一种电动缸与电磁锁销组合的常闭带式刹车装置及其控制方法与流程

本发明涉及机械制动，具体而言，涉及一种电动缸与电磁锁销组合的常闭带式刹车装置及其控制方法。

背景技术：

1、常式闭式带式刹车因其结构紧凑、制动力矩大、失电自动制动等优点，在各类工程机械中得到广泛应用。根据欧拉公式： 。其中t1为紧边拉力， t 2为松边拉力，μ为摩擦系数，θ为包角（弧度），e为自然对数的底数。由该公式可知，带式刹车的制动力矩具有包角放大效应，这一特性使得带式刹车在同样驱动力下可获得数倍于鼓式制动器的制动力矩。

2、目前，常闭式带式刹车多采用气动或液压驱动方式：气动带式刹车通过气缸供气松开刹车，断气时在刹车弹簧作用下抱闸；液压带式刹车通过液压缸供油松开刹车，断油时在刹车弹簧作用下抱闸。这两种方式需要配套空压站或液压泵站，系统复杂、成本高，在纯电动设备上使用气动或液压元件需额外配置动力源，增加了系统复杂性和成本。

3、为了满足纯电动场合的需求，一些设备采用常闭式鼓式制动器，其动力源为电力液压推动器。但这种方案存在以下问题：一是鼓式制动器制动力矩较小，为获得足够制动力需选用大规格推动器，导致体积和成本增加；二是电力液压推动器持续通电保持松闸时发热问题突出，难以长时间工作。

4、借鉴常闭气动/液压带式刹车的原理，如果采用电动缸作为常闭带式刹车的松闸动力，电动缸虽然推力大、响应快，但其自锁特性使其无法直接用于常闭式刹车——常闭式刹车要求在失电时刹车弹簧能迅速推动驱动元件缩回实现抱闸，而电动缸（尤其是滚珠丝杠型）的自锁特性恰恰阻止了这一过程。因此，如何在利用电动缸大推力优势的同时，克服其自锁特性对常闭式刹车的影响，实现纯电动、大扭矩、低功耗的常闭式刹车，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有技术中存在的上述问题，提供一种电动缸与电磁锁销组合的常闭带式刹车装置及其控制方法，通过“点动驱动+机械锁止”的设计，克服了电动缸自锁特性，利用电动缸大推力可压缩更大规格的弹簧的特点，实现了纯电动、大扭矩、低功耗的常闭式刹车。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种电动缸与电磁锁销组合的常闭式带式刹车装置，包括机架(1)、刹车带组件(2)、驱动机构(3)、复位机构(4)、电磁锁销(5)、行程开关(6)和控制器(7)。刹车带组件(2)安装于机架(1)上，用于抱紧或松开制动轮毂。驱动机构(3)包括电动缸(301)和电动缸推杆(302)，电动缸(301)固定安装于机架(1)上，用于产生驱动力。复位机构(4)包括拉杆(401)、调节螺母(402)和刹车弹簧(403)，拉杆(401)的一端与刹车带组件(2)的活动端连接，另一端穿过机架(1)并套设刹车弹簧(403)，调节螺母(402)螺纹连接于拉杆(401)的末端，用于调节刹车弹簧(403)的预紧力。电磁锁销(5)固定于机架(1)上，其内部设有可伸缩的锁销(502)和提供使锁销缩回的弹性力的锁销弹簧(503)；锁销(502)朝向电动缸推杆(302)的一端设有斜面结构，锁销(502)的另一侧为锁止面，锁止面用于在调节螺母(402)通过后与调节螺母抵接，阻止调节螺母回缩。行程开关(6)设置于拉杆(401)的运动路径上，用于检测其位置。控制器(7)与电动缸(301)、电磁锁销(5)和行程开关(6)电连接，用于接收位置信号并控制动作。

4、作为优选的技术方案，刹车带组件(2)包括刹车带(201)。刹车带(201)的一端为固定端，通过固定端耳板(202)与机架(1)铰接；刹车带(201)的另一端为活动端，设置有活动端耳板(203)。刹车带组件(2)还包括至少一个刹带调节弹簧(204)和支撑架(205)。支撑架(205)固定于机架(1)上且位于刹车带(201)的外侧。刹带调节弹簧(204)沿刹车带(201)的圆周方向设置，其一端与支撑架(205)连接，另一端与刹车带(201)的外侧连接。刹带调节弹簧(204)的作用是在刹车带松开时提供适当的拉力，将刹车带从制动轮毂表面拉开，避免刹车带与制动轮毂产生不必要的摩擦接触；同时通过调节各个刹带调节弹簧的松紧，可以使刹车带与制动轮毂之间的间隙保持均匀。刹带调节弹簧的数量和布置方式可根据实际结构需要确定，不一定均匀分布。

