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摘 要：制动器又叫抱闸，是具有使运动部件（或运动机械）减速、停止或保持停止状态等功能的装置，其是通过非旋转元件（与车身或车架相连的部件）及旋转元件（与车轮或转动轴相连的部件）之间的相互摩擦来阻碍其转动或转动的趋势，以此来控制电机的运转以及惯性运转。制动器中磨损最大的机械零件是瓦块摩擦片。制动器在使用期间绝对不允许制动器出现制动故障、失灵的情况，否则极容易造成事故发生。但目前制动器瓦块摩擦片磨损程度全部依靠人员的经验观察，没有自动化报警系统。所以关于制动器瓦块摩擦片自动监测报警器的研究意义重大。
关键词：制动器;制动器瓦块摩擦片;制动器瓦块摩擦片自动监测报警器
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
制动器俗称闸、刹车，是具有使运动部件或机械减速、停止运动或保持其停止状态等作用的机械零件。制动器起到制动的原理为通过非旋转元件（与车身或车架相连的部件）及旋转元件（与车轮或转动轴相连的部件）之间的相互摩擦来阻碍车轮转动或车轮转动的趋势。制动器的主要结构有制架、制动件和操纵装置等。一般来说，制动器通常安装于设备的高速轴上，但对于矿井提升机、电梯等对安全性要求较高的大型设备则安装于靠近设备工作部分的低速轴上。而無论安装于何处，制动器瓦块摩擦片都是制动器中磨损最大的机械零件[1-4]、[7]、[8] 。
由于制动器功能的特殊性——用以控制电机的运转及惯性运转，在使用期间制动器不允许出现制动失灵的现象发生，因此无论哪一部分出现问题都极易造成事故的发生，制动器瓦块摩擦片作为最易磨损的部件[20]、[23]，对其磨损方面的防控十分重要[9]、[10]、[12]，以便进行后续的替换更新，保证机器的正常运行[5]、[6]。
然而，目前制动器瓦块摩擦片磨损程度基本都靠人工的经验观察，而无机械或自动化的报警系统[17]、[20]。人工成本较大，且无较为固定的标准，实际操作方面扩大性和可操作性不大，大规模数量的制动器则会出现监测不便、较难实现的情况，或者需要更多的人力资源投入，成本过高。
若制动器瓦块摩擦片的自动监测报警器的研究与设计推广成功，对于设备安全性能提升、设备使用寿命、成本降低等方面意义重大。
1 试验条件和试验方法
1.1 试验原料
以摩擦传感器、声光报警器、16A空开、2A保险为主要原料。此外还需要AC 36V电源、电线等配件。
摩擦传感器起监测传感制动器瓦块摩擦片的磨损程度的作用，根据本设计的设计理念需求，可选择磨损检测传感器以用作监测制动片摩擦片的磨损情况，其原理为当制动器摩擦片超过磨损允许的限度时，再对其进行磨损就会使其接触磨损监测传感器。在设计过程中，需要着重考虑的是如何放置摩擦传感器可以使制动器的每次工作都对摩擦传感器也起磨损作用。
声光报警器又名声光警号，在达到预定条件后可以同时发出声、光两种信号。在制动器瓦块摩擦片自动检测报警器中起摩擦片受损至一定限度后提醒的作用。实际选材的过程中，需要结合车间实际情况，选择合适分贝及光照强度、光照颜色的声光报警器，以达到切实的提醒效果。
16A空开全名16A空气开关，又名空气断路器，若电路中的电流超过额定电流就会自动断开的开关;2A保险指2A保险丝盒，起过载保护作用。总体而言，二者都起对制动器瓦块摩擦片的自动监测报警器电路系统的保护作用，对于制动器瓦块摩擦片的自动监测报警器电路系统来说是必不可少的一部分。 AC 36V电源、电线等配件是用于构成制动器瓦块摩擦片自动检测报警器完整回路的必需电器元件。
1.2 试验设备
以制动器瓦块摩擦片开设通孔为所需的试验设备。
