液壓盤式制動(dòng)器檢測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

智國(guó)華

關(guān)鍵詞：采煤機(jī)制動(dòng)器;上層數(shù)據(jù)采集;下層數(shù)據(jù)處理

0 引言

隨著煤炭開采技術(shù)的發(fā)展，大型綜合采掘設(shè)備逐漸應(yīng)用在各個(gè)礦井中。采煤機(jī)作為工作面開采的重要機(jī)械設(shè)備，其性能的優(yōu)良直接影響到工作面的推進(jìn)速度。制動(dòng)器作為采煤機(jī)的關(guān)鍵組件，其影響著采煤機(jī)運(yùn)行及截割的效率，因此研究采煤機(jī)制動(dòng)器有重要意義。本文針對(duì)礦井中制動(dòng)器損耗大、噪音大、散熱慢等問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)試驗(yàn)成功解決了已有問(wèn)題，為設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

1 采煤機(jī)制動(dòng)器工作原理及分類

采煤機(jī)制動(dòng)器的劃分方式有多種，根據(jù)其機(jī)械結(jié)構(gòu)的差異可分為鼓式和盤式兩種制動(dòng)器，其中鼓式制動(dòng)器多用于承載較輕的機(jī)械設(shè)備，盤式制動(dòng)器則使用于承載較重的采煤機(jī)的機(jī)械設(shè)備。根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同，制動(dòng)器可分為機(jī)械式、液壓式、電磁式及氣動(dòng)式。對(duì)于礦用采煤機(jī)而言，液壓制動(dòng)器一般分為常閉式制動(dòng)器和常開式制動(dòng)器，常閉式制動(dòng)器主要作用是釋放采煤機(jī)的壓力，只有在工作時(shí)處于啟動(dòng)狀態(tài)，常開式制動(dòng)器則是在工作時(shí)保持閉合狀態(tài)，在非工作時(shí)保持啟動(dòng)狀態(tài)。常閉式盤式液壓制動(dòng)器是礦用采煤機(jī)最常用的制動(dòng)器，制動(dòng)器的主要作用是實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)方向的制動(dòng)，控制系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)是制動(dòng)器的主要部分，設(shè)備液壓油的供給主要有控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)，制動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)則依賴于制動(dòng)系統(tǒng)，制動(dòng)器壓力的實(shí)現(xiàn)是由液壓油壓力供給，此功能由傳動(dòng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)，設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的安全狀態(tài)由檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。其工作原理：當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)后，在液壓系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)作用下，液壓油從進(jìn)油口進(jìn)入缸體，在活塞的推動(dòng)作用下，摩擦片受到壓力作用，帶動(dòng)了電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)壓夜缸進(jìn)行卸油工作時(shí)，摩擦片所受壓力不斷下降，致使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，整個(gè)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)完成了對(duì)采煤機(jī)制動(dòng)的操作。

2 制動(dòng)器液壓檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

對(duì)于制動(dòng)器液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要分為上層數(shù)據(jù)的采集和下層數(shù)據(jù)的處理兩部分，上層數(shù)據(jù)的采集主要通過(guò)安裝在設(shè)備上的傳感器獲得，傳感器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)傳送電路，濾波處理、信號(hào)放大、模塊轉(zhuǎn)化等操作，將電路信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)通過(guò)傳輸模塊傳送至數(shù)據(jù)處理模塊，底層數(shù)據(jù)處理模塊接受到信號(hào)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理。底層數(shù)據(jù)處理模塊功能的實(shí)現(xiàn)依賴于嵌入式系統(tǒng)，基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)穩(wěn)定、高精度的處理。

通過(guò)微控制器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)化后輸送至底層模塊，基于微控制器的數(shù)據(jù)采集必須具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)化能力，因此，本文中采用具有外部晶振功能的UART串口進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，一定數(shù)量的IO接口實(shí)現(xiàn)了芯片和傳感器的連接。微處理器采用數(shù)據(jù)處理速度快、穩(wěn)定性高的C8051F410芯片，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能可以緩存試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)。C8051F410芯片結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

