平设置；步骤302中确定出的应变敏感元件输出的应变测量信号与制动力矩值之间的函数关系为其中，Ue为半桥的输入电压，Uo1为半桥的输出电压，k3为应变敏感元件为半导体应变片且当盘式制动器为单对制动头作用时应变测量信号与制动力矩值之间的函数关系的一次系数，b3为应变敏感元件为半导体应变片且当盘式制动器为单对制动头作用时应变测量信号与制动力矩值之间的函数关系的常数系数；步骤303中所述信号预处理模块为第一阻抗匹配及放大处理电路，步骤304中所述处理器根据步骤302中确定出的应变敏感元件输出的应变测量信号与制动力矩值之间的函数关系，将预处理后的应变测量信号换算为制动力矩值时，采用的换算公式为其中，U′o1为第一阻抗匹配及放大处理电路的输出电压，A1为应变敏感元件为半导体应变片且当盘式制动器为单对制动头作用时，第一阻抗匹配及放大处理电路的放大倍数；当盘式制动器为两对制动头同时作用时，将4个半导体应变片布设在制动器支座的应变最大位置处，4个半导体应变片采用全桥测量方法且分别为工作半导体应变片R1’、工作半导体应变片R2’、工作半导体应变片R3’和工作半导体应变片R4’，得到的应变测量信号为全桥的输出电压，所述工作应变敏感元件R5和工作应变敏感元件R7竖直排列设置在应变极性相同的一侧，所述工作应变敏感元件R6和工作应变敏感元件R8竖直排列设置在应变极性相同的一侧且与工作应变敏感元件R5和工作应变敏感元件R7设置一侧的应变极性相反；步骤302中确定出的应变敏感元件输出的应变测量信号与制动力矩值之间的函数关系为其中，Ue为全桥的输入电压，Uo2为全桥的输出电压，k4为应变敏感元件为半导体应变片且当盘式制动器为两对制动头同时作用时应变测量信号与制动力矩值之间的函数关系的一次系数，b4为应变敏感元件为半导体应变片且当盘式制动器为两对制动头同时作用时应变测量信号与制动力矩值之间的函数关系的常数系数；步骤303中所述信号预处理模块为第二阻抗匹配及放大处理电路，步骤304中所述处理器根据步骤302中确定出的应变敏感元件输出的应变测量信号与制动力矩值之间的函数关系，将预处理后的应变测量信号换算为制动力矩值时，采用的换算公式为其中，U′o2为第二阻抗匹配及放大处理电路的输出电压，A2为应变敏感元件为半导体应变片且当盘式制动器为两对制动头同时作用时，第二阻抗匹配及放大处理电路的放大倍数。上述的矿井提升机盘式制动器制动力矩测量方法，其特征在于：所述工作半导体应变片R1、工作半导体应变片R3、温度补偿半导体应变片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矿井提升机盘式制动器制动力矩测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、制动器支座在制动时应变最大位置的确定：采用三维建模软件建立盘式制动器的制动器支座的三维模型，将三维模型导入有限元软件中,进行力学仿真，得到制动器支座等效应变云图，依据制动器支座等效应变云图确定制动器支座的应变最大位置；步骤二、制动器支座应变与制动力矩之间的函数关系的确定：改变盘式制动器产生的制动力矩值，通过有限元仿真，得到不同制动力矩值作用下，制动器支座的应变最大位置处的应变值，确定出制动力矩值与应变值之间的函数关系；步骤三、矿井提升机盘式制动器制动力矩测量，具体过程为：步骤301、选择应变敏感元件，将多个应变敏感元件布设在制动器支座的应变最大位置处，对制动器支座的应变进行测量，得到应变测量信号；步骤302、根据应变测量信号与应变值之间的关系，以及步骤二中确定出的制动力矩值与应变值之间的函数关系，确定出应变敏感元件输出的应变测量信号与制动力矩值之间的函数关系；步骤303、采用信号预处理模块对多个应变敏感元件输出的应变测量信号进行预处理，得到预处理后的应变测量信号；步骤304、采用处理器(5)，并根据步骤302中确定出的应变敏感元件输出的应变测量信号与制动力矩值之间的函数关系，将预处理后的应变测量信号换算为制动力矩值。...

