制動(dòng)器瓦塊摩擦片自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警器研究與設(shè)計(jì)

摘 要：制動(dòng)器又叫抱閘，是具有使運(yùn)動(dòng)部件（或運(yùn)動(dòng)機(jī)械）減速、停止或保持停止?fàn)顟B(tài)等功能的裝置，其是通過非旋轉(zhuǎn)元件（與車身或車架相連的部件）及旋轉(zhuǎn)元件（與車輪或轉(zhuǎn)動(dòng)軸相連的部件）之間的相互摩擦來阻礙其轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，以此來控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)以及慣性運(yùn)轉(zhuǎn)。制動(dòng)器中磨損最大的機(jī)械零件是瓦塊摩擦片。制動(dòng)器在使用期間絕對(duì)不允許制動(dòng)器出現(xiàn)制動(dòng)故障、失靈的情況，否則極容易造成事故發(fā)生。但目前制動(dòng)器瓦塊摩擦片磨損程度全部依靠人員的經(jīng)驗(yàn)觀察，沒有自動(dòng)化報(bào)警系統(tǒng)。所以關(guān)于制動(dòng)器瓦塊摩擦片自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警器的研究意義重大。

關(guān)鍵詞：制動(dòng)器;制動(dòng)器瓦塊摩擦片;制動(dòng)器瓦塊摩擦片自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警器

Absrtact： Brake， also known as holding brake， is a device with the function of decelerating， stopping or maintaining the stopping state of moving parts （or moving machinery）. Brake pad friction plate is the most worn mechanical part in the brake. The function of the brake is to prevent the rotation or rotation trend of the non rotating components （parts connected with the body or frame） and the rotating components （parts connected with the wheel or the rotating shaft） through mutual friction， so as to control the motor operation and inertia operation. Because of the particularity of the brake， it is absolutely not allowed to have brake failure or failure during the use of the brake， otherwise it is very easy to cause accidents. At present， the wear degree of brake pad friction plate depends on the experience observation of personnel， and there is no automatic alarm system. Therefore， the research， design and application of automatic monitoring alarm for brake pad friction plate are of great significance.

Key words： Brake; Brake pad friction plate; Automatic monitoring alarm for brake pad friction plate

前言

制動(dòng)器俗稱閘、剎車，是具有使運(yùn)動(dòng)部件或機(jī)械減速、停止運(yùn)動(dòng)或保持其停止?fàn)顟B(tài)等作用的機(jī)械零件。制動(dòng)器起到制動(dòng)的原理為通過非旋轉(zhuǎn)元件（與車身或車架相連的部件）及旋轉(zhuǎn)元件（與車輪或轉(zhuǎn)動(dòng)軸相連的部件）之間的相互摩擦來阻礙車輪轉(zhuǎn)動(dòng)或車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)。制動(dòng)器的主要結(jié)構(gòu)有制架、制動(dòng)件和操縱裝置等。一般來說，制動(dòng)器通常安裝于設(shè)備的高速軸上，但對(duì)于礦井提升機(jī)、電梯等對(duì)安全性要求較高的大型設(shè)備則安裝于靠近設(shè)備工作部分的低速軸上。而無論安裝于何處，制動(dòng)器瓦塊摩擦片都是制動(dòng)器中磨損最大的機(jī)械零件[1-4]、[7]、[8] 。

由于制動(dòng)器功能的特殊性——用以控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)及慣性運(yùn)轉(zhuǎn)，在使用期間制動(dòng)器不允許出現(xiàn)制動(dòng)失靈的現(xiàn)象發(fā)生，因此無論哪一部分出現(xiàn)問題都極易造成事故的發(fā)生，制動(dòng)器瓦塊摩擦片作為最易磨損的部件[20]、[23]，對(duì)其磨損方面的防控十分重要[9]、[10]、[12]，以便進(jìn)行后續(xù)的替換更新，保證機(jī)器的正常運(yùn)行[5]、[6]。

然而，目前制動(dòng)器瓦塊摩擦片磨損程度基本都靠人工的經(jīng)驗(yàn)觀察，而無機(jī)械或自動(dòng)化的報(bào)警系統(tǒng)[17]、[20]。人工成本較大，且無較為固定的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際操作方面擴(kuò)大性和可操作性不大，大規(guī)模數(shù)量的制動(dòng)器則會(huì)出現(xiàn)監(jiān)測(cè)不便、較難實(shí)現(xiàn)的情況，或者需要更多的人力資源投入，成本過高。

若制動(dòng)器瓦塊摩擦片的自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警器的研究與設(shè)計(jì)推廣成功，對(duì)于設(shè)備安全性能提升、設(shè)備使用壽命、成本降低等方面意義重大。

