[实用新型]盘式制动器摩擦学性能监测预警装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种盘式制动器摩擦学性能监测预警装置，属于摩擦学及自动检测技术领域，能够对盘式制动器制动过程中的摩擦学性能进行实时监测，并对异常摩擦学状态进行自动预警。

背景技术

目前，矿井提升机、汽车、列车等装备的制动系统大多采用盘式制动器作为制动装置。盘式制动器依靠闸瓦（或刹车片）与制动盘之间的摩擦作用，将机械系统的动能转化为热能消耗掉，从而实现制动减速或停车功能。因此，盘式制动器在制动过程中的摩擦学性能直接关系到这些装备的制动效能及可靠性，从而对生产、交通乃至人员生命安全都产生重要影响。盘式制动器在制动过程中的摩擦学性能主要受制动工况条件的约束和影响，并呈现出复杂的变化规律。若能实时监测盘式制动器的制动工况条件，并能据此准确预测其摩擦学性能参数的变化规律，则当预测到异常摩擦学状态时，就可以提前发出预警信号，提醒操作人员或通过自动控制系统对有关制动工况参数及时进行调整，从而避免因制动器摩擦学性能劣化而引发的制动事故。

目前关于制动摩擦学问题的研究，基本上都还局限于对制动器摩擦副的摩擦系数、磨损率等常规摩擦学性能参数的试验分析，很少有人尝试对盘式制动器制动过程中的摩擦学性能进行预测研究。其他领域有关摩擦学性能预测的研究报道，也大都仅预测输出摩擦系数单个摩擦学性能指标，不能客观、全面反映制动器摩擦副接触界面上的真实摩擦学状态。针对当前盘式制动器摩擦学性能监测及预警技术方面存在的明显不足，发明盘式制动器摩擦学性能监测预警方法及装置显得尤为重要。

发明内容

技术问题：  本实用新型以提高盘式制动器的制动可靠性和安全性为目标，提出一种盘式制动器摩擦学性能监测预警装置，可广泛适用于矿井提升机、汽车、列车等装备的盘式制动器，对其在制动过程中的摩擦学性能进行实时监测，并对异常摩擦学状态进行自动预警。

技术方案：  

本实用新型提出的盘式制动器摩擦学性能监测预警装置是：由传感检测系统、数据采集系统、计算处理系统及软件系统组成；传感检测系统由光电编码器、正压力传感器和测温热电耦组成，数据采集系统由功率放大器、A/D转换器和单片机组成，计算处理系统由PLC装置、通讯串口、工控机、蜂鸣器和显示器组成，软件系统由VB主界面和神经网络预测模型组成。

光电编码器安装在盘式制动器制动盘旋转轴的端部，正压力传感器安装在盘式制动器碟形弹簧的后端，测温热电耦由搁架将其置于盘式制动器制动盘表面上靠近闸瓦（或刹车片）与制动盘接触区域附近。

正压力传感器、测温热电耦与功率放大器、A/D转换器、单片机及PLC装置以串联方式连接，光电编码器与PLC装置直接相连，PLC装置与工控机通过通讯串口相连。

神经网络预测模型由MATLAB程序构建，存储于工控机硬盘内部；软件系统主界面由VB程序编制，VB界面与MATLAB程序之间通过Active X接口实现通讯。

本实用新型提出的盘式制动器摩擦学性能监测预警方法是：首先，通过模拟盘式制动器制动工况开展摩擦学性能测试试验，获取数据样本；然后，利用数据样本，基于神经网络技术，构建摩擦学性能智能预测模型；最后，基于模型的预测能力，利用监测预警装置，实现对盘式制动器摩擦学性能的实时监测以及对异常摩擦学状态的自动预警。

具体监测预警方法是：首先，根据矿井提升机、汽车、列车等装备的实际制动工况条件，合理选择滑动速度、制动压力、摩擦面温度等制动工况参数的取值范围；利用块-盘式摩擦试验机将闸瓦（或刹车片）与制动盘配副摩擦，开展摩擦学性能测试试验，测试制动器摩擦副在制动过程中的摩擦系数、摩擦系数稳定系数、磨损率等摩擦学性能参数的变化规律，从而获取包含制动工况参数与摩擦学性能参数之间复杂映射关系的数据样本。然后，基于神经网络技术，以制动工况参数作为输入、摩擦学性能参数作为输出，构建盘式制动器摩擦学性能的神经网络预测模型；利用摩擦学试验数据样本反复训练神经网络，并通过计算机仿真对其结构及参数进行优化，使其具备对盘式制动器制动过程摩擦学性能的智能预测功能。最后，由传感检测系统实时检测盘式制动器的滑动速度、制动压力、摩擦面温度等制动工况参数；由数据采集系统对检测信号进行采集、放大和转换处理；由计算处理系统接收数据采集系统上传的制动工况数据后，调用神经网络预测模型，预测输出盘式制动器的摩擦学性能参数；由软件系统实时显示预测结果，并对预测到的盘式制动器异常摩擦学状态自动预警。