專利名稱：盤式制動器摩擦學(xué)性能監(jiān)測預(yù)警裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種盤式制動器摩擦學(xué)性能監(jiān)測預(yù)警裝置，屬于摩擦學(xué)及自動檢測技術(shù)領(lǐng)域，能夠?qū)ΡP式制動器制動過程中的摩擦學(xué)性能進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并對異常摩擦學(xué)狀態(tài)進(jìn)行自動預(yù)警。
背景技術(shù)：
目前，礦井提升機(jī)、汽車、列車等裝備的制動系統(tǒng)大多采用盤式制動器作為制動裝置。盤式制動器依靠閘瓦(或剎車片)與制動盤之間的摩擦作用，將機(jī)械系統(tǒng)的動能轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，從而實(shí)現(xiàn)制動減速或停車功能。因此，盤式制動器在制動過程中的摩擦學(xué)性能直接關(guān)系到這些裝備的制動效能及可靠性，從而對生產(chǎn)、交通乃至人員生命安全都產(chǎn)生重要影響。盤式制動器在制動過程中的摩擦學(xué)性能主要受制動工況條件的約束和影響，并呈現(xiàn)出復(fù)雜的變化規(guī)律。若能實(shí)時監(jiān)測盤式制動器的制動工況條件，并能據(jù)此準(zhǔn)確預(yù)測其摩擦學(xué)性能參數(shù)的變化規(guī)律，則當(dāng)預(yù)測到異常摩擦學(xué)狀態(tài)時，就可以提前發(fā)出預(yù)警信號，提醒操作人員或通過自動控制系統(tǒng)對有關(guān)制動工況參數(shù)及時進(jìn)行調(diào)整，從而避免因制動器摩擦學(xué)性能劣化而引發(fā)的制動事故。目前關(guān)于制動摩擦學(xué)問題的研究，基本上都還局限于對制動器摩擦副的摩擦系數(shù)、磨損率等常規(guī)摩擦學(xué)性能參數(shù)的試驗(yàn)分析，很少有人嘗試對盤式制動器制動過程中的摩擦學(xué)性能進(jìn)行預(yù)測研究。其他領(lǐng)域有關(guān)摩擦學(xué)性能預(yù)測的研究報道，也大都僅預(yù)測輸出摩擦系數(shù)單個摩擦學(xué)性能指標(biāo)，不能客觀、全面反映制動器摩擦副接觸界面上的真實(shí)摩擦學(xué)狀態(tài)。針對當(dāng)前盤式制動器摩擦學(xué)性能監(jiān)測及預(yù)警技術(shù)方面存在的明顯不足，發(fā)明盤式制動器摩擦學(xué)性能監(jiān)測預(yù)警方法及裝置顯得尤為重要。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實(shí)用新型以提高盤式制動器的制動可靠性和安全性為目標(biāo)，提出一種盤式制動器摩擦學(xué)性能監(jiān)測預(yù)警裝置，可廣泛適用于礦井提升機(jī)、汽車、列車等裝備的盤式制動器，對其在制動過程中的摩擦學(xué)性能進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并對異常摩擦學(xué)狀態(tài)進(jìn)行自
動預(yù)警。技術(shù)方案本實(shí)用新型提出的盤式制動器摩擦學(xué)性能監(jiān)測預(yù)警裝置是由傳感檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計算處理系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)組成；傳感檢測系統(tǒng)由光電編碼器、正壓力傳感器和測溫?zé)犭婑罱M成，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由功率放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)組成，計算處理系統(tǒng)由 PLC裝置、通訊串口、工控機(jī)、蜂鳴器和顯示器組成，軟件系統(tǒng)由VB主界面和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型組成。光電編碼器安裝在盤式制動器制動盤旋轉(zhuǎn)軸的端部，正壓力傳感器安裝在盤式制動器碟形彈簧的后端，測溫?zé)犭婑钣蓴R架將其置于盤式制動器制動盤表面上靠近間瓦(或剎車片)與制動盤接觸區(qū)域附近。[0008]正壓力傳感器、測溫?zé)犭婑钆c功率放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)及PLC裝置以串聯(lián)方式連接，光電編碼器與PLC裝置直接相連，PLC裝置與工控機(jī)通過通訊串口相連。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型由MATLAB程序構(gòu)建，存儲于工控機(jī)硬盤內(nèi)部；軟件系統(tǒng)主界面由VB程序編制，VB界面與MATLAB程序之間通過Active X接口實(shí)現(xiàn)通訊。本實(shí)用新型提出的盤式制動器摩擦學(xué)性能監(jiān)測預(yù)警方法是首先，通過模擬盤式制動器制動工況開展摩擦學(xué)性能測試試驗(yàn)，獲取數(shù)據(jù)樣本；然后，利用數(shù)據(jù)樣本，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建摩擦學(xué)性能智能預(yù)測模型；最后，基于模型的預(yù)測能力，利用監(jiān)測預(yù)警裝置， 實(shí)現(xiàn)對盤式制動器摩擦學(xué)性能的實(shí)時監(jiān)測以及對異常摩擦學(xué)狀態(tài)的自動預(yù)警。