基于采煤机制动器的盘内温度变化的检测方法与流程

本发明涉及制动器摩擦副的温度变化分析、机械电子中的温度检测模型，特别是探究采煤机制动器盘内轴向温度变化规律和温度检测的功能设计。

背景技术：

工业是我国的第二产业，是国民经济的重要支柱，作为工业中的重要产业--煤矿业一直是我国的基础产业，在国民经济的发展中占有重要的地位和作用。采煤机作为采煤的重要工具，在煤矿开采中非常重要，它的性能和质量直接关系到煤矿生产的安全和质量问题。制动器是采煤机的重要安全制动装置，其性能的好坏和制动的响应速度，直接关系到采煤机使用安全和制动效率。采煤机用制动器是依靠制动器内部的摩擦片与制动片的相互挤压与摩擦将其采煤机的惯性动能转换成摩擦的内能，使其采煤机的位置不再发生变化。目前采煤机主要使用的制动器是盘型液压制动器，该制动器具有制动力矩大、体积小、重量轻、构造简单、调整方便等特点。其工作方式采用弹簧制动，液压释放，这种方式可靠，但自动化程度低，这种制动器不能直接与采煤机上监控中心对接，因此，无法实现其工况监控。制动器盘内温度变化对制动器的制动性能影响很大，当制动器处于工作状态过程中摩擦副之间相互挤压导致检测系统只能检测外侧盘的温度对于盘内温度变化不可预测，为了得到内部盘的温度变化需要通过有限元模拟制动器工作状态，分析出制动器盘内的变化过程。通过分析得到的盘内温度变化进行一定的数学模拟得到变化规律，再将这些变化规律应用在检测系统中，可以更好的反映盘内温度变化。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于采煤机制动器的盘内温度变化的检测方法，有效避免了制动盘内温度过高带来的不良影响，本发明结构简单，操作灵活，可以根据现场灵活实用，便于工作人员掌握，了解和分析其工作原理和工作状态。

本发明的技术方案是，一种基于采煤机制动器的盘内温度变化的检测方法，其特征是包括以下步骤

一：模拟制动器工况对制动器进行温度场分析，具体的分析过程为：

步骤101：将制动器摩擦副进行有限元建模，模型建立完成后，利用anasys中的workbench模块对其进行网格划分，为了避免不收敛现象，在选定合适的网格尺寸后要选用软件内部的自动网格生成。

步骤102：网格划分完成后，对上述模型进行力学加载一般制动器在制动过程中受到扭矩、惯性力和转动惯量的影响，将这些力和力矩加载到模型中，对模型进行后处理。

步骤103：将上述的制动器制动过程中温度场分析，由于制动盘和摩擦片的接触表面是圆形，为了得到效果更好的制动器温度变化，将对应的摩擦区域分成六个部分，即0°、60°、120°、180°、240 °、300°；在这些区域进行温度采集绘制，分别得到一号接触面、二号接触面、三号接触面、四号接触面、五号接触面、六号接触面、七号接触面、八号接触面的最大温度，得到摩擦副接触面的温度变化云图和最大温度变化。

二：轴向温度变化规律化，具体过程为：

步骤201：将步骤103中得到的一号接触面、二号接触面、三号接触面、四号接触面、五号接触面、六号接触面、七号接触面、八号接触面的0°、60°、120°、180°、240°、300°不同分布区域的数据进行平均化，对应的得到一号接触面、二号接触面、三号接触面、四号接触面、五号接触面、六号接触面、七号接触面、八号接触面最大温度变化平均值。

步骤202：将步骤201中八个接触面的最大温度变化平均值这些数据在xoy平面中分布，并将这些点彼此连接，得到对应的多线段曲线。

步骤203：将步骤202中得到的多线段曲线进行曲线拟合，拟合的曲线通过Maple软件进行模拟的曲线公式化，得到一号接触面、二号接触面、三号接触面、四号接触面、五号接触面、六号接触面、七号接触面、八号接触面这八个面之间的最大温度变化规律，即得到轴向温度变化规律。

