礦用自卸汽車制動器智能監(jiān)測裝置的設(shè)計

□ 王 能 □ 孫龍躍 □ 於 君 □ 陳學(xué)偉 □ 劉 宇 □ 王 陽

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1 設(shè)計背景

制動器是礦用自卸汽車的主要制動執(zhí)行裝置。礦用自卸汽車長期在露天煤礦、銅礦等惡劣環(huán)境中工作,長時間以重載模式運行于大坡道長距離路面,造成制動器的故障風(fēng)險較高。尤其是礦用自卸汽車需要頻繁制動,使制動元器件產(chǎn)生高溫,對制動元器件會造成不可逆損傷。

筆者設(shè)計了礦用自卸汽車制動器智能監(jiān)測裝置,通過對制動器活塞溫度、油壓、磨耗這三個關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行實時狀態(tài)監(jiān)測,在出現(xiàn)異常狀況時及時報警,有效避免因制動器故障而引起的礦用自卸汽車安全事故。

2 數(shù)據(jù)監(jiān)測

在對礦用自卸汽車制動器失效影響因素進行分析的基礎(chǔ)上,確認(rèn)主要有三個因素,分別為活塞異常升溫、摩擦片磨耗達到極限、持續(xù)制動,由此確定制動器的三個數(shù)據(jù)監(jiān)測點,分別為:

(1) 活塞溫度;

(2) 液壓系統(tǒng)進油口、出油口油壓;

(3) 摩擦片磨耗。

通過以上三個數(shù)據(jù)監(jiān)測點的實時監(jiān)測,可以得到制動器關(guān)鍵零部件的使用性能,并且可以對制動器結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。

3 裝置原理

礦用自卸汽車制動器智能監(jiān)測裝置主要由傳感器模塊、信號采集模塊、傳輸模塊、顯示模塊、聲光報警模塊等部分組成,可以實現(xiàn)異常工況報警和實時運行數(shù)據(jù)采集功能。智能監(jiān)測裝置應(yīng)用時,需要進行硬件設(shè)置、算法設(shè)置和顯示設(shè)置。

硬件設(shè)置時,將傳感器模塊通過金屬連接的方式安裝在制動器上,用于采集實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)?；谒杉臄?shù)據(jù),部署超限診斷算法,通過聲光報警模塊進行實時報警。顯示設(shè)置時,通過液晶顯示屏實時輸出溫度、油壓數(shù)據(jù)曲線,并且可以通過觸摸屏調(diào)整閾值大小。

智能監(jiān)測裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

▲圖1 智能監(jiān)測裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

4 數(shù)據(jù)采集

礦用自卸汽車制動器智能監(jiān)測裝置通過信號采集模塊對采集到的數(shù)據(jù)信息進行處理,設(shè)定超限閾值,進行異常狀態(tài)和正常狀態(tài)分類存儲、傳送。

(1) 假設(shè)活塞溫度超限閾值為100 ℃,通過判斷活塞實時溫度與活塞溫度超限閾值的關(guān)系,來判別制動器是否存在異常。當(dāng)活塞實時溫度低于100 ℃時,判定制動器處于正常運行狀態(tài),不做任何處理。當(dāng)活塞實時溫度達到100 ℃時,判定制動器處于非正常運行狀態(tài),將異常信號發(fā)送至聲光報警模塊。

(2) 假設(shè)油壓超限閾值為1 MPa和4 MPa,通過判斷實時油壓與油壓超限閾值的關(guān)系,來判別制動器是否存在異常。當(dāng)實時油壓高于4 MPa時,判定制動器處于正常運行狀態(tài),不做任何處理。若10 min內(nèi)兩次以上出現(xiàn)實時油壓低于1 MPa的情況,則判定制動器處于連續(xù)制動狀態(tài),將異常信號發(fā)送至聲光報警模塊。若實時油壓不低于1 MPa且不高于4 MPa,持續(xù)時間超過110 s,則系統(tǒng)存在背壓,判定制動器處于拖滯狀態(tài),將異常信號發(fā)送至聲光報警模塊。

(3) 假設(shè)磨耗超限閾值為5 mm,通過判斷實時磨耗與磨耗超限閾值的關(guān)系,來判別制動器是否存在異常。當(dāng)實時磨耗小于5 mm時,判定制動器處于正常運行狀態(tài),不做任何處理。當(dāng)實時磨耗達到5 mm時,將異常信號發(fā)送至聲光報警模塊。

5 實施方案

信號采集模塊和聲光報警模塊安裝于礦用自卸汽車駕駛室內(nèi),通過RS485或MODBUS接口將安裝在礦用自卸汽車前橋左輪上的傳感器與安裝在礦用自卸汽車駕駛室右側(cè)的信號采集模塊相連接,聲光報警模塊通過5芯線纜與信號采集模塊相連接。

信號采集模塊通過輪詢的方式分別采集活塞溫度、油壓、磨耗實時數(shù)據(jù),并保存至礦用自卸汽車制動器智能監(jiān)測裝置的內(nèi)存卡中,同時加入時間戳。采集時間間隔為10 s。顯示模塊實時顯示活塞溫度、油壓,可以根據(jù)實際工況進行超限閾值調(diào)整。當(dāng)實時數(shù)據(jù)達到超限閾值后,報警指示燈啟動報警,同時將報警信息加入時間戳后保存至智能監(jiān)測裝置內(nèi)存卡中,供后續(xù)調(diào)用分析。

6 數(shù)據(jù)分析

對礦用自卸汽車制動器智能監(jiān)測裝置記錄的三組活塞最高溫度進行統(tǒng)計,并統(tǒng)計對應(yīng)的制動次數(shù)、運動時間、拖滯次數(shù),見表1。

表1 制動器數(shù)據(jù)

活塞最高溫度為77.7 ℃,運行時間為14 h,每小時制動次數(shù)在6次至7次之間?；钊罡邷囟劝l(fā)生”時間段活塞溫度與油壓如圖2所示,連續(xù)拖滯時間段活塞溫度與油壓如圖3所示。在圖2中,活塞最高溫度發(fā)生時間段內(nèi)發(fā)生了連續(xù)制動,因拖滯引起的異常溫升情況十分明顯。在圖3中,異常溫升為19.2 K。

▲圖2 活塞最高溫度發(fā)生時間段活塞溫度與油壓

▲圖3 連續(xù)拖滯時間段活塞溫度與油壓

對于瞬時制動,活塞和摩擦片貼合時間短,溫升不明顯。對于正常制動,活塞和摩擦片貼合時間長,溫升明顯。重載、高速、坡道情況下的制動相比空載、低速、平直道情況下的制動,溫升情況更為明顯。拖滯會造成明顯的異常溫升。

7 結(jié)束語

筆者設(shè)計了礦用自卸汽車制動器智能監(jiān)測裝置,能夠?qū)崟r采集制動器數(shù)據(jù)信息,通過故障報警功能提高礦用自卸汽車的運行安全性,在一定程度上降低制動器失效風(fēng)險。實時采集的數(shù)據(jù)還可以為制動器可靠性設(shè)計提供理論參考。

所設(shè)計的智能監(jiān)測裝置可以應(yīng)用于各型號礦用自卸汽車制動器,在判斷制動器出現(xiàn)異常狀況時實現(xiàn)報警,具有較高的實用價值。