ДИСКОВЫЙ ТОРМОЗ ДЛЯ КОНТРОЛЯ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ УСИЛИЯ ТАРЕЛЬЧАТОЙ ПРУЖИНЫ И СПОСОБ КОНТРОЛЯ Российский патент 2021 года по МПК F16D66/00 F16D55/00 

Область техники

Данное изобретение относится к датчику, в частности, к датчику тарельчатой пружины для контроля усилия тарельчатой пружины и способу этого контроля, которые подходят для контроля в оперативном режиме усталости тарельчатой пружины.

Уровень техники

Безопасная и надежная эксплуатация шахтных подъемных систем имеет положительное значение для развития национальной экономики и улучшения стандарта жизни людей. Происшествия, связанные с безопасностью в угольных шахтах, могут быть вызваны различными факторами, включая человеческий фактор, факторы, связанные с подъемными механизмами и окружающей средой, в числе тех, типичной причиной которых является недостаточно высокое давление от дискового тормоза. В области безопасности производства на угольных шахтах одной из основных причин проблем с подъемным оборудованием является недостаточно высокое давление дискового тормоза в процессе торможения.

Дисковый тормоз является важным узлом торможения подъемного устройства и чрезвычайно важным для его затормаживания. Для создания тормозной силы в дисковом тормозе используется тарельчатая пружина, а снятие торможения осуществляется посредством давления масла. Когда гидравлическая жидкость поступает в гидроагрегат, гидравлическое давление толкает поршень и приводит в действие цилиндр так, что тормозная колодка перемещается и сжимает тарельчатую пружину, освобождая, таким образом, тормозной диск и переходя в освобожденное состояние. Когда гидроагрегат сбрасывает давление, тарельчатая пружина возвращается к своему исходному состоянию деформации сжатия, под действием усилия пружины цилиндр и тормозная колодка прижимают тормозной диск и, вследствие этого, тормозное усилие создается так, что достигается цель торможения подъемника. С позиции процесса тормозящего действия тарельчатая пружина является одной из наиболее важных деталей для торможения. Правила безопасности угольной шахты предписывают, чтобы любая тарельчатая пружина в усталостном или изношенном состоянии была немедленно заменена, и обычно тарельчатая пружина проходит проверку и обслуживание раз в полгода и раз в год капитально ремонтируется. Если тарельчатая пружина находится в усталостном состоянии, то повышенное давление торможения будет уменьшено, время торможения будет увеличено, возникнет длинное расстояние проскальзывания, а тормозной момент в процессе торможения тарельчатой пружиной будет уменьшен, следовательно, торможение нельзя будет вовремя выполнить; если тарельчатая пружина сломана, то узел тормозной колодки может заклинить в гидравлическом цилиндре, и ее нельзя будет высвободить. Если это явление вовремя не обнаружено, то произойдет сильный износ тормозной колодки, а барабан подъемного механизма будет перемещаться в осевом направлении. Соответственно, это подействует на эффективность торможения и подъема. Таким образом, можно видеть, что усталость, абразивный износ или поломка тарельчатой пружины могут привести к серьезным ранениям персонала и ущербу имуществу на производстве. Усталость и поломка тарельчатой пружины могут быть своевременно обнаружены, если усилие тарельчатой пружины может быть прямо проконтролировано в оперативном режиме. В ранее известном уровне техники контроль безопасности торможения обычно осуществлялся посредством контроля высокого давления торможения. Однако имеется большая погрешность между замеренным высоким давлением дискового тормоза и реальным высоким давлением торможения дискового тормоза. Вследствие этого, высокое давление торможения не может быть точно проконтролировано. Поэтому представляется, что безопасность торможения может быть проконтролирована посредством контроля усталости тарельчатой пружины.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема: предметом настоящего изобретения является преодоление недостатков ранее известного уровня техники за счет предложения датчика тарельчатой пружины, который имеет простую конструкцию и обладает возможностью контролирования в оперативном режиме усталости тарельчатой пружины.

Техническое решение: дисковый тормоз для контроля усилия тарельчатой пружины в соответствии с данным изобретением содержит тормозной диск, узел тормозной колодки, тарельчатую пружину, посадочное гнездо для тарельчатой пружины, зажимное кольцо для тарельчатой пружины и гидравлический цилиндр, причем между посадочным гнездом для тарельчатой пружины и тарельчатой пружиной предусмотрен датчик тарельчатой пружины, внешний размер датчика тарельчатой пружины такой же, как у тарельчатой пружины, на двух противоположных концевых поверхностях датчика тарельчатой пружины, соответственно, выполнена кольцевая канавка; множество тензометров расположены попарно в канавке на одной концевой поверхности, обращенной к посадочному гнезду для тарельчатой пружины и прикреплены к внутреннему и внешнему диаметрам кольцевой канавки соответственно с углом α смещения относительно друг друга, а отверстия для проводов для вывода токоподводящих проводников наружу от множества тензометров, расположены в радиальном направлении от датчика тарельчатой пружины.