1 試驗(yàn)條件和試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原料

以摩擦傳感器、聲光報(bào)警器、16A空開、2A保險(xiǎn)為主要原料。此外還需要AC 36V電源、電線等配件。

摩擦傳感器起監(jiān)測(cè)傳感制動(dòng)器瓦塊摩擦片的磨損程度的作用，根據(jù)本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)理念需求，可選擇磨損檢測(cè)傳感器以用作監(jiān)測(cè)制動(dòng)片摩擦片的磨損情況，其原理為當(dāng)制動(dòng)器摩擦片超過磨損允許的限度時(shí)，再對(duì)其進(jìn)行磨損就會(huì)使其接觸磨損監(jiān)測(cè)傳感器。在設(shè)計(jì)過程中，需要著重考慮的是如何放置摩擦傳感器可以使制動(dòng)器的每次工作都對(duì)摩擦傳感器也起磨損作用。

聲光報(bào)警器又名聲光警號(hào)，在達(dá)到預(yù)定條件后可以同時(shí)發(fā)出聲、光兩種信號(hào)。在制動(dòng)器瓦塊摩擦片自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警器中起摩擦片受損至一定限度后提醒的作用。實(shí)際選材的過程中，需要結(jié)合車間實(shí)際情況，選擇合適分貝及光照強(qiáng)度、光照顏色的聲光報(bào)警器，以達(dá)到切實(shí)的提醒效果。

16A空開全名16A空氣開關(guān)，又名空氣斷路器，若電路中的電流超過額定電流就會(huì)自動(dòng)斷開的開關(guān);2A保險(xiǎn)指2A保險(xiǎn)絲盒，起過載保護(hù)作用?？傮w而言，二者都起對(duì)制動(dòng)器瓦塊摩擦片的自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警器電路系統(tǒng)的保護(hù)作用，對(duì)于制動(dòng)器瓦塊摩擦片的自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警器電路系統(tǒng)來說是必不可少的一部分。

AC 36V電源、電線等配件是用于構(gòu)成制動(dòng)器瓦塊摩擦片自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警器完整回路的必需電器元件。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

以制動(dòng)器瓦塊摩擦片開設(shè)通孔為所需的試驗(yàn)設(shè)備。

根據(jù)自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)要求，需要將制動(dòng)器瓦塊摩擦片的自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警器的摩擦傳感器探頭裝置安裝于制動(dòng)摩擦片及制動(dòng)瓦塊開設(shè)的通孔內(nèi)，以此達(dá)到制動(dòng)器的每次工作都對(duì)摩擦傳感器也起磨損作用的目的?；诖朔N情況，在實(shí)際安裝制動(dòng)器瓦塊摩擦片自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警器時(shí)需要制動(dòng)器瓦塊摩擦片開設(shè)通孔，方可進(jìn)行后續(xù)設(shè)備的安裝，使摩擦傳感器切實(shí)的起到傳感制動(dòng)器瓦塊摩擦片磨損情況的作用（具體情況見圖1、2、3）。

2 試驗(yàn)結(jié)果

生產(chǎn)制動(dòng)器瓦塊摩擦片自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警器樣品，將其全部投入使用，后全數(shù)檢驗(yàn)（對(duì)每一件產(chǎn)品都進(jìn)行逐一監(jiān)測(cè)）。根據(jù)制動(dòng)器瓦塊摩擦片自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警器報(bào)警產(chǎn)生聲響、光亮閃爍的時(shí)間節(jié)點(diǎn)與有豐富判定經(jīng)驗(yàn)的工作人員認(rèn)定的需更替摩擦片的時(shí)間節(jié)點(diǎn)二者之間的時(shí)間差值，計(jì)算在實(shí)際實(shí)踐過程中制動(dòng)器瓦塊摩擦片自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警器的誤差范圍。計(jì)算結(jié)果顯示，制動(dòng)器瓦塊摩擦片自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警器監(jiān)測(cè)報(bào)警的情況與人工經(jīng)驗(yàn)評(píng)判制動(dòng)器瓦塊摩擦片的情況極為相近（時(shí)間差較小，在可控、可接受的范圍之內(nèi)）。

這說明制動(dòng)器瓦塊摩擦片自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警器的功能較為完備，對(duì)制動(dòng)器瓦塊摩擦片的磨損程度監(jiān)測(cè)靈敏、準(zhǔn)確，實(shí)際使用的效果較好。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 機(jī)械安裝原理分析

