一种提升机用开放油缸传感智能闸的制作方法

本实用新型涉及矿井提升机设备现场安全运行、维护和监控领域，具体是一种提升机用开放油缸传感智能闸。

背景技术：

矿用提升机是金属矿和煤炭井下开采运输的关键设备，尤其是提升机制动系统制动闸的制动力需要维持在安全限度以内才能保证全系统在工作过程中的工作制动和安全紧急制动的安全可靠。

以往对提升机制动闸的制动力控制措施是以开闸间隙数值维持在0-2mm范围为合理，基本上是间接性的保证制动力没有大幅度降低这样的定性方法，不能真正掌握制动力的真实数据，至于制动力是否达标却不能直接了解，有关控制制动力是否在正常范围的间接参考标准和操作规范也是以开闸间隙数值进行间接定性，目前检测制动力方法上欠缺真实可靠的定量手段。

提升机系统的制动总力矩是由制动装置系统所配置全部制动闸的制动力综合决定，每个制动闸即是总制动力矩的贡献单元体，解决了各单元体的监测实际制动力数值准确性即是解决了提升机制动总力矩监测的准确性，本实用新型所解决的单元体实质技术就是本实用新型的开放油缸传感智能闸结构。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提供一种提升机用开放油缸传感智能闸，在开放式智能闸油缸与碟簧垫接触一端的外周安装智能闸传感器，传感器安装到位后开放式智能闸油缸和传感器均与碟簧垫接触；智能闸传感器的传感辐条侧面粘贴有用于测定制动正压力的应变片形成受力敏感区，传感器外圆环后侧面及传感辐条与油缸之间架空均不接触，传感器内圆环后侧面与油缸之间紧密接触，本实用新型可以在提升机合闸时检测到制动正压力数据，为提升机制动力矩是否达标提供一种直接的监测手段，有助于直观快速了解提升机制动力情况，从而可以迅速做出判断及调整，保证提升机的制动安全。

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提升机用开放油缸传感智能闸，包括固定于智能闸闸座的外壳体、设置于外壳体内并与外壳体滑动连接的筒体、与筒体通过压紧螺钉紧固在一起的闸瓦压条、设置于闸瓦压条前的闸瓦、与外壳体尾部螺纹连接的调整螺母，其中，调整螺母内设置有开放式智能闸油缸，调整螺母尾部设置有智能闸油缸盖，智能闸油缸盖与开放式智能闸油缸之间固定，开放式智能闸油缸和设于该油缸内的活塞被智能闸油缸盖封闭紧固，拉紧螺栓穿过活塞中间孔并与筒体中轴螺纹连接，拉紧螺栓和活塞之间还设置有支撑套，支撑套与活塞之间通过o型圈密封，通过拉紧螺栓与筒体中轴之间螺纹连接的预紧力使拉紧螺栓、支撑套、活塞、筒体中轴及筒体连接为一个整体；筒体中轴外周安装有碟簧，碟簧尾部安装有碟簧垫，智能闸传感器安装在开放式智能闸油缸与碟簧垫接触一端的外周并与油缸之间固定，传感器安装到位后开放式智能闸油缸和传感器均与碟簧垫接触，传感器和油缸与调整螺母之间均为滑动接触；

所述的传感器包括外圆环和内圆环，外圆环和内圆环之间均布有多个传感辐条，相邻两个辐条之间有空间，每个辐条的侧面均粘贴有应变片作为敏感受力的电子器件形成受力敏感区，定义传感器与碟簧垫接触的一面为前侧面，其相对的另一面为后侧面，传感器后侧面第一界面与油缸前侧面第一界面之间的间距t3为0.1-3.0mm，传感辐条与油缸之间不接触；传感器内圆环内壁、传感器后侧面第二界面及传感器后侧面第三界面与油缸均紧密接触。