三：温度检测装置设计，具体过程如下：

步骤301：检测位置选定后，在一号接触面安放温度传感器，通过对一号接触面的温度采集，依据制动器轴向温度变化关系得到五号接触面(依据图2可以知道五号接触面温度变化最高)的盘内最大温度变化。需要我们对其检测的信号进行模拟与采集，温度检测装置包括信号装换装置，信号的接收与处理装置，外部显示，外部控制装置。温度变化较大区域安放温度检测装置，通过对温度信号的采集、装换、显示，来直观的将制动器摩擦片的温度变化情况进行检测分析。

步骤302：温度检测装置包括三个铂电阻传感器，通过粘贴的方式布置在制动器的前端盖上。根据制动器端盖及摩擦副轴向位置、温度的回归方程，通过检测制动器前端盖的温度，通过查表方式来计算摩擦副核心的温度，为同类型制动器的温度检测积累经验，选择 MAX6675作为温度检测装置的检测端，温度检测装置检测出温度的值不定，通过ANASYS选定其最大温度区域，对其传递的信号要进行必要的滤波，排除不必要的其他信号的干扰。同时对其内部C语言程序进行一定的设计分析。通过流程图对其C语言程序结构优化，选定最佳程序方案进行一定的程序调试，然后在进行固化运行。

步骤303：单片机为STC89C52系列，作为信号的接收与处理装置，是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/ 超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍，内部集成MAX810专用复位电路。由于控制的中心部分为单片机，单片机只能识别数字信号。因此，我们需要将电信号转换成数字信号，在选择信号装换装置中，由于该装置在运用时不需要再添加放大电路，性能稳定，精度高，集成度高，响应速度快，抗干扰能力强，节约成本等优点。因此，选择了HX711作为A/D转换装置。

步骤304：将采集到的温度进行上位机显示，为了实时监测制动器温度值的变化，提高智能监控的可视化程度，利用VB语言编程人机界面，实现单片机与PC的通信。上位机窗体界面主要来实现第一个接触面的实时温度曲线的显示，也利用步骤二中的轴向温度变化规律显示中间第四个接触面的实时温度变化。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的方法步骤简单，操作方便，容易实现。

2、本发明利用有限元模型对制动器进行温度场模拟仿真，能够有效运用制动器基本信息对摩擦副盘内温度进行可靠分析，解决了传统分析的不可靠性而给温度场分析带来不可预测的难题。

3、本发明所采用的温度场有限元分析模型将摩擦副组件的轴向温度变化和单个摩擦副圆周温度变化有机、合理的统一起来，得到接触面的温度变化云图，并将对应的最大温度变化进行样本采集，通过采集的温度数据来进行轴向摩擦副间的变化关系，并将这种关系公式化，给出了合理有效的盘内温度预测手段。

4、采用本发明的方法，能够快速有效的评估制动器盘内温度变化情况，为制动器制动的分析和设计提供有效依据和参考。

5、本发明的实用性强，使用效果好，便于推广使用。

综上所述，本发明方法步骤简单，操作方便，能够有效运用盘内温度变化的样本信息对液压制动器盘内温度变化进行可靠性检测与评估，得到对应的温度变化规律，变化规律结果有效合理，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1是接触面和温度检测点分布图。

图2是八个接触面的最大温度变化曲线。

图3是盘内轴向温度变化曲线与温度拟合曲线。

图4是温度检测装置流程图。

具体实施方式

如图1所示，1对应的接触面一；2对应的接触面二；3对应的接触面三；4对应的接触面四；5对应的接触面五；6对应的接触面六； 7对应的接触面七；8对应的接触面八；9对应的是温度检测点。八个接触面分布设定后对制动器接触面的温度变化进行分析，分析步骤：

步骤一：选定采煤机制动器的基本参数，对其进行温度场分析, 分析过程：

步骤101：将制动器摩擦副进行有限元建模，模型建立如图1所示，模型建立完成后，利用anasys中的workbench模块对其进行网格划分，为了避免不收敛现象，在选定合适的网格尺寸后要选用软件内部的自动网格生成。

