全文摘要
本实用新型涉及一种制动器正压力传感器，用于替代制动器中的弹簧垫，该传感器由外环圈和内环圈组成，内、外环圈之间连接有多个轮辐状连通辐条作为支撑，每个轮辐状连通辐条两端分别与外环圈内壁和内环圈外壁连接；每个轮辐状连通辐条的两个侧面均粘贴有应变片；传感器的一侧面为与油缸接触的表面，另一侧面设置有空间用于安装蝶形弹簧，传感器内环圈开设有多个用于穿线的布线孔；内环圈内壁还开设有用于布线的布线环形槽道。本实用新型替代原制动器内的弹簧垫后可以通过应变片感受来自制动器内蝶形弹簧传递过来的正压力，并将该正压力通过连接导线传递给计算机进行分析，实现制动器正压力的在线监控。
主设计要求
1.一种制动器正压力传感器，其特征在于由外环圈(20)和内环圈(21)组成，外环圈和内环圈之间连接有多个轮辐状连通辐条(11)作为支撑，每个轮辐状连通辐条的两端分别与外环圈内壁和内环圈外壁连接；每个轮辐状连通辐条的两个侧面均粘贴有应变片(23)作为敏感受力的电子器件，应变片的总个数是轮辐状连通辐条总个数的两倍；或者每个轮辐状连通辐条(11)的一个侧面粘贴有应变片(23)，应变片(23)的总个数与轮辐状连通辐条(11)的总个数相同；所述制动器正压力传感器的一个侧面为与油缸接触的表面(14)，其相对的另一侧面形成有蝶形弹簧被安放的空间(15)；在传感器与油缸接触的表面这一侧，内环圈比外环圈高，高出的尺寸为落差尺寸t(16)，在该侧面，外环圈(20)和轮辐状连通辐条(11)的表面保持水平；制动器正压力传感器的内环圈(21)上开设有多个用于穿线的布线孔(18)；内环圈的内壁还开设有用于布线的布线环形槽道(19)。
设计方案
1.一种制动器正压力传感器，其特征在于由外环圈(20)和内环圈(21)组成，外环圈和内环圈之间连接有多个轮辐状连通辐条(11)作为支撑，每个轮辐状连通辐条的两端分别与外环圈内壁和内环圈外壁连接；每个轮辐状连通辐条的两个侧面均粘贴有应变片(23)作为敏感受力的电子器件，应变片的总个数是轮辐状连通辐条总个数的两倍；或者每个轮辐状连通辐条(11)的一个侧面粘贴有应变片(23)，应变片(23)的总个数与轮辐状连通辐条(11)的总个数相同；
所述制动器正压力传感器的一个侧面为与油缸接触的表面(14)，其相对的另一侧面形成有蝶形弹簧被安放的空间(15)；在传感器与油缸接触的表面这一侧，内环圈比外环圈高，高出的尺寸为落差尺寸t(16)，在该侧面，外环圈(20)和轮辐状连通辐条(11)的表面保持水平；
制动器正压力传感器的内环圈(21)上开设有多个用于穿线的布线孔(18)；内环圈的内壁还开设有用于布线的布线环形槽道(19)。
2.如权利要求1所述的制动器正压力传感器，其特征在于外环圈(20)和内环圈(21)之间连接有四个或六个或八个或十二个轮辐状连通辐条(11)作为支撑，多个轮辐状连通辐条在内、外环圈之间等分空间。
3.如权利要求1所述的制动器正压力传感器，其特征在于轮辐状连通辐条(11)为等宽或不等宽结构，所述等宽是指轮辐状连通辐条与外环圈连接处的宽度等于轮辐状连通辐条与内环圈连接处的宽度且等于轮辐状连通辐条中间任何部位的宽度；所述不等宽是指轮辐状连通辐条与外环圈连接处的宽度、轮辐状连通辐条与内环圈连接处的宽度、轮辐状连通辐条中间任何部位的宽度至少有两处不相等；所述的轮辐状连通辐条中间任何部位是指轮辐状连通辐条处于内、外环圈之间形成的中空结构(22)中的部位。
4.如权利要求1所述的制动器正压力传感器，其特征在于所述落差尺寸t(16)的范围为0-5mm。