前述的提升机用开放油缸传感智能闸，提升机合闸时，闸瓦紧贴闸盘对闸盘施加制动正压力，同时闸瓦对闸盘制动正压力的反作用力传递到传感器的负荷承压面上经由传感辐条到达力负荷承担界面被调整螺母所抵挡，传感器的受力敏感区得到感应并检测到合闸时的制动正压力。

进一步地，活塞靠近油缸盖的一端与油缸盖内壁之间间距t1，t1＞0；拉紧螺栓靠近油缸盖的一端与油缸盖的端盖之间间距t2，t2大于或等于t1。

进一步地，传感器外圆环和内圆环之间均布的传感辐条数量为4个或8个或12个。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型通过在开放式智能闸油缸与碟簧垫接触一端的外周安装智能闸传感器，使传感器和油缸的前侧面与碟簧垫均接触，传感器外圆环后侧面及传感辐条与油缸前侧面第一侧面之间架空均不接触，而传感器内圆环内壁、传感器内圆环后侧面第二界面及传感器内圆环后侧面第三界面与油缸均紧密接触。传感辐条侧面粘贴有用于测定制动正压力的应变片形成受力敏感区，该结构能使智能闸在对提升机制动时能够通过传感器检测到真实的制动正压力，为提升机制动正压力的判断提供了一种直接的检测手段，有助于直观快速了解提升机制动力情况，从而可以迅速做出判断及调整，保证提升机的制动安全。

本实用新型通过对制动闸的真实制动正压力的直接检测并经计算机智能化分析将智能闸实测的制动力延伸到验证提升机系统运行状态下的总制动力矩以判断其是否符合国家颁布的有关安全规范要求，对矿山运行设备工程实践特别有着现实意义。

附图说明

图1是智能闸作为制动部件的提升机主视图；

图2是提升机俯视图；

图3是开放油缸传感智能闸立体示意图；

图4是开放油缸传感智能闸油缸总成剖视图；

图5是开放油缸传感智能闸剖视图；

图6是图5局部a的放大图；

图7是智能闸传感器的主视图；

图8是图7h-h向剖视图；

图9是图7j-j向剖视图；

图10是沿辐条k1和k2侧视方向的应变片布置角度示意图；

图11是r1-r8八个应变片连接形成的桥式测试电路示意图。

【主要元件及符号说明】

ⅰ-提升机闸盘，ⅱ-开放油缸传感智能闸，ⅲ-智能闸闸座，ⅳ-提升机主轴装置轴承座，ⅴ-轴承座支承梁，ⅵ-主轴装置卷筒，ⅶ-提升机钢丝绳，1-外壳体，2-油缸盖，3-闸瓦压条，4-压紧螺钉，5-闸瓦，6-碟簧，7-进油通道，8-碟簧垫，9-调整螺母，10-筒体，11-支撑套，12-o型圈，13-拉紧螺栓，14-筒体中轴，15-活塞，16-开放式智能闸油缸，17-智能闸传感器，18-密封圈ⅰ，19-密封圈ⅱ，20-力负荷承担界面，21-负荷承压面，22-传感辐条后侧面，23-端盖，24-传感器外圆环，25-传感器内圆环，26-传感器与油缸固定的螺栓孔，27-传感辐条，28-相邻辐条之间的空间，29-传感器后侧面第一界面，30-油缸前侧面第一界面，31-传感器内圆环内壁，32-传感器后侧面第二界面，33-传感器后侧面第三界面，34-k1视向侧面，35-k2视向侧面，36-应变片r1，37-应变片r2。

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，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的一种提升机用开放油缸传感智能闸，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。

