3532 提升機制動系統(液壓盤式制動器)設計,提升,晉升,機制,系統,液壓,制動器,設計 河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）I前 言制動系統是礦井提升機的重要組成部分，制動系統的可靠性直接影響礦井提升設備的安全運轉。它由制動器和傳動機構組成，是依靠直接作用于制動輪或制動盤上的制動力矩來進行控制并調節(jié)制動力的機構。多繩摩擦提升機具有體積小、質量輕、安全可靠、提升能力強等優(yōu)點，適用于較深的礦井提升。本文針對 JKMD 型( 4.5 米 4 多繩摩擦輪)提升機，對其制動系統進行設計。在對提升機的制動器選型過程中，因盤式制動器是近年來應用較多的一種新型制動器，它以其獨特的優(yōu)點及良好的安全性能被廣大用戶認可，特別是在結合了液壓系統和 PLC 控制之后，液壓系統和 PLC 超強的控制性能為盤式制動器的應用提供了巨大的工作平臺。制動盤的制動力，靠油缸內充入油液而推動活塞來壓縮盤式彈簧來實現。液壓盤式制動器作為最新一種制動器，具有許多優(yōu)點，所以它在現代多種類型提升機中獲得廣泛的應用。它具有制動力大、工作靈活性穩(wěn)定、敏感度高等特點，對生產安全具有重要意義。 河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）i目 錄摘 要..............................................................1第 1 章 礦井提升機概述..............................................11.1 提升機的定義 ..................................................11.2 提升機的分類 ..................................................11.2.1 按用途分 ..................................................11.2.2 按拖動方式分 ..............................................11.2.3 按提升容器類型分 ..........................................11.2.4 按井筒的傾角分 ............................................21.2.5 按提升機類型分 ............................................21.3 提升機型號的選用 ..............................................9第 2 章 提升機的設計計算( 4.5 米 4 多繩摩擦輪) ....................10??2.1 工作參數 .....................................................112.2 速度圖 .......................................................122.3 變位重量 .....................................................142.4 力圖 .........................................................142.5 等效力： .....................................................172.6 啟動力矩與等效力的比例： .....................................172.7 有效功率： ...................................................172.8 電機最大軸功率及選型： .......................................172.9 液壓站工作原理 ...............................................182.9.1 提升機液壓站系統 .........................................182.9.2 液壓站系統原理圖如圖 2-6 所示： ...........................192.9.3 控制電路圖如圖 2-7 所示： .................................20第 3 章 提升機制動裝置的結構設計...................................223.1 提升機的制動裝置的功用、類型 .................................223.1.1 制動裝置的功用 ...........................................223.1.2 制動裝置的類型 ...........................................233.2 制動器的設計類型 .............................................233.3 制動裝置的有關規(guī)定和要求 .....................................243.4 提升機制動器主要類型 .........................................263.4.1 塊式制動器 ...............................................263.4.2 盤式制動器................................................28河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）ii3.5 盤式制動器的結構及工作原理 ...................................293.5.1 盤式制動器的布置方式......................................293.5.2 盤式制動器的結構..........................................303.6 制動器的設計計算 .............................................313.6.1 確定在工作狀態(tài)下所需要的制動力 ...........................313.6.2 確定制動器數量 ...........................................393.6.3 