根据自动检测报警器的设计要求，需要将制动器瓦块摩擦片的自动监测报警器的摩擦传感器探头装置安装于制动摩擦片及制动瓦块开设的通孔内，以此达到制动器的每次工作都对摩擦传感器也起磨损作用的目的。基于此种情况，在实际安装制动器瓦块摩擦片自动监测报警器时需要制动器瓦块摩擦片开设通孔，方可进行后续设备的安装，使摩擦传感器切实的起到传感制动器瓦块摩擦片磨损情况的作用（具体情况见图1、2、3）。
2 试验结果
生产制动器瓦块摩擦片自动监测报警器样品，将其全部投入使用，后全数检验（对每一件产品都进行逐一监测）。根据制动器瓦块摩擦片自动监测报警器报警产生声响、光亮闪烁的时间节点与有丰富判定经验的工作人员认定的需更替摩擦片的时间节点二者之间的时间差值，计算在实际实践过程中制动器瓦块摩擦片自动监测报警器的误差范围。计算结果显示，制动器瓦块摩擦片自动监测报警器监测报警的情况与人工经验评判制动器瓦块摩擦片的情况极为相近（时间差较小，在可控、可接受的范围之内）。
这说明制动器瓦块摩擦片自动监测报警器的功能较为完备，对制动器瓦块摩擦片的磨损程度监测灵敏、准确，实际使用的效果较好。
3 试验结果分析
3.1 机械安装原理分析
摩擦传感器的探头部分需要安装在摩擦片及制动瓦块开设的通孔内，以此保证制动器在每次工作时都对摩擦传感器也起磨损作用，这种情况下所监测到的制动器瓦块摩擦片磨损情况较为准确。为进一步加强对摩擦传感器探头的固定，需要再使用螺栓将其固定锁紧在制动瓦块上。随后根据摩擦片的磨损极限来调整摩擦传感器探头位置（见图4）。
摩擦传感器连接声光报警器，再连接至电源形成回路（具体电路连接顺序见图5）。
3.2制动器瓦块摩擦片自动监测报警器工作原理分析
根据摩擦传感器的工作原理，当摩擦片经过一定时间磨损后，磨掉至摩擦片所设置的极限时接触摩擦传感器探头，探头受到接触，进而使摩擦传感器控制声光报警器产生声音及光亮闪烁。制动器瓦块摩擦片自动监测报警器响起、亮起，目的在于提醒作业人员及时检查并更换制动器瓦块摩擦片。
4 结论
制动器瓦块摩擦片作为制动器工作的重要部件之一，决定了制动器是否能够正常使用、机械再在使用过程中存在安全隐患以及制动器的工作年限甚至整体机械设备的使用年限。
制动器瓦块摩擦片自动监测报警器的设计目的在于减轻人工判断、监测制动器瓦片摩擦片磨损程度的难度及工作负担，且能进一步减少人力资源使用、降低运作成本，使判断、监测制动器瓦片摩擦片磨损程度的工作逐步规范化。
根据试验结果，将制动器瓦块摩擦片自动监测报警器应用于实际实践情况，计算制动器瓦块摩擦片自动监测报警器报警产生声响、光亮闪烁的时间节点与有丰富判定经验的工作人员认定的需更替摩擦片的时间节点二者之间的时间差值的差值范围，计算结果显示，制动器瓦块摩擦片自动监测报警器对磨损程度的认定与人工观察监测的结果非常接近，说明了制动器瓦块摩擦片自动监测报警器工作的准确度高。
与人工评测认定相比，制动器瓦块摩擦片的自动监测报警器对制动器瓦块摩擦片监测系统的规范化有着一定的贡献，其材料费低廉、成本较低，能大量地节省人力资源。除此之外，从对于设备安全性能提升、设备使用寿命延长方面来说，相较于人工的判断认定，制动器瓦块摩擦片的自动监测报警器只要回路正常、电源能供其正常工作，就能二十四小时不间断工作，对制动器瓦块摩擦片磨损程度的監测更为全面、细致，更能及时地对设备的零件进行检修更新，进而对设备安全性能、使用性能方面也有着重大意义。
综上所述，制动器瓦块摩擦片自动监测报警器的生产、扩大、投入使用对于监测制动器瓦块摩擦片的磨损程度有着重大意义。一旦落实，带来的结果不仅是经济上的效益，更是对制动器瓦块摩擦片方面的研究的促进。
参考文献：
[1]樊晟，沙印.起重机用块式制动器有限元分析及检验[J].大众标准化，2021（10）：255-257.
[2]严伦达，张明金.自动扶梯块式制动器检查与调整方法[J].西部特种设备，2021，4（01）：41-45.
[3]曾祥跃，王全先.电力液压块式制动器力能设计方法研究[J].机械研究与应用，2020，33（04）：47-49+53.