【技术特征摘要】
1.一种矿井提升机盘式制动器制动力矩测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、制动器支座在制动时应变最大位置的确定：采用三维建模软件建立盘式制动器的制动器支座的三维模型，将三维模型导入有限元软件中,进行力学仿真，得到制动器支座等效应变云图，依据制动器支座等效应变云图确定制动器支座的应变最大位置；步骤二、制动器支座应变与制动力矩之间的函数关系的确定：改变盘式制动器产生的制动力矩值，通过有限元仿真，得到不同制动力矩值作用下，制动器支座的应变最大位置处的应变值，确定出制动力矩值与应变值之间的函数关系；步骤三、矿井提升机盘式制动器制动力矩测量，具体过程为：步骤301、选择应变敏感元件，将多个应变敏感元件布设在制动器支座的应变最大位置处，对制动器支座的应变进行测量，得到应变测量信号；步骤302、根据应变测量信号与应变值之间的关系，以及步骤二中确定出的制动力矩值与应变值之间的函数关系，确定出应变敏感元件输出的应变测量信号与制动力矩值之间的函数关系；步骤303、采用信号预处理模块对多个应变敏感元件输出的应变测量信号进行预处理，得到预处理后的应变测量信号；步骤304、采用处理器(5)，并根据步骤302中确定出的应变敏感元件输出的应变测量信号与制动力矩值之间的函数关系，将预处理后的应变测量信号换算为制动力矩值。2.按照权利要求1所述的矿井提升机盘式制动器制动力矩测量方法，其特征在于：步骤一中所述三维建模软件为SolidWorks软件，步骤一中所述有限元软件为ANSYS软件。3.按照权利要求1所述的矿井提升机盘式制动器制动力矩测量方法，其特征在于：所述盘式制动器为单对制动头作用或两对制动头同时作用；当盘式制动器为单对制动头作用时，步骤二中确定出的制动力矩值与应变值之间的函数关系为M＝k1×ε-b1；其中，M为制动力矩值，ε为应变值，k1为当盘式制动器为单对制动头作用时制动力矩值与应变值的函数关系的一次系数，b1为当盘式制动器为单对制动头作用时制动力矩值与应变值的函数关系的常数系数；当盘式制动器为两对制动头同时作用时，步骤二中确定出的制动力矩值与应变值之间的函数关系为M＝k2×ε-b2；中，M为制动力矩值，ε为应变值，k2为当盘式制动器为两对制动头同时作用时制动力矩值与应变值的函数关系的一次系数，b2为当盘式制动器为两对制动头同时作用时制动力矩值与应变值的函数关系的常数系数。4.按照权利要求3所述的矿井提升机盘式制动器制动力矩测量方法，其特征在于：步骤301中选择的应变敏感元件为半导体应变片(1)；当盘式制动器为单对制动头作用时，将4个半导体应变片(1)布设在制动器支座的应变最大位置处，4个半导体应变片(1)采用半桥测量方法且分别为工作半导体应变片R1、工作半导体应变片R3、温度补偿半导体应变片R2和温度补偿半导体应变片R4，得到的应变测量信号为半桥的输出电压，所述工作半导体应变片R1和工作半导体应变片R3设置在上排且竖直设置，所述温度补偿半导体应变片R2和温度补偿半导体应变片R4设置在下排且水平设置；步骤302中确定出的应变敏感元件输出的应变测量信号与制动力矩值之间的函数关系为其中，Ue为半桥的输入电压，Uo1为半桥的输出电压，k3为应变敏感元件为半导体应变片(1)且当盘式制动器为单对制动头作用时应变测量信号与制动力矩值之间的函数关系的一次系数，b3为应变敏感元件为半导体应变片(1)且当盘式制动器为单对制动头作用时应变测量信号与制动力矩值之间的函数关系的常数系数；步骤303中所述信号预处理模块为第一阻抗匹配及放大处理电路(2-1)，步骤304中所述处理器(5)根据步骤302中确定出的应变敏感元件输出的应变测量信号与制动力矩值之间的函数关系，将预处理后的应变测量信号换算为制动力矩值时，采用的换算公式为其中，