碟型彈簧的選型計算 .......................................443.6.4 制動器液壓缸的結構與設計計算 .............................503.7 制動器的強度校核 .............................................603.7.1 制動力整定計算............................................603.7.2 液壓站油壓整定計算 .......................................63第 4 章 制動器的工作可靠性評定.....................................654.1 盤式制動器的安裝要求及調整 ...................................654.1.1 盤式制動器的要求（包括零部件） ...........................654.1.2 盤式制動器閘瓦間隙的調整 .................................664.2 制動器的故障模式及可靠性圖框 .................................674.3 制動器的優(yōu)化設計及工作可靠性評定 .............................694.3.1 設計變量 .................................................704.3.2 優(yōu)化策略 .................................................704.4 制動器的維護可靠性評定 .......................................72第 5 章 結論.......................................................74致 謝.............................................................75參考文獻...........................................................76河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）1摘 要目前我國許多煤礦礦井已經轉向中、深部開采，礦井提升設備作為煤礦的關鍵設備，在礦井機械化生產中占有重要地位。制動器是提升機(提升絞車)的重要組成部分之一，直接關系著提升機設備的安全運行。多繩摩擦提升機具有體積小、質量輕、安全可靠、提升能力強等優(yōu)點，適用于較深的礦井提升。本文針對 JKMD 型( 4.5 米 4 多繩摩擦輪)提升機，對??其制動系統進行設計。在對提升機的制動器選型過程中，因盤式制動器是近年來應用較多的一種新型制動器，它以其獨特的優(yōu)點及良好的安全性能被廣大用戶認可，特別是在結合了液壓系統和 PLC 控制之后，液壓系統和 PLC 超強的控制性能為盤式制動器的應用提供了巨大的工作平臺。制動盤的制動力，靠油缸內充入油液而推動活塞來壓縮盤式彈簧來實現。液壓盤式制動器作為最新一種制動器，具有許多優(yōu)點，所以它在現代多種類型提升機中獲得廣泛的應用。它具有制動力大、工作靈活性穩(wěn)定、敏感度高等特點，對生產安全具有重要意義。關鍵詞：提升機；多繩摩擦；制動器；設計；液壓傳動。河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）2AbstractCurrently many of our coal mine has turned to deep mining. Mine coal upgrading equipment as the key equipment holds an important position in mechanized production of the mine. The brakes are one of the important components of a direct bearing on Hoist the safe operation of equipment.Multi-rope friction hoist with small size, light weight, safe, reliable, and strong ability to upgrade apply to the deeper mine hoist. In this paper, the braking system for JKMD type ( 4.5 meters over four-rope friction round) hoist have been designed.?In the hoist brake selection process, because in recent years disc brake is used in the new brakes It's unique strengths and good safety performance recognized by the majority of users. Especially in the light of the hydraulic control system and the PLC, Hydraulic System and PLC super performance of the disc brake provides a tremendous platform for the work. Brake disc braking force and rely on the fuel tank filled with oil that drives the piston to compress spring to achieve Disc.Hydraulic disc brakes as the latest development of a brake, which has many advantages. Therefore it in a modern aircraft types to upgrade gain wider application. It is the braking force, flexibility stability, high sensitivity; on production safety is of great significance.Keywords: Hoist; Multi-rope friction; Brake; Design; Hydraulic drive. 