[4]胡畅，王志强，黄晓亮.一种用于自动扶梯的块式制动器的制动闸瓦磨损的监控方法[J].中国电梯，2020，31（13）：67-69.
[5]. Mining - Mining Science; New Findings from Technical University Cluj Napoca in the Area of Mining Science Described （Thermal Analysis of the Industrial Shoe Brakes To Reduce the Risk of Failure During Braking）[J]. Mining & Minerals，2020.
[6]Adrian Cernaianu，Corina Cernaianu，Eugenia St?ncu?，Leonard Marius Ciurezu-Gherghe. Studies on the Variation of the Process Parameters when Braking DC Motors with Shoe Brakes[J]. Applied Mechanics and Materials，2020，5957. [7]朱雪青.电子机械式制动器的控制方法研究[J].客车技术，2019（03）：3-7.
[8]何跃龙.自动扶梯驱动机构的制动装置专利技术发展路线简析[J].中国电梯，2019，30（11）：53-55.
[9]张鹏. 块式制动器失效机理及闸瓦磨损分析[D].浙江理工大学，2019.
[10]C. Bala Manikandan，P. Balamurugan，S. Lionel Beneston，S. Balamurugan. Braking Force & Braking Time Reduction by using Four Shoe Brake System[J]. International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering （IJITEE），2019，8（6）.
[11]朱雪青. 汽车电子机械式制动器的控制方法研究[D].合肥工业大学，2019.
[12]王文斌. 乘客电梯块式制动器故障模式及其热疲劳寿命研究[D].浙江理工大学，2019.
[13]C Cruceanu，C Cr?ciun. Aspects regarding braking process of passenger trains with different braking systems in composition[J]. IOP Conference Series： Materials Science and Engineering，2018，400（4）.
[14]S Darmo，L D Setyana，T Tarmono，N Santoso. The Effects of Silicon on The Hardness and Wear of Ferritic Grey Cast Iron on Shoe Brake of Train[J]. IOP Conference Series： Materials Science and Engineering，2018，384（1）.
[15]朱建新，徐强，江叶峰.起重机械技术分析[J].特种设备安全技术，2018（02）：31-33.
[16]刘志强.浅谈自动扶梯防逆转系统的应用[J].河南建材，2018（01）：230-231.
[17]苏辉.制动器制动摩擦性能机理及其影响因素分析[J].摩托车技术，2021（03）：45-48.
[18]宋秦中，周成磊.一种新型鼓式制动器的设计与分析[J].机械工程与自动化，2020（06）：40-42.
[19]张望，邵振荣，朱霖.浅议多种监控系统在智能压力机上的应用[J].锻压装备与制造技术，2020，55（05）：82-85.
[20]刘娜，张斌，宋娟，朱青青，马秋环.矿井提升机盘式制动器的摩擦磨损特性研究[J].煤矿机械，2020，41（03）：60-63.
[21]侯硕，贺韶，邓玺，奚琛，路广遥，陈帅.椭圆形织构摩擦片在核电站安全制动器中作用机理的数值研究（英文）[J].摩擦学学报，2020，40（03）：299-304.
[22]朱晓峰.干式制动条件下带式输送机摩擦片摩擦行為学的研究[J].机械管理开发，2020，35（02）：87-89.
[23]孙文文.盘式制动器实时报警装置研究[J].现代制造技术与装备，2019（11）：31-32.
[24]万鑫. 盘式制动器制动抖动试验分析与控制[D].重庆大学，2019.
[25]张节，刘有章.横切线飞剪离合器摩擦片磨损分析与优化[J].装备制造技术，2017（04）：104-105.
[26]阴妍. 盘式制动器摩擦故障融合诊断与智能预报方法研究[D].中国矿业大学，2019.