上層數(shù)據(jù)采集模塊采用模塊化的思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)于主程序的設(shè)計(jì)，需保證所有硬件設(shè)備的良好性能，檢測(cè)制動(dòng)器液壓元件及硬件，如果系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行，則停止運(yùn)行，直至故障部分得到解決，當(dāng)硬件無(wú)故障后，根據(jù)指令動(dòng)作將飛輪加載到預(yù)定速度，此時(shí)采煤機(jī)的制動(dòng)開始，運(yùn)行過(guò)程中制動(dòng)時(shí)間的不同導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)量的不同，根據(jù)數(shù)據(jù)量的采集進(jìn)行制動(dòng)器性能的分析;在系統(tǒng)運(yùn)行前必須進(jìn)行系統(tǒng)的初始化處理，初始化內(nèi)容包括對(duì)時(shí)間的初始化、引腳及寄存器配置的初始化處理，采用嵌入式的底層數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的初始化工作通過(guò)bootloader實(shí)現(xiàn)，通過(guò)設(shè)置異常向量表實(shí)現(xiàn)初始化程序的運(yùn)行，通過(guò)對(duì)異常向量表的設(shè)置也可實(shí)現(xiàn)對(duì)故障系統(tǒng)的解決。

對(duì)于數(shù)據(jù)采集模塊，通過(guò)對(duì)摩擦片的磨損量、運(yùn)行溫度、主軸轉(zhuǎn)速、動(dòng)力距的測(cè)量實(shí)現(xiàn)。通過(guò)安裝在摩擦片和主軸上的傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，經(jīng)過(guò)ITC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的傳遞，數(shù)據(jù)間的傳送協(xié)議如下：傳感器檢測(cè)得到數(shù)據(jù)，主機(jī)通過(guò)對(duì)傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)的檢測(cè)進(jìn)行記錄，數(shù)據(jù)經(jīng)存儲(chǔ)后，通過(guò)傳感器上的配置燈進(jìn)行顯示，當(dāng)配置燈閃爍時(shí)，表示傳感器工作正常，配置燈不閃爍時(shí)，表示數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)生故障。

通過(guò)RS232 串口模塊實(shí)現(xiàn)上層數(shù)據(jù)采集模塊和底層數(shù)據(jù)處理模塊的連接，RS232 串口模塊因?yàn)閭鬏斝阅艿姆€(wěn)定滿足大量數(shù)據(jù)的傳輸功能，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的核心是保證傳輸和接受波特率的一致性。

對(duì)于底層數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計(jì)依賴于嵌入式系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)專業(yè)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，保證嵌入式系統(tǒng)高精度、高效率的數(shù)據(jù)處理功能，必須滿足長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，本文中底層嵌入系統(tǒng)主要由移植和內(nèi)核構(gòu)成。底層硬件平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)基于核心板，實(shí)現(xiàn)了LCD控制、IIC控制、數(shù)據(jù)模塊的傳輸以及對(duì)從傳感器的監(jiān)控功能，同時(shí)可用外擴(kuò)SD卡進(jìn)行數(shù)據(jù)容量的擴(kuò)容。微控制器采用ARM 架構(gòu)的S5pv210 處理器，通過(guò)1GHz的主頻可將I/D集成在SOC 內(nèi)部，具有豐富的引腳功能。

3 制動(dòng)器測(cè)試分析

通過(guò)對(duì)制動(dòng)器液壓檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行分析測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容主要包括對(duì)制動(dòng)器性能的檢測(cè)、指定其摩擦壽命以及指定其噪聲熱衰退的測(cè)試。對(duì)于制動(dòng)器性能的測(cè)試主要對(duì)動(dòng)力矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行測(cè)量，得到表1所示的結(jié)果。

從表1可以看出，不同制動(dòng)力矩下，不同制動(dòng)時(shí)間下制動(dòng)器的加速度和液慣量有一定的差異，但是設(shè)備整體運(yùn)行符合運(yùn)行要求，可以保證設(shè)備的平穩(wěn)安全運(yùn)行。對(duì)于制動(dòng)器磨損以及噪音的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)，在設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中，重載作用下磨損現(xiàn)象較輕載作用時(shí)嚴(yán)重，但是根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和煤炭行業(yè)規(guī)范，不同工況下設(shè)備的磨損符合行業(yè)規(guī)范，不影響設(shè)備的安全運(yùn)行，對(duì)于制動(dòng)過(guò)程中噪音的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在制動(dòng)盤相互擠壓接觸的過(guò)程中，會(huì)發(fā)出比較尖銳的聲音，從而導(dǎo)致設(shè)備溫度的上升，通過(guò)熱衰退試驗(yàn)成功解決了制動(dòng)盤噪音大的問(wèn)題，有效支撐制動(dòng)器的散熱功能明顯得到改善。

4 結(jié)論

本文在對(duì)采煤機(jī)制動(dòng)器工作原理及分類討論的基礎(chǔ)上，對(duì)制動(dòng)器液壓檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)制動(dòng)器的測(cè)試分析，設(shè)備整體的運(yùn)行狀態(tài)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和煤炭行業(yè)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)了安全平穩(wěn)的運(yùn)行。