步骤102：网格划分完成后，对上述模型进行力学加载，一般制动器在制动过程中受到扭矩、惯性力和转动惯量的影响，将这些力和力矩加载到模型中，对模型进行后处理。

步骤103：将上述的制动器制动过程中温度场分析，对于制动盘和摩擦片的接触表面是圆形，为了得到效果更好的制动器温度变化，将对应的八个接触面的摩擦区域分成六个部分，即0°、60°、120 °、180°、240°、300°在这些区域进行温度采集得到一号接触面、二号接触面、三号接触面、四号接触面、五号接触面、六号接触面、七号接触面、八号接触面的最大温度进行采集绘制，得到摩擦副接触面的温度变化云图，最大温度变化样本点如表1所示：

表1最大温度变化样本点采集

步骤二：如图2所示，是八个接触面的最大温度变化曲线，将八个接触面的不同分布区域的最大温度数据进行平均化。对应的得到一号接触面、二号接触面、三号接触面、四号接触面、五号接触面、六号接触面、七号接触面、八号接触面最大温度变化平均值。将步骤201 中八个接触面的最大温度变化平均值这些数据在坐标轴中进行分布，并将这些点彼此连接，得到对应的多线段曲线。得到的多线段曲线进行曲线拟合，其得到的曲线与拟合的曲线如图3所示，从图2，图3 和表1可以很明显看出五号接触面温度最高，拟合的曲线通过Maple 软件进行模拟的曲线公式化，得到一号接触面、二号接触面、三号接触面、四号接触面、五号接触面、六号接触面、七号接触面、八号接触面这八个面之间的最大温度变化规律，即得到轴向温度变化规律。其变化公式为：

Y＝-2.606X²+23.28X+182.8

其中y是接触面的温度变化，x对应的是第几个接触面。

步骤三：选择合适的温度检测点后(即图1中9为检测点布置位置)，进行温度检测装置设计，具体过程如下：

步骤301：检测位置选定后，需要我们对其检测的信号进行模拟与采集，其检测功能包括温度检测装置，信号装换装置，信号的接收与处理装置，外部显示，外部控制装置。温度变化较大区域安放温度检测装置，通过对温度信号的采集、装换、显示，来直观的将制动器摩擦片的温度变化情况进行检测分析。

步骤302：温度检测装置包括三个铂电阻传感器，通过粘贴的方式布置在制动器的前端盖上。根据制动器端盖及摩擦副轴向位置、温度的回归方程，可以方便的通过检测制动器前端盖的温度，通过查表方式来计算摩擦副核心的温度，为同类型制动器的温度检测积累经验，选择MAX6675作为温度检测装置的检测端，其内部流程图如图4 所示。温度检测装置检测出温度的值不定，通过ANASYS选定其最大温度区域，对其传递的信号要进行必要的滤波，排除不必要的其他信号的干扰。同时对其内部C语言程序进行一定的设计分析。通过流程图对其C语言程序结构优化，选定最佳程序方案进行一定的程序调试，然后进行固化运行。

步骤303：单片机为STC89C52系列是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机作为信号的接收与处理装置，是高速/低功耗/ 超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍，内部集成MAX810专用复位电路。由于控制的中心部分为单片机，单片机只能识别数字信号。因此，我们需要将电信号转换成数字信号，在选择信号装换装置中，由于该装置在运用时不需要再添加放大电路，性能稳定，精度高，集成度高，响应速度快，抗干扰能力强，节约成本等优点。因此，选择了HX711作为A/D转换装置。

步骤304：将采集到的温度进行上位机显示，为了实时监测制动器温度值的变化，提高智能监控的可视化程度，利用VB语言编程人机界面，实现单片机与PC的通信。上位机窗体界面主要来实现第一个接触面的实时温度曲线的显示，也利用步骤二中的轴向温度变化规律显示中间第四个接触面的实时温度变化。