作者简介：
李洋（1990-05-04），男，汉，黑龙江省齐齐哈尔市人，助理工程师，2018年毕业于兰州理工大学机电一体化技术专业，现在酒钢集团宏晟电热公司主要从事起重专业工作。
关键词：制动器;制动器瓦块摩擦片;制动器瓦块摩擦片自动监测报警器
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
制动器俗称闸、刹车，是具有使运动部件或机械减速、停止运动或保持其停止状态等作用的机械零件。制动器起到制动的原理为通过非旋转元件（与车身或车架相连的部件）及旋转元件（与车轮或转动轴相连的部件）之间的相互摩擦来阻碍车轮转动或车轮转动的趋势。制动器的主要结构有制架、制动件和操纵装置等。一般来说，制动器通常安装于设备的高速轴上，但对于矿井提升机、电梯等对安全性要求较高的大型设备则安装于靠近设备工作部分的低速轴上。而無论安装于何处，制动器瓦块摩擦片都是制动器中磨损最大的机械零件[1-4]、[7]、[8] 。
由于制动器功能的特殊性——用以控制电机的运转及惯性运转，在使用期间制动器不允许出现制动失灵的现象发生，因此无论哪一部分出现问题都极易造成事故的发生，制动器瓦块摩擦片作为最易磨损的部件[20]、[23]，对其磨损方面的防控十分重要[9]、[10]、[12]，以便进行后续的替换更新，保证机器的正常运行[5]、[6]。
然而，目前制动器瓦块摩擦片磨损程度基本都靠人工的经验观察，而无机械或自动化的报警系统[17]、[20]。人工成本较大，且无较为固定的标准，实际操作方面扩大性和可操作性不大，大规模数量的制动器则会出现监测不便、较难实现的情况，或者需要更多的人力资源投入，成本过高。
若制动器瓦块摩擦片的自动监测报警器的研究与设计推广成功，对于设备安全性能提升、设备使用寿命、成本降低等方面意义重大。
1 试验条件和试验方法
1.1 试验原料
以摩擦传感器、声光报警器、16A空开、2A保险为主要原料。此外还需要AC 36V电源、电线等配件。
摩擦传感器起监测传感制动器瓦块摩擦片的磨损程度的作用，根据本设计的设计理念需求，可选择磨损检测传感器以用作监测制动片摩擦片的磨损情况，其原理为当制动器摩擦片超过磨损允许的限度时，再对其进行磨损就会使其接触磨损监测传感器。在设计过程中，需要着重考虑的是如何放置摩擦传感器可以使制动器的每次工作都对摩擦传感器也起磨损作用。
声光报警器又名声光警号，在达到预定条件后可以同时发出声、光两种信号。在制动器瓦块摩擦片自动检测报警器中起摩擦片受损至一定限度后提醒的作用。实际选材的过程中，需要结合车间实际情况，选择合适分贝及光照强度、光照颜色的声光报警器，以达到切实的提醒效果。
16A空开全名16A空气开关，又名空气断路器，若电路中的电流超过额定电流就会自动断开的开关;2A保险指2A保险丝盒，起过载保护作用。总体而言，二者都起对制动器瓦块摩擦片的自动监测报警器电路系统的保护作用，对于制动器瓦块摩擦片的自动监测报警器电路系统来说是必不可少的一部分。 AC 36V电源、电线等配件是用于构成制动器瓦块摩擦片自动检测报警器完整回路的必需电器元件。
1.2 试验设备
以制动器瓦块摩擦片开设通孔为所需的试验设备。
根据自动检测报警器的设计要求，需要将制动器瓦块摩擦片的自动监测报警器的摩擦传感器探头装置安装于制动摩擦片及制动瓦块开设的通孔内，以此达到制动器的每次工作都对摩擦传感器也起磨损作用的目的。基于此种情况，在实际安装制动器瓦块摩擦片自动监测报警器时需要制动器瓦块摩擦片开设通孔，方可进行后续设备的安装，使摩擦传感器切实的起到传感制动器瓦块摩擦片磨损情况的作用（具体情况见图1、2、3）。
2 试验结果
生产制动器瓦块摩擦片自动监测报警器样品，将其全部投入使用，后全数检验（对每一件产品都进行逐一监测）。根据制动器瓦块摩擦片自动监测报警器报警产生声响、光亮闪烁的时间节点与有丰富判定经验的工作人员认定的需更替摩擦片的时间节点二者之间的时间差值，计算在实际实践过程中制动器瓦块摩擦片自动监测报警器的误差范围。计算结果显示，制动器瓦块摩擦片自动监测报警器监测报警的情况与人工经验评判制动器瓦块摩擦片的情况极为相近（时间差较小，在可控、可接受的范围之内）。
这说明制动器瓦块摩擦片自动监测报警器的功能较为完备，对制动器瓦块摩擦片的磨损程度监测灵敏、准确，实际使用的效果较好。
3 试验结果分析
3.1 机械安装原理分析
