液壓盤式制動器檢測試驗系統的設計研究

智國華

關鍵詞：采煤機制動器;上層數據采集;下層數據處理

0 引言

隨著煤炭開采技術的發展，大型綜合采掘設備逐漸應用在各個礦井中。采煤機作為工作面開采的重要機械設備，其性能的優良直接影響到工作面的推進速度。制動器作為采煤機的關鍵組件，其影響著采煤機運行及截割的效率，因此研究采煤機制動器有重要意義。本文針對礦井中制動器損耗大、噪音大、散熱慢等問題進行了系統的優化設計，通過試驗成功解決了已有問題，為設備安全穩定運行提供了保障。

1 采煤機制動器工作原理及分類

采煤機制動器的劃分方式有多種，根據其機械結構的差異可分為鼓式和盤式兩種制動器，其中鼓式制動器多用于承載較輕的機械設備，盤式制動器則使用于承載較重的采煤機的機械設備。根據驅動方式的不同，制動器可分為機械式、液壓式、電磁式及氣動式。對于礦用采煤機而言，液壓制動器一般分為常閉式制動器和常開式制動器，常閉式制動器主要作用是釋放采煤機的壓力，只有在工作時處于啟動狀態，常開式制動器則是在工作時保持閉合狀態，在非工作時保持啟動狀態。常閉式盤式液壓制動器是礦用采煤機最常用的制動器，制動器的主要作用是實現采煤機方向的制動，控制系統、制動系統、檢測系統、傳動系統是制動器的主要部分，設備液壓油的供給主要有控制系統負責，制動功能的實現則依賴于制動系統，制動器壓力的實現是由液壓油壓力供給，此功能由傳動系統負責，設備運行過程中的安全狀態由檢測系統實現。

制動器的結構示意圖如圖1所示。其工作原理：當控制系統發出信號后，在液壓系統的驅動作用下，液壓油從進油口進入缸體，在活塞的推動作用下，摩擦片受到壓力作用，帶動了電機的轉動，當壓夜缸進行卸油工作時，摩擦片所受壓力不斷下降，致使電機停止轉動，整個過程的實現完成了對采煤機制動的操作。

2 制動器液壓檢測系統的設計

對于制動器液壓系統的設計主要分為上層數據的采集和下層數據的處理兩部分，上層數據的采集主要通過安裝在設備上的傳感器獲得，傳感器采集到的數據經過傳送電路，濾波處理、信號放大、模塊轉化等操作，將電路信號轉化為數字信號，數字信號通過傳輸模塊傳送至數據處理模塊，底層數據處理模塊接受到信號后，進行數據的分析處理。底層數據處理模塊功能的實現依賴于嵌入式系統，基于嵌入式系統的數據處理系統可以實現對數據穩定、高精度的處理。

通過微控制器采集到的數據經過AD轉化后輸送至底層模塊，基于微控制器的數據采集必須具有強大的數據采集和轉化能力，因此，本文中采用具有外部晶振功能的UART串口進行數據的傳輸，一定數量的IO接口實現了芯片和傳感器的連接。微處理器采用數據處理速度快、穩定性高的C8051F410芯片，強大的數據處理功能可以緩存試驗過程中產生的大量數據。C8051F410芯片結構圖如圖2所示。

上層數據采集模塊采用模塊化的思想進行設計，對于主程序的設計，需保證所有硬件設備的良好性能，檢測制動器液壓元件及硬件，如果系統無法運行，則停止運行，直至故障部分得到解決，當硬件無故障后，根據指令動作將飛輪加載到預定速度，此時采煤機的制動開始，運行過程中制動時間的不同導致采集數據量的不同，根據數據量的采集進行制動器性能的分析;在系統運行前必須進行系統的初始化處理，初始化內容包括對時間的初始化、引腳及寄存器配置的初始化處理，采用嵌入式的底層數據處理系統的初始化工作通過bootloader實現，通過設置異常向量表實現初始化程序的運行，通過對異常向量表的設置也可實現對故障系統的解決。

對于數據采集模塊，通過對摩擦片的磨損量、運行溫度、主軸轉速、動力距的測量實現。通過安裝在摩擦片和主軸上的傳感器實現數據的采集，經過ITC實現數據間的傳遞，數據間的傳送協議如下：傳感器檢測得到數據，主機通過對傳感器測量數據的檢測進行記錄，數據經存儲后，通過傳感器上的配置燈進行顯示，當配置燈閃爍時，表示傳感器工作正常，配置燈不閃爍時，表示數據采集系統發生故障。

通過RS232 串口模塊實現上層數據采集模塊和底層數據處理模塊的連接，RS232 串口模塊因為傳輸性能的穩定滿足大量數據的傳輸功能，數據傳輸協議的核心是保證傳輸和接受波特率的一致性。

對于底層數據處理模塊的設計依賴于嵌入式系統，經過專業的設計優化，保證嵌入式系統高精度、高效率的數據處理功能，必須滿足長時間的運行，本文中底層嵌入系統主要由移植和內核構成。底層硬件平臺的實現基于核心板，實現了LCD控制、IIC控制、數據模塊的傳輸以及對從傳感器的監控功能，同時可用外擴SD卡進行數據容量的擴容。微控制器采用ARM 架構的S5pv210 處理器，通過1GHz的主頻可將I/D集成在SOC 內部，具有豐富的引腳功能。

3 制動器測試分析

通過對制動器液壓檢測系統的設計，對制動器進行分析測試，測試內容主要包括對制動器性能的檢測、指定其摩擦壽命以及指定其噪聲熱衰退的測試。對于制動器性能的測試主要對動力矩轉動慣量進行測量，得到表1所示的結果。

從表1可以看出，不同制動力矩下，不同制動時間下制動器的加速度和液慣量有一定的差異，但是設備整體運行符合運行要求，可以保證設備的平穩安全運行。對于制動器磨損以及噪音的試驗，發現，在設備運行的過程中，重載作用下磨損現象較輕載作用時嚴重，但是根據國家標準和煤炭行業規范，不同工況下設備的磨損符合行業規范，不影響設備的安全運行，對于制動過程中噪音的測試，發現在制動盤相互擠壓接觸的過程中，會發出比較尖銳的聲音，從而導致設備溫度的上升，通過熱衰退試驗成功解決了制動盤噪音大的問題，有效支撐制動器的散熱功能明顯得到改善。

4 結論

本文在對采煤機制動器工作原理及分類討論的基礎上，對制動器液壓檢測系統進行了優化設計，通過對制動器的測試分析，設備整體的運行狀態符合國家標準和煤炭行業規范，實現了安全平穩的運行。