5.如权利要求1所述的制动器正压力传感器，其特征在于相邻的两个轮辐状连通辐条(11)之间还设置有一个或多个作为内环圈和外环圈承力辅助承受体的中断辐条(12)，多个中断辐条(12)在两个相邻轮辐状连通辐条(11)之间均匀布置；或者，两个相邻轮辐状连通辐条(11)的正中间位置设置有一个中断辐条(12)；所述的中断辐条中间有断开的空间(13)。
6.如权利要求5所述的制动器正压力传感器，其特征在于中断辐条(12)呈等宽度类型结构，所述的等宽度类型结构是指中断辐条与外环圈所连接的全段宽度和中断辐条与内环圈所连接的全段宽度相等。
7.如权利要求5所述的制动器正压力传感器，其特征在于中断辐条(12)呈不等宽度类型结构，所述的不等宽度类型结构是指中断辐条(12)与外环圈(20)所连接的全段宽度和中断辐条(12)与内环圈(21)所连接的全段宽度不相等。
8.如权利要求1所述的制动器正压力传感器，其特征在于所述制动器正压力传感器包含有四个轮辐状连通辐条(11)和四个中断辐条(12)，四个轮辐状连通辐条均布于外环圈和内环圈之间作为支撑，每两个相邻轮辐状连通辐条的正中间设置有一个作为内环圈和外环圈承力辅助承受体的中断辐条，所述轮辐状连通辐条为等宽结构，中断辐条为不等宽度类型结构，且中断辐条与外环圈所连接的全段宽度大于中断辐条与内环圈所连接的全段宽度。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及矿井提升机制动器正压力检测技术领域，具体是一种制动器正压力传感器。
背景技术
矿用提升机是煤炭开采和运输的关键设备，其转存和运输涉及到整个生产系列设备的联合生产效率，提升机在工作中不管正常运行或者出现故障情况都需要依靠制动系统的液压控制制动器组发挥制动停机作用，制动器在提升机制动中提供足额的正压力数值是保证提升机在高速运行中遵照电气和液压控制系统的减速度设定要求进行停机的关键。矿用提升机的液压制动系统是提升机工作制动和安全制动的重要安全控制环节，尤其是制动器制动正压力大小的调整和监视是关系到提升机生产过程中工作制动和安全制动可靠性的关键问题，也一直是这一领域的关键技术。以往情况下如果希望知道整机制动力矩是否符合安全生产要求数值，唯一的方法就是停产检修过程中申请质量监督检查机构利用仪器设备做整机性能检测，这种方法难以做到生产过程中的动态实时监控。
提升机的制动力矩与提升机所配置的全部制动器产生的制动正压力综合数值相关，其关联系数即是摩擦半径处的摩擦系数，此系数一般情况是与各种包括温度、湿度、摩擦速度等因素有一定的关系，但通常简单处理设定为一个常数，在工程应用中是允许的。目前的制动器正压力数值没有技术手段进行检测和数字化显示，其限制原因是制动器正压力检测传感器没有好的方法解决，在日常生产过程中对制动器正压力的不断降低或者所调定的制动正压力实际数值不能真实掌控，所以整机制动力矩的实时监控难以实现。因此本实用新型对现场作业中每个制动器的正压力监视提供了正压力信号传感手段，也就解决了制动力矩的安全监视，为生产设备连续无故障安全运行提供了保障。
发明内容
本实用新型公开了一种制动器正压力传感器，将该传感器替代原有制动器中的弹簧垫，由于该传感器上安装有受力敏感元件-应变片，应变片通过连接导线与计算机连接，该应变片可以感受来自制动器内蝶形弹簧传递过来的正压力，并将该正压力通过连接导线传递给计算机进行计算分析，实现制动器正压力的在线监控。
本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种制动器正压力传感器，用于替代制动器中的弹簧垫，所述制动器由以下主要部件组成：油缸，活塞，连接螺栓，连接轴，蝶形弹簧，筒体，闸瓦，弹簧垫，密封圈，油封，所述制动器正压力传感器的外形和尺寸能完全与所述制动器中弹簧垫具备的空间相匹配；该制动器正压力传感器由外环圈和内环圈组成，外环圈和内环圈之间连接有多个轮辐状连通辐条作为支撑，每个轮辐状连通辐条的两端分别与外环圈内壁和内环圈外壁连接；每个轮辐状连通辐条的两个侧面均粘贴有应变片作为敏感受力的电子器件，应变片的个数是轮辐状连通辐条个数的两倍；或者每个轮辐状连通辐条的一个侧面粘贴有应变片，应变片的个数与轮辐状连通辐条的个数相同；