摩擦传感器的探头部分需要安装在摩擦片及制动瓦块开设的通孔内，以此保证制动器在每次工作时都对摩擦传感器也起磨损作用，这种情况下所监测到的制动器瓦块摩擦片磨损情况较为准确。为进一步加强对摩擦传感器探头的固定，需要再使用螺栓将其固定锁紧在制动瓦块上。随后根据摩擦片的磨损极限来调整摩擦传感器探头位置（见图4）。
摩擦传感器连接声光报警器，再连接至电源形成回路（具体电路连接顺序见图5）。
3.2制动器瓦块摩擦片自动监测报警器工作原理分析
根据摩擦传感器的工作原理，当摩擦片经过一定时间磨损后，磨掉至摩擦片所设置的极限时接触摩擦传感器探头，探头受到接触，进而使摩擦传感器控制声光报警器产生声音及光亮闪烁。制动器瓦块摩擦片自动监测报警器响起、亮起，目的在于提醒作业人员及时检查并更换制动器瓦块摩擦片。
4 结论
制动器瓦块摩擦片作为制动器工作的重要部件之一，决定了制动器是否能够正常使用、机械再在使用过程中存在安全隐患以及制动器的工作年限甚至整体机械设备的使用年限。
制动器瓦块摩擦片自动监测报警器的设计目的在于减轻人工判断、监测制动器瓦片摩擦片磨损程度的难度及工作负担，且能进一步减少人力资源使用、降低运作成本，使判断、监测制动器瓦片摩擦片磨损程度的工作逐步规范化。
根据试验结果，将制动器瓦块摩擦片自动监测报警器应用于实际实践情况，计算制动器瓦块摩擦片自动监测报警器报警产生声响、光亮闪烁的时间节点与有丰富判定经验的工作人员认定的需更替摩擦片的时间节点二者之间的时间差值的差值范围，计算结果显示，制动器瓦块摩擦片自动监测报警器对磨损程度的认定与人工观察监测的结果非常接近，说明了制动器瓦块摩擦片自动监测报警器工作的准确度高。
与人工评测认定相比，制动器瓦块摩擦片的自动监测报警器对制动器瓦块摩擦片监测系统的规范化有着一定的贡献，其材料费低廉、成本较低，能大量地节省人力资源。除此之外，从对于设备安全性能提升、设备使用寿命延长方面来说，相较于人工的判断认定，制动器瓦块摩擦片的自动监测报警器只要回路正常、电源能供其正常工作，就能二十四小时不间断工作，对制动器瓦块摩擦片磨损程度的監测更为全面、细致，更能及时地对设备的零件进行检修更新，进而对设备安全性能、使用性能方面也有着重大意义。
综上所述，制动器瓦块摩擦片自动监测报警器的生产、扩大、投入使用对于监测制动器瓦块摩擦片的磨损程度有着重大意义。一旦落实，带来的结果不仅是经济上的效益，更是对制动器瓦块摩擦片方面的研究的促进。
参考文献：
[1]樊晟，沙印.起重机用块式制动器有限元分析及检验[J].大众标准化，2021（10）：255-257.
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[11]朱雪青. 汽车电子机械式制动器的控制方法研究[D].合肥工业大学，2019.
[12]王文斌. 乘客电梯块式制动器故障模式及其热疲劳寿命研究[D].浙江理工大学，2019.
[13]C Cruceanu，C Cr?ciun. Aspects regarding braking process of passenger trains with different braking systems in composition[J]. IOP Conference Series： Materials Science and Engineering，2018，400（4）.
[14]S Darmo，L D Setyana，T Tarmono，N Santoso. The Effects of Silicon on The Hardness and Wear of Ferritic Grey Cast Iron on Shoe Brake of Train[J]. IOP Conference Series： Materials Science and Engineering，2018，384（1）.
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[24]万鑫. 盘式制动器制动抖动试验分析与控制[D].重庆大学，2019.
[25]张节，刘有章.横切线飞剪离合器摩擦片磨损分析与优化[J].装备制造技术，2017（04）：104-105.
[26]阴妍. 盘式制动器摩擦故障融合诊断与智能预报方法研究[D].中国矿业大学，2019.
作者简介：
李洋（1990-05-04），男，汉，黑龙江省齐齐哈尔市人，助理工程师，2018年毕业于兰州理工大学机电一体化技术专业，现在酒钢集团宏晟电热公司主要从事起重专业工作。