如图1所示，提升机闸盘ⅰ的左右两侧安装有智能闸闸座ⅲ，智能闸闸座上固定有开放油缸传感智能闸ⅱ(以下简称智能闸)，智能闸ⅱ包括固定于智能闸闸座的外壳体1、设置于外壳体内并与外壳体滑动连接且内部设置有碟簧6的筒体10、与筒体通过压紧螺钉4紧固在一起的闸瓦压条3、设置于闸瓦压条前的闸瓦5、与外壳体尾部螺纹连接的调整螺母9等，调整螺母内设置有开放式智能闸油缸16(以下简称油缸)，调整螺母尾部设置有智能闸油缸盖2，智能闸油缸盖与油缸16通过螺钉紧固在一起(图上不显示该螺钉)，油缸进出油液通过进油通道7与液压站连接；油缸16和设于该油缸内的智能闸活塞15被智能闸油缸盖2封闭紧固，拉紧螺栓13穿过活塞中间孔并与筒体中轴14之间螺纹连接，拉紧螺栓和活塞之间还设置有支撑套11用于对拉紧螺栓起支撑作用，支撑套与活塞之间通过o型圈12进行密封及实现两者之间的软性连接，通过拉紧螺栓13与筒体中轴14之间螺纹连接的预紧力使拉紧螺栓13、支撑套11、活塞15、筒体中轴14及筒体10连接为一个整体。活塞靠近油缸盖的一端与油缸盖内壁之间间距t1用于给活塞在液压油高压作用下的移动提供移动空间，拉紧螺栓靠近油缸盖的一端与油缸盖的端盖23之间间距t2，t2大于或等于t1。活塞与油缸之间还设置有密封圈ⅰ18及密封圈ⅱ19用于防止油液渗漏，密封圈ⅰ及密封圈ⅱ的具体位置如图5所示。筒体中轴14外周安装有碟簧6，碟簧尾部安装有碟簧垫8，智能闸传感器17(以下简称传感器)安装在油缸与碟簧垫接触一端的外周并通过螺栓与油缸之间固定(见图7及图8中传感器与油缸固定的螺栓孔26)，传感器安装到位后油缸与传感器均与碟簧垫接触，如图5所示。传感器和油缸与调整螺母之间均为滑动接触，传感器与外壳体之间不接触。

如图7所示，所述的传感器包括外圆环24和内圆环25，外圆环和内圆环之间均布有多个传感辐条27(以下简称辐条)，图7所示为4个辐条，也可以是8个或12个等。每个辐条的两端分别连接传感器外圆环和内圆环，相邻两个辐条之间有空间28，每个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，也可以是仅在辐条的一个侧面粘贴应变片，比较理想的方法是在两个侧面均粘贴应变片。如果有四个辐条则应变片共有8个，分别为r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8，其粘贴位置如图7和图10所示。

如图6所示，传感器安装在油缸与碟簧垫接触一端的外周，传感器安装到位后油缸和传感器均与碟簧垫接触，传感器及油缸的外圆周与调整螺母内壁接触的部分均为滑动接触；定义传感器与碟簧垫接触的一面为前侧面，其相对的另一面为后侧面，为了检测到合闸时真实制动正压力数据，要求本实用新型传感器后侧面第一界面29(即传感器外圆环后侧面第一界面)与油缸前侧面第一界面30之间存在间距t3，且t3为0.1-3.0mm，即传感器后侧面第一界面与油缸前侧面第一界面之间为架空状态，两者不接触。同时传感辐条后侧面22与油缸也不接触，但传感器内圆环内壁31与油缸紧密接触，传感器后侧面第二界面32(即传感器内圆环后侧面第二界面)、第三界面33(即传感器内圆环后侧面第三界面)与油缸均紧密接触。

下面对智能闸开闸、合闸过程进行详细说明：

开闸时，需要使闸瓦离开提升机闸盘，由提升机液压站提供液压油从油缸进油通道进入智能闸油缸的内腔，推动活塞向油缸盖方向运动(图5所示的右边)，由于拉紧螺栓与筒体中轴之间通过螺纹连接的预紧力将活塞、支撑套、拉紧螺栓、筒体、闸瓦连接为一个整体，且在开闸时闸瓦离开闸盘以后筒体与外壳体内壁之间也是滑动接触状态，当活塞向油缸盖方向运动时使筒体及闸瓦在拉紧螺栓的带动下同步向油缸盖方向运动进而压缩碟簧，开闸过程中，多片碟簧被压缩变形积蓄力量并由碟簧垫限制多片碟簧的总压缩变形量。碟簧被压缩变形积蓄的力量将作为合闸时在闸瓦与闸盘之间形成制动正压力的条件以便需要时构成对运转中的提升机闸盘进行刹车制动。