所述制动器正压力传感器的一个侧面为与油缸接触的表面，其相对的另一侧面形成有蝶形弹簧被安放的空间；在传感器与油缸接触的表面这一侧，内环圈比外环圈高，高出的尺寸为落差尺寸t，在该侧面，外环圈和轮辐状连通辐条的表面保持水平；
制动器正压力传感器的内环圈上开设有多个用于穿线的布线孔；内环圈的内壁还开设有用于布线的布线环形槽道。
进一步，外环圈和内环圈之间连接有四个或六个或八个或十二个轮辐状连通辐条作为支撑，多个轮辐状连通辐条在内、外环圈之间等分空间。
进一步，轮辐状连通辐条为等宽或不等宽结构，所述等宽是指轮辐状连通辐条与外环圈连接处的宽度等于轮辐状连通辐条与内环圈连接处的宽度且等于轮辐状连通辐条中间任何部位的宽度；所述不等宽是指轮辐状连通辐条与外环圈连接处的宽度、轮辐状连通辐条与内环圈连接处的宽度、轮辐状连通辐条中间任何部位的宽度至少有两处不相等；所述的轮辐状连通辐条中间任何部位是指轮辐状连通辐条处于内、外环圈之间形成的中空结构中的部位。
进一步，所述落差尺寸t的范围为0-5mm。
前述的制动器正压力传感器，相邻两个轮辐状连通辐条之间还设置有一个或多个作为内环圈和外环圈承力辅助承受体的中断辐条，多个中断辐条在两个相邻轮辐状连通辐条之间均匀布置；或者，两个相邻轮辐状连通辐条的正中间位置设置有一个中断辐条；所述的中断辐条中间有断开的空间。
进一步，中断辐条呈等宽度类型结构，所述的等宽度类型结构是指中断辐条与外环圈所连接的全段宽度和中断辐条与内环圈所连接的全段宽度相等。
进一步，中断辐条呈不等宽度类型结构，所述的不等宽度类型结构是指中断辐条与外环圈所连接的全段宽度和中断辐条与内环圈所连接的全段宽度不相等。
优选的，所述制动器正压力传感器包含有四个轮辐状连通辐条和四个中断辐条，四个轮辐状连通辐条均布于外环圈和内环圈之间作为支撑，每两个相邻轮辐状连通辐条的正中间设置有一个作为内环圈和外环圈承力辅助承受体的中断辐条，所述轮辐状连通辐条为等宽结构，中断辐条为不等宽度类型结构，且中断辐条与外环圈所连接的全段宽度大于中断辐条与内环圈所连接的全段宽度。
本实用新型提供了一种制动器正压力传感器，可以替换掉原有制动器中的弹簧垫，也就是将本实用新型的传感器置于原制动器中弹簧垫的位置，通过在传感器上设置轮辐状连通辐条作为支撑，并在轮辐状连通辐条两侧粘贴应变片作为敏感受力元件，传感器一侧与油缸接触，另一侧与蝶形弹簧接触，该传感器可以通过应变片实时感知来自蝶形弹簧的正压力，并通过连接导线将应变片检测的数据传递到计算机上进行数据分析和处理，从而得出制动器的正压力数值，实现动态在线监测制动器正压力波动，为现场作业生产设备连续无故障运行及真实、实时掌控和监控提升机制动器正压力提供了可靠的技术手段。且本实用新型结构简单，生产和制造容易，成本不高，对原有制动器内弹簧垫的替换操作也容易实施，整体改造起来比较容易实现，具有极大的实用性。
附图说明
图1是现有制动器外形图。
图2是图1沿K－K剖面的剖视图；
图3是本实用新型的传感器本体结构主视图一；
图4是图3的A－A剖面剖视图；
图5是图4的B－B剖面剖视图；
图6是图4中局部C的放大图；
图7是本实用新型的传感器本体结构主视图二；
图8是图7的A－A剖面剖视图；
图9是图8的B－B剖面剖视图；
图10是应变片粘贴位置示意图；
图11是四个轮辐状连通辐条粘贴应变片的识别编号示意图；