具體監(jiān)測預(yù)警方法是首先，根據(jù)礦井提升機(jī)、汽車、列車等裝備的實(shí)際制動工況條件，合理選擇滑動速度、制動壓力、摩擦面溫度等制動工況參數(shù)的取值范圍；利用塊-盤式摩擦試驗(yàn)機(jī)將間瓦(或剎車片)與制動盤配副摩擦，開展摩擦學(xué)性能測試試驗(yàn)，測試制動器摩擦副在制動過程中的摩擦系數(shù)、摩擦系數(shù)穩(wěn)定系數(shù)、磨損率等摩擦學(xué)性能參數(shù)的變化規(guī)律，從而獲取包含制動工況參數(shù)與摩擦學(xué)性能參數(shù)之間復(fù)雜映射關(guān)系的數(shù)據(jù)樣本。然后， 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以制動工況參數(shù)作為輸入、摩擦學(xué)性能參數(shù)作為輸出，構(gòu)建盤式制動器摩擦學(xué)性能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型；利用摩擦學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)樣本反復(fù)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并通過計算機(jī)仿真對其結(jié)構(gòu)及參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使其具備對盤式制動器制動過程摩擦學(xué)性能的智能預(yù)測功能。最后，由傳感檢測系統(tǒng)實(shí)時檢測盤式制動器的滑動速度、制動壓力、摩擦面溫度等制動工況參數(shù)；由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對檢測信號進(jìn)行采集、放大和轉(zhuǎn)換處理；由計算處理系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上傳的制動工況數(shù)據(jù)后，調(diào)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，預(yù)測輸出盤式制動器的摩擦學(xué)性能參數(shù)；由軟件系統(tǒng)實(shí)時顯示預(yù)測結(jié)果，并對預(yù)測到的盤式制動器異常摩擦學(xué)狀態(tài)自動預(yù)警。有益效果本實(shí)用新型應(yīng)用范圍廣泛，可適用于礦井提升機(jī)、汽車、列車等裝備的盤式制動器，監(jiān)測精度高，預(yù)警結(jié)果快速、準(zhǔn)確，可有效預(yù)防因盤式制動器摩擦學(xué)性能劣化而引發(fā)的制動事故，對生產(chǎn)、交通乃至人員生命安全都具有重要保障作用。

圖1是本實(shí)用新型的監(jiān)測預(yù)警裝置組成原理圖；圖中1-1、制動盤；1-2、轉(zhuǎn)軸；1-3、活塞；1-4、碟形彈簧；1_5、閘瓦(或剎車片)； 2-1、光電編碼器；2-2、正壓力傳感器；2-3、擱架；2-4、測溫?zé)犭婑睿?_1、功率放大器；3_2、 A/D轉(zhuǎn)換器；3-3、單片機(jī)；4-1、PLC裝置；4_2、通訊串口 ；4-3、工控機(jī)；4_4、蜂鳴器；4-5、顯示器；5-1、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；5-2、VB界面。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖1對本實(shí)用新型盤式制動器摩擦學(xué)性能監(jiān)測預(yù)警裝置作進(jìn)一步詳述盤式制動器摩擦學(xué)性能監(jiān)測預(yù)警裝置由傳感檢測系統(tǒng)2、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3、計算處理系統(tǒng)4及軟件系統(tǒng)5組成。傳感檢測系統(tǒng)2的功能是實(shí)時檢測盤式制動器1的制動工況參數(shù)(包括滑動速度、制動壓力和摩擦面溫度)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3對傳感檢測系統(tǒng)2的輸出信號進(jìn)行采集、放大和轉(zhuǎn)換處理，計算處理系統(tǒng)4接收數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3上傳的制動工況數(shù)據(jù)后，調(diào)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，預(yù)測輸出盤式制動器1的摩擦學(xué)性能參數(shù)，并通過軟件系統(tǒng)5實(shí)時顯示及自動預(yù)警。傳感檢測系統(tǒng)2由光電編碼器2-1、正壓力傳感器2-2和測溫?zé)犭婑?_3組成；光電編碼器2-1安裝在盤式制動器1的轉(zhuǎn)軸1-2的端部，用于檢測制動盤1-1的轉(zhuǎn)速，并通過后繼計算將其轉(zhuǎn)換為摩擦中心的滑動線速度；正壓力傳感器2-2安裝在碟形彈簧1-4的后端，用于檢測制動壓力；測溫?zé)犭婑?-4由擱架2-3將其置于制動盤1-1的表面上靠近閘瓦 (或剎車片)1-5與制動盤1-1的摩擦接觸區(qū)域附近，用于檢測制動過程中摩擦面上的溫度。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3由功率放大器3-1、A/D轉(zhuǎn)換器3_2和單片機(jī)3_3組成；正壓力傳感器2-2、測溫?zé)犭婑?