Множество тензометров, расположенных попарно, количественно составляет 6-10 тензометров.

Угол α смещения между тензометрами, расположенными попарно, составляет 5-10°.

Способ контроля с использованием указанного выше дискового тормоза для контроля усилия тарельчатой пружины; усилие тарельчатой пружины действует на датчик тарельчатой пружины при работе тормоза; сопротивление тензометров в датчике тарельчатой пружины изменяется под действием давления, с потерей вследствие этого балансировки мостика; к мостику подключен источник постоянного тока или напряжения, и мостик выдает соответствующий давлению сигнал по напряжению, таким образом изменение сопротивления датчика тарельчатой пружины на выходе через мостик преобразуют в сигнал по давлению; изменение сопротивления определяют посредством мостика, усиливают через цепь усилителя и затем преобразуют вольт-амперным преобразователем в соответствующий сигнал по току, затем сигнал по току компенсируют через нелинейный контур коррекции таким образом, что генерируют стандартный выходной сигнал; устройство сбора данных, присоединяют к токоподводящим проводникам множества тензометров с их выводом через отверстия для проводов в датчике тарельчатой пружины, и данные от датчика тарельчатой пружины собирают и передают на компьютер верхнего уровня для отслеживания и контролирования работником, для выполнения, таким образом, контроля в оперативном режиме усталостного состояния тарельчатой пружины; если усилие тарельчатой пружины, проконтролированное в течение цикла контроля усилия тарельчатой пружины (т.е. продолжительности, при которой тормоз выполняет действия по торможению и освобождению), составляет менее 90% от исходного значения усилия тарельчатой пружины в данном цикле, то устройство контроля выдает предупреждение с подсказкой работнику о необходимости ремонта тарельчатой пружины.

Показатели полезности: в соответствии с описанным выше техническим решением, в данном изобретении: использован датчик тарельчатой пружины без гнезда посадки тарельчатой пружины и задней крышки масляного цилиндра; заменена часть оригинальной тарельчатой пружины вблизи посадочного гнезда на специально изготовленный датчик тарельчатой пружины, имеющий такие же габаритные размеры, как и оригинальная тарельчатая пружина в дисковом тормозе, а также имеется множество прикрепленных тензометров, расположенных попарно в ограниченном пространстве конструкции дискового тормоза существующего шахтного стволового подъемника; датчик тарельчатой пружины имеет такие же монтажные размеры как оригинальная тарельчатая пружина, может быть смонтирован непосредственно на месте без изменения рабочих параметров существующего тормоза или конструктивных размеров других деталей. Датчик тарельчатой пружины имеет двойные функции контроля, как несущей способности, так и датчика тарельчатой пружины, может непосредственно вести контроль в оперативном режиме усилия тарельчатой пружины, проводя, таким образом, контроль усталости тарельчатой пружины. Соответственно, сильно повышается надежность дискового тормоза подъемника. Поскольку датчик тарельчатой пружины может непосредственно проводить контроль в оперативном режиме усилия тарельчатой пружины, можно судить об условиях её усталости и поломки, может быть гарантировано исправное состояние тарельчатой пружины, к которой приложено повышенное тормозное давление. Данное изобретение обладает простой конструкцией, легко и удобно в монтаже и обслуживании, а также обладает высокой точностью измерения и существенной полезностью.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет конструктивную схему датчика тарельчатой пружины по данному изобретению;

Фиг. 2 представляет вид спереди датчика тарельчатой пружины по данному изобретению;

Фиг. 3 представляет вид слева датчика тарельчатой пружины по данному изобретению.

На фигурах:

1 - тормозной диск; 2 - узел тормозной колодки; 3 - тарельчатая пружина; 4 - посадочное гнездо для тарельчатой пружины; 5 - зажимное кольцо для тарельчатой пружины; 6 - гидравлический цилиндр; 7 - датчик тарельчатой пружины, 7-1 - тензометр, 7-2 - отверстие для провода, α - прилежащий угол между попарно расположенными тензометрами, Р - повышенное тормозное давление тарельчатой пружины, P' - сила противодействия посадочного гнезда для тарельчатой пружины.