图12是图11中八个应变片连接后形成的桥式测量电路；
图13是本实用新型传感器替代弹簧垫之后形成的制动器整体结构示意图。
【主要元件符号说明】
1：油缸 2：活塞
3：连接螺栓 4：连接轴
5：蝶形弹簧 6：筒体
7：闸瓦 8：弹簧垫
8A：本实用新型传感器本体 9：密封圈
10：油封 11：轮辐状连通辐条
12：中断辐条 13：中断辐条断开的空间
14：与油缸接触的表面 15：蝶形弹簧被安放的空间
16：落差尺寸t 17：工艺孔眼
18：布线孔 19：布线环形槽道
20：外环圈 21：内环圈
22：内、外环圈之间形成的中空结构 23：应变片
a：轮辐状连通辐条的宽度尺寸
具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例，对依据本实用新型提出的一种制动器正压力传感器，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
本实用新型提出的制动器正压力传感器可以应用于如图1所示的制动器结构，图1制动器沿K－K剖面的剖视图如图2，制动器由以下主要部件组成：油缸1，活塞2，连接螺栓3，连接轴4，蝶形弹簧5，筒体6，闸瓦7，弹簧垫8，密封圈9，油封10，本实用新型发明制动器正压力传感器8A将用于替代图2中的弹簧垫8，所述传感器外形和尺寸能完全适应弹簧垫8具备的容纳空间。本实用新型所述制动器正压力传感器可以有两种结构，其主视图分别如图3和图7所示，先以图3所示结构进行详细说明。
图3所示传感器整体结构由一个外环圈20和一个内环圈21组成，两个环圈之间由四个轮辐状连通辐条11支撑，即每个轮辐状连通辐条的两端分别与外环圈内壁和内环圈外壁连接，四个轮辐状连通辐条与外环圈和内环圈必须是一体式设计并且利用一个整体原材料经由锻打、粗加工、热处理、精加工、线切割、电镀、磨光、电路布置后形成上述连接关系。四个轮辐状连通辐条11在内、外环圈之间四等分，使每两个相邻的轮辐状连通辐条11的间距均相等。
轮辐状连通辐条11最好是等宽的，宽度不限定。如图3和图5所示，即轮辐状连通辐条11与外环圈连接处的宽度等于其与内环圈连接处的宽度等于轮辐状连通辐条11中间任何部位的宽度。也可以是不等宽结构，比如梯形结构或其它结构，比如可以是轮辐状连通辐条11与外环圈连接处的宽度、其与内环圈连接处的宽度、轮辐状连通辐条11中间任何部位的宽度至少有两处不相等。所述的轮辐状连通辐条11中间任何部位是指轮辐状连通辐条处于内、外环圈之间形成的中空结构22中的部位，内、外环圈之间形成的中空结构22如图5所示。
如图4所示，传感器一侧面为与油缸接触的表面14，相对的另一侧面形成有蝶形弹簧5被安放的空间15。在传感器与油缸接触的表面14的一侧，内环圈比外环圈高，高出的尺寸为落差尺寸t，如图6所示。而在这一侧外环圈和轮辐状连通辐条的表面保持水平。所述的落差尺寸t的范围可以是0-5mm，这是为了让内环完全接触油缸承受制动器正压力，不致于在正压力传递过程中因连通辐条的变形使外环圈接触油缸造成制动正压力检测失败所考虑的保证。内环圈的内壁还开设有用于布线的布线环形槽道19，传感器的外环圈上开设有多个用于穿线的工艺孔眼17，内环圈上开设有多个用于穿线的布线孔18，工艺孔眼是加工布线孔时所用。
每个轮辐状连通辐条11的两个侧面均粘贴有应变片作为敏感受力的电子器件，也可以是仅在一个侧面粘贴应变片也能完成检测职能，比较理想的方法是在两个侧面粘贴应变片。该粘贴有应变片的两个侧面是指每个轮辐状连通辐条位于内、外环圈之间形成的中空结构22中的两个侧面，如图10和图11所示。四个轮辐状连通辐条11作为传感器敏感元件贴附位置构成信号敏感区。如果有四个轮辐状连通辐条11，则应变片共有8个，其粘贴位置如图10和图11所示，8个应变片分别以R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8区分，8个应变片按照图12的桥式电路连接组成测试电路的工作关系，输出信号经过信号放大器放大后提供给计算机进行信号转换和数据采集做分析。从应变信号转化到电信号输出的公式化表达如下：