摩擦傳感器的探頭部分需要安裝在摩擦片及制動(dòng)瓦塊開設(shè)的通孔內(nèi)，以此保證制動(dòng)器在每次工作時(shí)都對(duì)摩擦傳感器也起磨損作用，這種情況下所監(jiān)測(cè)到的制動(dòng)器瓦塊摩擦片磨損情況較為準(zhǔn)確。為進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)摩擦傳感器探頭的固定，需要再使用螺栓將其固定鎖緊在制動(dòng)瓦塊上。隨后根據(jù)摩擦片的磨損極限來調(diào)整摩擦傳感器探頭位置（見圖4）。

摩擦傳感器連接聲光報(bào)警器，再連接至電源形成回路（具體電路連接順序見圖5）。

3.2制動(dòng)器瓦塊摩擦片自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警器工作原理分析

根據(jù)摩擦傳感器的工作原理，當(dāng)摩擦片經(jīng)過一定時(shí)間磨損后，磨掉至摩擦片所設(shè)置的極限時(shí)接觸摩擦傳感器探頭，探頭受到接觸，進(jìn)而使摩擦傳感器控制聲光報(bào)警器產(chǎn)生聲音及光亮閃爍。制動(dòng)器瓦塊摩擦片自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警器響起、亮起，目的在于提醒作業(yè)人員及時(shí)檢查并更換制動(dòng)器瓦塊摩擦片。

4 結(jié)論

制動(dòng)器瓦塊摩擦片作為制動(dòng)器工作的重要部件之一，決定了制動(dòng)器是否能夠正常使用、機(jī)械再在使用過程中存在安全隱患以及制動(dòng)器的工作年限甚至整體機(jī)械設(shè)備的使用年限。

制動(dòng)器瓦塊摩擦片自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì)目的在于減輕人工判斷、監(jiān)測(cè)制動(dòng)器瓦片摩擦片磨損程度的難度及工作負(fù)擔(dān)，且能進(jìn)一步減少人力資源使用、降低運(yùn)作成本，使判斷、監(jiān)測(cè)制動(dòng)器瓦片摩擦片磨損程度的工作逐步規(guī)范化。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，將制動(dòng)器瓦塊摩擦片自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警器應(yīng)用于實(shí)際實(shí)踐情況，計(jì)算制動(dòng)器瓦塊摩擦片自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警器報(bào)警產(chǎn)生聲響、光亮閃爍的時(shí)間節(jié)點(diǎn)與有豐富判定經(jīng)驗(yàn)的工作人員認(rèn)定的需更替摩擦片的時(shí)間節(jié)點(diǎn)二者之間的時(shí)間差值的差值范圍，計(jì)算結(jié)果顯示，制動(dòng)器瓦塊摩擦片自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警器對(duì)磨損程度的認(rèn)定與人工觀察監(jiān)測(cè)的結(jié)果非常接近，說明了制動(dòng)器瓦塊摩擦片自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警器工作的準(zhǔn)確度高。

與人工評(píng)測(cè)認(rèn)定相比，制動(dòng)器瓦塊摩擦片的自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警器對(duì)制動(dòng)器瓦塊摩擦片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的規(guī)范化有著一定的貢獻(xiàn)，其材料費(fèi)低廉、成本較低，能大量地節(jié)省人力資源。除此之外，從對(duì)于設(shè)備安全性能提升、設(shè)備使用壽命延長(zhǎng)方面來說，相較于人工的判斷認(rèn)定，制動(dòng)器瓦塊摩擦片的自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警器只要回路正常、電源能供其正常工作，就能二十四小時(shí)不間斷工作，對(duì)制動(dòng)器瓦塊摩擦片磨損程度的監(jiān)測(cè)更為全面、細(xì)致，更能及時(shí)地對(duì)設(shè)備的零件進(jìn)行檢修更新，進(jìn)而對(duì)設(shè)備安全性能、使用性能方面也有著重大意義。

綜上所述，制動(dòng)器瓦塊摩擦片自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警器的生產(chǎn)、擴(kuò)大、投入使用對(duì)于監(jiān)測(cè)制動(dòng)器瓦塊摩擦片的磨損程度有著重大意義。一旦落實(shí)，帶來的結(jié)果不僅是經(jīng)濟(jì)上的效益，更是對(duì)制動(dòng)器瓦塊摩擦片方面的研究的促進(jìn)。

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作者簡(jiǎn)介：

李洋（1990-05-04），男，漢，黑龍江省齊齊哈爾市人，助理工程師，2018年畢業(yè)于蘭州理工大學(xué)機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)，現(xiàn)在酒鋼集團(tuán)宏晟電熱公司主要從事起重專業(yè)工作。