Осуществление изобретения

Ниже будут приведены дополнительные подробности по осуществлениям данного изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

Как показано на фиг. 1, дисковый тормоз для контроля усилия тарельчатой пружины в соответствии с данным изобретением содержит тормозной диск 1, узел 2 тормозной колодки, тарельчатую пружину 3, посадочное гнездо 4 для тарельчатой пружины, зажимное кольцо 5 для тарельчатой пружины и гидравлический цилиндр 6, причем датчик 7 тарельчатой пружины 7 предусмотрен между посадочным гнездом 4 для тарельчатой пружины и тарельчатой пружиной 3, внешние размеры датчика 7 тарельчатой пружины такие же, как у тарельчатой пружины 3; как показано на фиг. 2 и 3, кольцевая канавка выполнена соответственно на двух противоположных концевых поверхностях датчика 7 тарельчатой пружины, множество тензометров 7-1, попарно расположенных в канавке на концевой поверхности, обращено к посадочному гнезду для тарельчатой пружины 4, причем множество попарно расположенных тензометров 7-1 количественно может составлять 6-10 тензометров, в зависимости от реальных условий; на фиг. 2 a, b и с представлены значения ширины большого, среднего и малого колец, глубина канавки чуть меньше толщины колец тарельчатой пружины, а ширина канавки составляет 5-8 мм. В примере, показанном на рисунках, расположено 8 тензометров. Тензометры, расположенные попарно, находятся в противоположном друг другу положении и прикреплены к внутреннему и внешнему диаметрам кольцевой канавки с углом α смещения, и этот угол между тензометрами, расположенными попарно, составляет 5-10°. Датчик 7 тарельчатой пружины представляет собой кольцевую деформируемую балку с неоднородной толщиной конструкции и состоит из трех колец с различной толщиной и усилием напряжения, причем малое кольцо с опирается на малый диаметр тарельчатой пружины 3, большое кольцо а опирается на посадочное гнездо 4 для тарельчатой пружины, малое кольцо с более толстое и испытывает воздействие повышенного давления торможения Р, создаваемого тарельчатой пружиной 3, большое кольцо С также более толстое и испытывает воздействие противодействующей силы P' от посадочного гнезда для тарельчатой пружины, тогда как среднее кольцо b является более тонким и испытывает деформацию под воздействием повышенного давления торможения Р и силы противодействия P'. Отверстия 7-2 для проводов для вывода наружу проводов множества тензометров расположены на датчике 7 тарельчатой пружины в радиальном направлении, а отверстия 7-2 проводов, соответствующие кольцевой канавке для установки тензометров, расположены на большом кольце а.

Способ контроля дискового тормоза для контролирования усилия тарельчатой пружины, в соответствии с данным изобретением, заключается в следующем: в датчике 7 тарельчатой пружины кольцевая канавка расположена на стороне, ближайшей к посадочному гнезду 4 для тарельчатой пружины, восемь тензометров 7-1 расположены попарно на дне канавки и прикреплены, соответственно, к внутреннему и внешнему диаметрам кольцевой канавки с углом α смещения в 5-10°, тензометры 7-1 подвергаются воздействию сложного напряженного состояния, в котором совмещено радиальное изгибающее усилие и усилие осевого сдвига, сложное напряжение является пропорциональным усилиям P и P'. Таким образом, точность измерения является высокой, даже если ширина среднего кольца b мала; токоподводящие проводники выводятся через отверстия 7-2 проводов, вследствие чего получаются значения усилия тарельчатой пружины.

Когда дисковый тормоз находится в состоянии готовности, на тензометрах датчика давление отсутствует, и мостик находится в состоянии равновесия, т.е. в нулевом положении;

При работе тормоза усилие тарельчатой пружины воздействует на датчик 7 тарельчатой пружины, сопротивление тензометров в датчике 7 тарельчатой пружины изменяется под воздействием давления, вследствие чего мостик теряет свое равновесие, на мостик подается постоянный ток или напряжение и он выдает сигнал по напряжению, соответствующий давлению, таким образом, изменение сопротивления в датчике 7 тарельчатой пружины через мостик преобразуется в выходной сигнал по давлению; изменение сопротивления определяется посредством мостика, усиливается усилительной цепью и затем, через вольт-амперный преобразователь, преобразовывается в соответствующий сигнал по току, затем сигнал по току компенсируется через нелинейный контур коррекции таким образом, чтобы был генерирован стандартный выходной сигнал 4~20 мА, который линеен относительно входного напряжения; устройство для сбора данных подсоединено к токоподводящим проводникам множества тензометров, выведенным через отверстия 7-2 для проводов датчика тарельчатой пружины, данные от датчика 7 тарельчатой пружины собираются и отправляются в компьютер верхнего уровня, чтобы работник наблюдал и осуществлял контроль; если усилие тарельчатой пружины, контролируемое в течение цикла контроля усилия тарельчатой пружины (т.е. в течение времени при котором тормоз выполняет действия по торможению и освобождению) составляет менее 90% от исходного значения усилия тарельчатой пружины в данном цикле, то устройство контроля выдает подсказку работнику о необходимости ремонта тарельчатой пружины.