-4與功率放大器3-1、A/D轉(zhuǎn)換器3_2、單片機(jī)3_3及PLC裝置4_1 以串聯(lián)方式連接，將傳感器檢測到的制動壓力和摩擦面溫度的模擬信號經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換后上傳給PLC處理；光電編碼器2-1的輸出信號為脈沖信號，直接與PLC裝置4-1相連。計算處理系統(tǒng)4由PLC裝置4-1、通訊串口 4_2、工控機(jī)4_3、蜂鳴器4_4和顯示器 4-5組成，軟件系統(tǒng)5由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型5-1、主界面5-2組成；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型5-1由 MATLAB程序構(gòu)建，存儲于工控機(jī)4-3的硬盤內(nèi)部；軟件系統(tǒng)主界面5_2由VB程序編制，VB 程序與MATLAB程序之間通過Active X接口實(shí)現(xiàn)通訊；PLC裝置4_1將傳感檢測系統(tǒng)3檢測到的制動工況參數(shù)(包括滑動速度、制動壓力、摩擦面溫度)，通過通訊串口 4-2上傳給工控機(jī)4-3 ；工控機(jī)4-3接受到PLC裝置4-3上傳的制動工況參數(shù)后，調(diào)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型5-1，預(yù)測輸出盤式制動器1的摩擦學(xué)性能參數(shù)(包括摩擦系數(shù)、摩擦系數(shù)穩(wěn)定系數(shù)、磨損率)，并在顯示器4-5上通過軟件系統(tǒng)主界面5-2實(shí)時顯示；當(dāng)預(yù)測到盤式制動器1即將出現(xiàn)異常摩擦學(xué)狀態(tài)時，啟動蜂鳴器4-4，自動發(fā)出預(yù)警信號。
權(quán)利要求1. 一種盤式制動器摩擦學(xué)性能監(jiān)測預(yù)警裝置，其特征在于該裝置由傳感檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計算處理系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)組成；傳感檢測系統(tǒng)包括光電編碼器(2-1)、正壓力傳感器(2-2)和測溫?zé)犭婑?2-4)， 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括功率放大器(3-1)、A/D轉(zhuǎn)換器(3-2)和單片機(jī)(3-3)， 計算處理系統(tǒng)包括PLC裝置(4-1)、通訊串口(4-2)、工控機(jī)(4-3)、蜂鳴器(4-4)和顯示器(4-5)，軟件系統(tǒng)包括VB主界面(5-2)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型(5-1)；光電編碼器(2-1)安裝在盤式制動器制動盤(1-1)的轉(zhuǎn)軸(1-2)端部，正壓力傳感器 (2-2)安裝在盤式制動器碟形彈簧(1-4)的后端且鏈接閘瓦(1-5)，閘瓦(1-5)位于制動盤 (1-1)的兩側(cè)，測溫?zé)犭婑?2-4)由擱架(2-3)將其置于盤式制動器制動盤(1-1)附近；正壓力傳感器(2-2)與測溫?zé)犭婑?2-4)分別與功率放大器(3-l)、A/D轉(zhuǎn)換器(3-2)、單片機(jī) (3-3 )及PLC裝置(4-1)以串聯(lián)方式連接，光電編碼器(2-1)與PLC裝置(4-1)直接相連，PLC 裝置(4-1)通過通訊串口(4-2)與工控機(jī)(4-3)相連；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型(5-1)由MATLAB 程序構(gòu)建，存儲于工控機(jī)(4-3)硬盤內(nèi)部；軟件系統(tǒng)VB界面(5-2)由VB程序編制，VB界面 (5-2)與MATLAB程序之間通過Active X控件實(shí)現(xiàn)通訊。
專利摘要一種盤式制動器摩擦學(xué)性能監(jiān)測預(yù)警裝置，該裝置由傳感檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計算處理系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)組成；傳感檢測系統(tǒng)通過光電編碼器、正壓力傳感器和測溫?zé)犭婑顚?shí)時檢測盤式制動器的制動工況參數(shù)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對檢測信號進(jìn)行采集、放大和轉(zhuǎn)換處理，計算處理系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上傳的制動工況數(shù)據(jù)后，調(diào)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，預(yù)測輸出盤式制動器的摩擦學(xué)性能參數(shù)，并通過軟件系統(tǒng)實(shí)時顯示及自動預(yù)警。該方法及裝置監(jiān)測精度高，預(yù)警結(jié)果快速、準(zhǔn)確。
文檔編號G01M13/00GK202133538SQ20112019356
公開日2012年2月1日 申請日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者劉超, 朱真才, 楊磊, 童敏明, 陰妍, 陳光柱, 鮑久圣 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)