应变片的丝栅电阻值表达为R，在应变片粘贴位置因受力出现微小应变时，电桥电路的输出电压变化量△U输出<\/sub>与输入激励电压U输入<\/sub>的比值存在如下关系等式：△U输出<\/sub>\/U输入<\/sub>＝((△R1+△R3)\/(R1+R3)+(△R5+△R7)\/(R5+R7)-(△R2+△R4)\/(R2+R4)-(△R6+△R8)\/(R6+R8))\/4
一般情况下的各个应变片的阻值相等：R＝R1＝R2＝R3＝R4＝R5＝R6＝R7＝R8△U输出<\/sub>\/U输入<\/sub>＝((△R1+△R3)+(△R5+△R7)-(△R2+△R4)-(△R6+△R8))\/8R
通常情况单个应变片在受力应变情况下，其电阻值的变化率与应变片的应变量存在如下关系等式：
△R\/R＝Kε
其中，K为应变片的灵敏系数，这是应变片本体材料固有常数，一般为K＝2(无量纲)，R为应变片阻值(欧姆)，△R为应变片阻值变化量(欧姆)，ε为应变片粘贴位置的应变量(无量纲)。
电桥的输出电信号(即电桥输出电压的变化量△U输出<\/sub>)相对输入激励电压的变化率由下面等式进行计算：
△U输出<\/sub>\/U输入<\/sub>＝K((ε1+ε3+ε5+ε7)-(ε2+ε4+ε6+ε8))\/8
本实用新型的制动器传感器通过从力学量的参数即应变量到电学量输出的转换，提供了一种替代原有制动器内的弹簧垫的制动器正压力传感器内腔结构，这种传感器内腔结构新颖独特，该传感器通过内设的应变片监测正压力变化，传感器通过应变片检测应力和信号转换计算已是现有常用技术，在此不再赘述。本实用新型的重点是这种传感器的结构。
本实用新型主要负责传递信号的连接导线与应变片和计算机均连接，连接导线与应变片连接后可根据需要在布线环形槽道19中进行归纳布置并根据需要可从多个布线孔18中穿行布置并与外部计算机相连，由此对传感器受力敏感器件(应变片)收集到的载荷转换信号(即应变片检测到的制动正压力信号)进行对外传输供计算机进行分析和数据动态显示。八个应变片按照图12所示形成桥式测量电路。
在图3所示的传感器结构基础上，本实用新型的传感器还可以有另外一种结构，如图7所示，本实用新型的传感器还可以在相邻的两个轮辐状连通辐条11之间设置一个或多个中断辐条12，中断辐条12是作为传感器内环圈和外环圈承力的辅助承受体帮助轮辐状连通辐条11分担一部分载荷，使得内环圈和外环圈的承力在沿圆圈体上尽可能分布均匀。
中断辐条最好也是均匀布置，即在两个轮辐状连通辐条11的正中间位置设置有一个中断辐条12，或者，在两个轮辐状连通辐条11之间的空间均匀布置多个中断辐条12。中断辐条呈等宽度类型结构，等宽度类型结构是指中断辐条与外环圈所连接的全段宽度和中断辐条与内环圈所连接的全段宽度相等，与轮辐状连通辐条的结构类似，但中间有断开的空间13；也可以是中断辐条呈不等宽度类型结构，不等宽度类型结构是指中断辐条与外环圈所连接的全段宽度和中断辐条与内环圈所连接的全段宽度不相等，中间有断开的空间13，最好是中断辐条与外环圈所连接的全段宽度大于其与内环圈所连接的全段宽度，如图7和图9所示。此时，连接导线可以从四个中断辐条断开的空间13内穿线进行过渡连接。