Uo′1为第一阻抗匹配及放大处理电路(2-1)的输出电压，A1为应变敏感元件为半导体应变片(1)且当盘式制动器为单对制动头作用时，第一阻抗匹配及放大处理电路(2-1)的放大倍数；当盘式制动器为两对制动头同时作用时，将4个半导体应变片(1)布设在制动器支座的应变最大位置处，4个半导体应变片(1)采用全桥测量方法且分别为工作半导体应变片R1’、工作半导体应变片R2’、工作半导体应变片R3’和工作半导体应变片R4’，得到的应变测量信号为全桥的输出电压，所述工作应变敏感元件R5和工作应变敏感元件R7竖直排列设置在应变极性相同的一侧，所述工作应变敏感元件R6和工作应变敏感元件R8竖直排列设置在应变极性相同的一侧且与工作应变敏感元件R5和工作应变敏感元件R7设置一侧的应变极性相反；步骤302中确定出的应变敏感元件输出的应变测量信号与制动力矩值之间的函数关系为其中，Ue为全桥的输入电压，Uo2为全桥的输出电压，k4为应变敏感元件为半导体应变片(1)且当盘式制动器为两对制动头同时作用时应变测量信号与制动力矩值之间的函数关系的一次系数，b4为应变敏感元件为半导体应变片(1)且当盘式制动器为两对制动头同时作用时应变测量信号与制动力矩值之间的函数关系的常数系数；步骤303中所述信号预处理模块为第二阻抗匹配及放大处理电路(2-2)，步骤304中所述处理器(5)根据步骤302中确定出的应变敏感元件输出的应变测量信号与制动力矩值之间的函数关系，将预处理后的应变测量信号换算为制动力矩值时，采用的换算公式为其中，Uo′2为第二阻抗匹配及放大处理电路(2-2)的输出电压，A2为应变敏感元件为半导体应变片(1)且当盘式制动器为两对制动头同时作用时，第二阻抗匹配及放大处理电路(2-2)的放大倍数。5.按照权利要求4所述的矿井提升机盘式制动器制动力矩测量方法，其特征在于：所述工作半导体应变片R1、工作半导体应变片R3、温度补偿半导体应变片R2和温度补偿半导体应变片R4的连接方法为：所述工作半导体应变片R1和温度补偿半导体应变片R2串联，所述温度补偿半导体应变片R4和工作半导体应变片R3串联，所述工作半导体应变片R1的自由端和温度补偿半导体应变片R4的自由端均与+5V电源的输出端连接，所述温度补偿半导体应变片R2的自由端和工作半导体应变片R3的自由端均接地，所述工作半导体应变片R1和温度补偿半导体应变片R2的连接端为半桥的第一输出端，所述温度补偿半导体应变片R4和工作半导体应变片R3的连接端为半桥的第二输出端；所述工作半导体应变片R1’、工作半导体应变片R2’、工作半导体应变片R3’和工作半导体应变片R4’的连接方法为：所述工作半导体应变片R1’和工作半导体应变片R2’串联，所述工作半导体应变片R4’和工作半导体应变片R3’串联，所述工作半导体应变片R1’的自由端和工作半导体应变片R4’的自由端均与+5V电源的输出端连接，所述工作半导体应变片R2’的自由端和工作半导体应变片R3’的自由端均接地，所述工作半导体应变片R1’和工作半导体应变片R2’的连接端为全桥的第一输出端，所述工作半导体应变片R4’和工作半导体应变片R3’的连接端为全桥的第二输出端；所述第一阻抗匹配及放大处理电路(2-1)和第二阻抗匹配及放大处理电路(2-2)的电路结构相同且均包括第一电压跟随电路、第二电压跟随电路和放大电路，所述第一电压跟随电路包括运算放大器U1和电阻R5，所述运算放大器U1的同相输入端为第一电压跟随电路的输入端，所述运算放大器U1的反向输入端通过电阻R5与运算放大器U1的输出端连接，所述运算放大器U1的输出端为第一电压跟随电路的输出端；所述第二电压跟随...

【专利技术属性】
技术研发人员：李曼，崔蒙蒙，谷雄，杜雪峰，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61