5、作为优选的技术方案，电动缸推杆(302)与拉杆(401)相对设置，用于在伸出时顶推拉杆(401)向伸出方向运动，两者仅在推动时短时接触。根据安装空间需求，电动缸推杆与拉杆之间还可增设传动机构，传动机构可包括中间连杆、杠杆机构、齿轮齿条机构、曲柄滑块机构中的一种或多种组合。这些等同变换均落入本发明的保护范围。

6、作为优选的技术方案，所述电动缸(301)、所述电磁锁销(5)和所述行程开关(6)均可采用防爆型元件，以满足煤矿井下、石油化工等易燃易爆环境的防爆要求。对于非防爆要求的场合，也可选用普通型元件。

7、作为优选的技术方案，还包括手动应急释放装置(504)，与锁销(502)联动。当控制系统故障或电磁锁销失效时，操作人员可手动操作应急释放装置（504），使锁销(502)缩回，解除锁定，实现紧急抱闸，确保设备安全。

8、本发明还提供一种上述电动缸与电磁锁销组合的常闭式带式刹车装置的控制方法，包括以下步骤：

9、1）自动松闸步骤：控制器(7)得电后，控制电磁锁销(5)得电，锁销(502)在电磁力作用下克服锁销弹簧(503)的弹力伸出，处于可被压缩状态；控制驱动机构(3)的电动缸(301)正向通电，电动缸推杆(302)伸出，顶推复位机构(4)的拉杆(401)克服刹车弹簧(403)的弹性力向伸出方向运动；当拉杆(401)上的调节螺母(402)运动至锁销(502)位置时，调节螺母（402）接触锁销（502）的斜面，产生横向分力将锁销（502）压回缩回，允许调节螺母（402）通过；调节螺母（402）通过后，轴向压力消失，锁销（502）在锁销弹簧（503）作用下自动弹出复位；此时控制电动缸（301）反向通电使电动缸推杆（302）缩回，然后失电；锁销（502）的锁止面与调节螺母（402）抵接，使拉杆（401）保持在缩回位置，刹车带（201）处于松开状态；

10、2）自动抱闸步骤：控制器(7)控制电磁锁销(5)失电，电磁力消失，锁销(502)在锁销弹簧(503)作用下主动缩回，解除对拉杆(401)的锁定；拉杆在刹车弹簧(403)的弹性力作用下回位，带动刹车带抱紧制动轮毂；行程开关(6)检测到拉杆缩回到位，发出抱闸完成信号；

11、3）互锁保护步骤：在自动松闸步骤中，若行程开关(6)未检测到拉杆(401)运动至松开位置，控制器(7)输出禁止绞车启动的互锁信号；在绞车运行过程中，若行程开关检测到拉杆意外缩回，控制器输出紧急停机信号；

12、4）应急释放步骤：当控制系统故障或电磁锁销失效时，操作手动应急释放装置(504)，使锁销(502)缩回，解除锁定，实现紧急抱闸。

13、需要说明的是，本实施例中锁销(502)的锁止面为一平面，与调节螺母(402)的端面抵接实现锁止。但本领域技术人员可以理解，锁止面也可采用其他能够实现相同功能的结构，例如微斜面、弧面、齿面，或与调节螺母上的凹槽配合的凸起结构等，只要能够在调节螺母通过后阻止其回缩，均属于本发明的等同变换，落入本发明的保护范围。

14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1）纯电动驱动：采用电动缸作为驱动源，无需气源或液压站，与电动设备匹配性好。2）常闭式安全设计：失电时刹车弹簧自动驱动抱闸，确保安全。3）大扭矩制动能力：电动缸推力可达十几吨以上，可压缩更大规格刹车弹簧，结合带式刹车的包角放大效应，可获得远超鼓式制动器的制动力矩。4）低功耗运行：电动缸点动驱动，电磁锁销仅在松闸期间低功耗保持，解决了传统电动方案持续通电发热的问题。5） 制动力可调：通过调节螺母可方便调整刹车弹簧预紧力，适应不同工况需求。6）安装灵活：电动缸推杆与拉杆相对设置即可，也可根据需要通过多种传动机构连接。7）互锁保护：行程开关和控制器实现刹车状态实时监测和互锁保护。8）应急保障：手动应急释放装置确保在极端情况下仍可操作。