具体工作时，压力油液从油缸1进油口进入并驱动活塞2移动，带动连接螺栓3和连接轴4及筒体6一道向右移动并压缩蝶形弹簧5，由此闸瓦7跟随筒体6向右移动离开提升机闸盘，形成制动器开闸状态，此时提升机正常运行作业，由于被压缩的蝶形弹簧5紧贴着弹簧垫8，在弹簧垫8被图3或图7所示的制动器正压力传感器替换下来后，此传感器即可感受并传递出蝶形弹簧5传递过来的正压力，开闸后所受正压力将作为初始信号被后续信号处理抛除。当油缸1内的压力油液由液压系统调整到完全泄压数值时，也即制动器处于制动工作状态时，以上所有部件将回到未进油时的位置，蝶形弹簧进入其预压缩的状态，此预压缩状态所内蓄的正压力即是制动正压力，闸瓦7将贴紧闸盘形成制动力矩让提升机停机，此时整个制动过程所反映的制动力是一个逐步增加的动态过程，动态制动正压力将由制动器正压力传感器上的应变片感受并转换成电信号传递给计算机进行分析处理，从而实现不停机在线监测制动器正压力波动，为现场作业生产设备连续无故障运行提供了监视手段。
本实用新型的制动器正压力传感器传感信号敏感器件(应变片)主要贴附在四个轮辐状连通辐条11的两侧壁上，传感器的主体敏感职能将由四个轮辐状连通辐条11担任，四个中断辐条12作为承力的辅助支撑能防止总正压力的分布过度集中在四个轮辐状连通辐条11与外环圈和内环圈连接的部位，本实用新型负责传递信号的连接导线从布线孔18中穿过，此布线孔18有多个数量，穿过布线孔18的导线可以在内环圈封闭的布线环形槽道19内归纳布置，由此对传感器敏感器件(应变片)收集到的载荷转换信号进行对外传输供计算机进行分析和数据动态显示。
制动器在提升机制动中提供足额的正压力数值是保证提升机在高速运行中遵照电气和液压控制系统的减速度设定要求进行停机关键，以往的制动器正压力数值没有技术手段进行检测和数字化显示，在日常生产过程中对制动器正压力的不断降低或者所调定的制动正压力实际数值不能真实掌控，所以整机制动力矩的实时监控难以实现，本实用新型的发明填补了这一技术领域的缺陷，通过对每个制动器正压力动态在线跟踪并经计算机综合分析计算获得提升机的整机制动力矩动态数据，实时掌控制动力矩真实数据，在制动力矩降低到安全极限之前就能在动态监视中及时监控；在提升机日常维护和维修中可以使操作工在实时监控下对每个制动器的正压力实施调节手段；还可以通过互联网络或者移动通讯网络将制动器正压力信号进行网络传输，提供各种网络终端设备或移动通信终端手机对制动力的关键安全数据进行查询和监控管理。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，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。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920338675.5
申请日:2019-03-11
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:41(河南)
授权编号:CN209583319U
授权时间:20191105
主分类号:B66B 5/00
专利分类号:B66B5/00;B66B19/06;F16D66/00
范畴分类:32F;33B;
申请人:鲍驰;周星海;许钰涵
第一申请人:鲍驰
申请人地址:471000 河南省洛阳市涧西区南昌路六街坊6号院7栋1门201号
发明人:鲍驰;周星海;许钰涵
第一发明人:鲍驰
当前权利人:鲍驰;周星海;许钰涵
代理人:寿宁;张华辉
代理机构:11019
代理机构编号:北京中原华和知识产权代理有限责任公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计