Дисковый тормоз для контроля в реальном времени усилия тарельчатой пружины и способ контроля. Указанный дисковый тормоз содержит тормозной диск (1), узел (2) тормозной колодки, тарельчатую пружину (3), посадочное гнездо (4) для тарельчатой пружины, зажимное кольцо (5) для тарельчатой пружины и гидравлический цилиндр (6); между посадочным гнездом (4) для тарельчатой пружины и тарельчатой пружиной (3) предусмотрен датчик (7) тарельчатой пружины, внешний размер датчика (7) тарельчатой пружины такой же, как таковой у тарельчатой пружины (3), на двух противоположных концевых поверхностях датчика (7) тарельчатой пружины выполнена кольцевая канавка; множество тензометров (7-1), расположенных попарно, обеспечены в канавке на концевой поверхности, обращенной к посадочному гнезду (4) для тарельчатой пружины. Технический результат - простота конструкции, возможность контролирования в оперативном режиме усталости тарельчатой пружины. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Дисковый тормоз для контроля в реальном времени усилия тарельчатой пружины, содержащий тормозной диск (1), узел (2) тормозной колодки, тарельчатую пружину (3), посадочное гнездо (4) для тарельчатой пружины, зажимное кольцо (5) для тарельчатой пружины и гидравлический цилиндр (6),

причем между посадочным гнездом (4) для тарельчатой пружины и тарельчатой пружиной (3) предусмотрен датчик (7) тарельчатой пружины,

наружный размер датчика (7) тарельчатой пружины такой же, как таковой у тарельчатой пружины (3),

на двух противоположных концевых поверхностях датчика (7) тарельчатой пружины, соответственно, выполнена кольцевая канавка;

множество тензометров (7-1) расположены попарно в канавке на концевой поверхности, обращенной к посадочному гнезду (4) для тарельчатой пружины, и присоединены к внутреннему и внешнему диаметрам кольцевой канавки соответственно с углом α смещения относительно друг друга, и

отверстия (7-2) для проводов для вывода токоподводящих проводов от множества тензометров расположены в радиальном направлении от датчика (7) тарельчатой пружины.

2. Дисковый тормоз для контроля в реальном времени усилия тарельчатой пружины по п. 1, в котором множество попарно расположенных тензометров (7-1) количественно составляет 6-10 тензометров.

3. Дисковый тормоз для контроля в реальном времени усилия тарельчатой пружины по п. 1, в котором угол α смещения между попарно расположенными тензометрами составляет 5-10°.

4. Способ контроля с использованием дискового тормоза для контроля в реальном времени усилия тарельчатой пружины по п. 1, согласно которому

усилие тарельчатой пружины воздействует на датчик (7) тарельчатой пружины при работе тормоза, сопротивление тензометров в датчике (7) тарельчатой пружины изменяется под действием давления, с потерей вследствие этого балансировки мостика, к мостику подключен источник постоянного тока или напряжения, и мостик выдает на выходе сигнал по напряжению, соответствующий давлению, таким образом изменение сопротивления датчика (7) тарельчатой пружины через мостик преобразуют в выходной сигнал по давлению;

изменение сопротивления определяют посредством мостика, усиливают через цепь усилителя и затем преобразуют вольт-амперным преобразователем в соответствующий сигнал по току, затем сигнал по току компенсируют через нелинейный контур коррекции таким образом, что генерируют стандартный выходной сигнал;

устройство сбора данных присоединяют к токоподводящим проводам множества тензометров с их выводом через отверстия (7-2) для проводов в датчике тарельчатой пружины, и данные от датчика (7) тарельчатой пружины собирают и передают на компьютер верхнего уровня для отслеживания и контролирования работником, таким образом осуществляя контроль в оперативном режиме усталостного состояния тарельчатой пружины;

если усилие тарельчатой пружины, проконтролированное в течение цикла контроля усилия тарельчатой пружины (т.е. продолжительности, при которой тормоз выполняет действия по торможению и освобождению), составляет менее 90% от исходного значения усилия тарельчатой пружины в данном цикле, то устройство контроля выдает предупреждение с подсказкой работнику о необходимости ремонта тарельчатой пружины.