合闸时，需要碟簧释放蓄积的力量通过闸瓦对提升机闸盘释放制动正压力形成摩擦力矩促使提升机制动刹车，此时智能闸油缸内腔里的液压油液经过油缸进油通道泄放到液压站里，此时碟簧的预紧回弹力驱动活塞、支撑套、拉紧螺栓、筒体及闸瓦一起向闸盘方向移动(图5所示的左边)，最终使闸瓦紧贴闸盘对其施加制动正压力，在摩擦系数作用下对旋转中的闸盘形成制动摩擦力，实现对运行中的提升机制动。在对闸盘施加制动正压力时，根据作用力和反作用力大小相等、方向相反的力学规律，闸瓦对闸盘施加的制动正压力的反作用力经过筒体内的碟簧和碟簧垫传递到传感器前侧面的内圆环，经传感器前侧面内圆环的力负荷承压面21承接的作用力经过传感器的辐条力学敏感区(应变片)和传感器外圆环传递到与调整螺母接触的力负荷承担界面20后由调整螺母承担抵挡，调整螺母再将此完整力经由智能闸的外壳体的螺纹把力传递到与外壳体固定连接的智能闸闸座上，最后传递到地面形成力学平衡，传感器辐条上的应变片(应变片通过信号线与计算机相连)感知到真实载荷后转化成电信号由信号线传入计算机进行综合计算制动力并显示，通过传感器检测合闸时的制动正压力。

图7所示有四个辐条，每个辐条两侧均粘贴应变片，共有8个应变片，应变片r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8按照图11所示的电路连接接入计算机电路分析计算，显示正压力数值。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输出与输入激励电压u输入的比值存在如下关系等式：△u输出/u输入＝((△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/u输入＝((△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)相对输入激励电压的变化率由下面等式进行计算：

△u输出/u输入＝k((ε1+ε3+ε5+ε7)-(ε2+ε4+ε6+ε8))/8。

以上应变片信号检测及转化技术为现有技术，不再赘述。

进一步地，本实用新型的辐条可以是如图7所示的等宽结构，即辐条与传感器外圆环连接处的宽度和辐条与传感器内圆环连接处的宽度相等。或者辐条可以是不等宽的结构，即辐条与传感器外圆环连接处的宽度和辐条与传感器内圆环连接处的宽度不相等，比如辐条与传感器外圆环连接处的宽度大于或小于辐条与传感器内圆环连接处的宽度形成梯形辐条。辐条的j-j横截面形状为矩形或正方形，如图9所示。

应变片粘贴形式如图10所示，应变片中轴线与辐条侧面水平线之间的夹角为45°。

进一步地，当传感器检测到的制动力矩不符合规范时，需要调整开闸间隙。开闸间隙的调整可以在智能闸开闸让闸瓦离开闸盘后，调整螺母已处于松动不受力状态时通过旋转调节调整螺母与外壳体连接的螺纹相对位置来实现，具体为：用专用的调整扳手架在调整螺母上扳动使调整螺母转圈，顺调间隙缩小，反调间隙增大。闸瓦间隙调小后在智能闸合闸时会使刹车制动正压力增加，闸瓦间隙调大后在智能闸合闸时会使制动正压力减小。

本实用新型所述的智能闸在提升机系统制动装置上的布置数量视提升载荷为计算依据进行确定，智能闸应为对称并成对布置在闸座二侧，如图1所示。本实用新型智能闸传感器由一个整体钢材经过锻打、粗加工、热处理、精加工、线切割、电镀、磨光、电路布置后形成成品。传感器的放大电路可以安装在两个相邻辐条之间的空间内，此空间需要通过切割加工形成。传感器信号线从传感器辐条之间的空间穿行最后从传感器后侧面穿出。

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，当可利用上述公开的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，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。