河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）1第 1 章 礦井提升機概述1.1 提升機的定義礦井提升機是礦井大型固定設備之一，它的主要任務就是沿井筒提升煤炭、礦石和矸石；升降人員和設備；下放材料和工具等。礦井提升設備是聯系井下與地面的紐帶，是主要的提升運輸工具，因此它在個礦井生產中占有重要的地位。1.2 提升機的分類1.2.1 按用途分(1) 主井提升設備主井提升設備的任務是專門提升井下生產的煤炭。年產30萬噸以上的礦井，主井提升容器多采用箕斗；年產30萬噸以下的礦井，一般采用罐籠(立井)或串車(斜井)。(2) 副井提升設備副井提升設備的任務是提升矸石、廢料，下放材料，升降人員和設備等。副井提升容器采用普通罐籠(立井)和串車(斜井) 。1.2.2 按拖動方式分按提升機電力拖動方式分為交流拖動提升設備和直流拖動提升設備。1.2.3 按提升容器類型分分為箕斗、罐籠、串車等提升設備。河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）21.2.4 按井筒的傾角分提升設備按井筒傾角可分為立井提升設備和斜井提升設備。立井提升時，提升容器采用箕斗或罐籠等.斜井提升時，提升容器一般采用礦車(串車)或斜井箕斗。串車提升適用于井筒傾角不大于；斜井箕斗提升適用于井筒傾角在 ~025范圍內。近年來大型斜井提升多采用膠帶輸送機。0351.2.5 按提升機類型分(1) 單繩纏繞式提升設備單繩纏繞式提升設備目前大部分為直徑圓柱型滾筒，在個別的老礦井，還有使用變直徑滾筒(如雙圓柱圓錐型滾筒)提升設備。1) KJ型( 2~3m)和BM 及JKA型單繩纏繞式提升機?KJ( 2~3m)型單繩纏繞式提升機是我國在 1958~1966年生產的仿蘇BM-2A型提升機，按滾筒個數來分，有單滾筒和雙滾筒的提升機；按布置方式來分，有帶地下室和不帶地下室的提升機，可根據設計而選用，但二者技術性能完全相同。(A) KJ型( 2~3m)提升機代號意義以KJ2 2.5 1.2D-20型為例說明如下：??(B) KJ型( 2~3m)和BM 型提升機的機構特點主要有：(a) 制動裝置采用角移式塊型制動器,重錘制動傳動，油壓操縱裝置；(b) 雙滾筒提升機采用手動渦輪渦桿式調繩離合器；(c) 減速器采用漸開線人字形齒輪傳動；(d) 使用機械牌坊式深度指示器；(e) 設有機械限速器。(C) JKA型單繩纏繞式提升機是在KJ型提升機的基礎上改進后制造的。河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）3JKA型雙滾筒提升機在結構上具有下列特點：(a) 調繩裝置即離合器為電動渦輪渦桿式離合器，因而調繩工作簡便省力；(b) 采用綜合式制動器 ,改善了閘瓦的磨損情況；(c) 液壓站采用手動控制的低壓電液調節(jié)閥和電磁鐵控制的安全三通閥，分別對工作制動和安全制動進行控制；(d) 減速器采用圓弧形人字齒輪傳動，提高了減速器的承載能力，并減輕了重量。2) KJ型( 4~6m)和HKM3 型單繩纏繞式提升機?蘇聯新克拉馬托爾機械制造廠生產的HKM3型提升機的結構特點：(a) 滾筒采用焊接結構；(b) 采用氣動齒輪式調繩離合器；(c) 制動器為新平移式塊閘；(d) 采用壓氣制動傳動裝置；(e) 使用機械牌坊式深度指示器；(f) 減速器采用漸開線人字齒輪，有一級傳動和二級傳動兩種；(g) 有電氣限速器 ,還有機械限速器。我國現有煤礦礦井多數是按照五十年代的標準設計的，為了快出煤、多出煤，當時主要是建設中、小型礦井，并且首先開采淺部煤層。五十年代，我國的礦井提升設備主要是從蘇聯進口的BM型產品和國產仿蘇KJ型產品，設備的可選性小，主要是滿足開采淺部煤層的需要。進入80年代以后，我國許多煤礦礦井已逐漸轉向中深部開采，國家統煤礦礦井的平均深度已由200米延伸到400米，現在已達600米、1000米。根據國內外的實踐經驗，落地式摩擦提升設備，是在礦井延伸后使現有提升設備滿足加大提升高度要求的行之有效的辦法。(A) 主提升鋼絲繩的選擇(a) 鋼絲繩的結構形式河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）4應優(yōu)先選用三角股鋼絲繩及線接觸圓股鋼絲繩，當由于供應原因，亦可以選用普通圓股點接觸平行捻鋼絲繩。鋼絲繩公稱抗拉強度宜選用1550× 帕。610(b) 鋼絲繩的安全系數根據《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，鋼絲繩的安全系數 應符合下式：m升降人員和物料 9.205mHc??升降物料 7式中 —提升鋼絲繩的懸垂長度，m。Hc(c) 鋼絲繩數目選擇落地摩擦式提升機的鋼絲繩樹木以2~4繩為宜。(B) 尾繩的選擇目前，絕大多數使用多繩摩擦式提升機的礦井，都由原來選用扁鋼絲繩作平衡尾繩而改為使用圓股鋼絲繩作平衡尾繩。新建的礦井，設計中也已全部選用圓股鋼絲繩作平衡尾繩。這主要是因為扁鋼絲繩生產效率低、供應困難。(a) 主導輪直徑D的確定根據《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，主導輪直徑D應符合式：無導向輪 80d?有導向輪 1式中 —主提升鋼絲繩直徑， mm；d主導輪直徑D除應符合上述規(guī)定外，還應按摩擦襯墊的許用比壓 〔q〕來校核，即： sxpqndD???????式中 —主導輪上升（重載）側鋼絲繩靜張力，N ；s—主導輪下降（重載）側鋼絲繩靜張力，N ；x河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）5[q]—摩擦襯墊的許用比壓，取[q]= ；4201?帕—主繩數目。pn根據經驗，現有3米以下提升機改造后的主導輪直徑D 可取為：滾筒直徑（m） 主導輪直徑（m ）2.0 2.0~2.252.5 2.5~2.83.0 3.0~3.25(C) 鋼絲繩間距 nA20~5nAm?(D) 天輪直徑 w?1wd?(E) 鋼絲繩在摩擦襯墊上的圍包角 ?當井深大于300米時，取：0~218?如圖1-1 （a）、（b）。當井深小于300米時，?。? 02736a?????如圖 1-1 （c） 、 （d） 。河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）6正 常 包 圍 角 a（ 井 深 大 于 30m） 特 殊 加 大 包 圍 角 a（ 井 深 小 于 30m）圖 1-1 纏繞式提升機摩擦襯片上的包圍角選擇(2) 多繩摩擦式提升設備多繩摩擦式提升設備可分為塔式和落地式（KJM和 JKMD型多繩摩擦輪提升機）。多繩摩擦提升機的井架一般多采用鋼結構四斜腿井架。放繩掛罐后在主繩張力水平分力作用下，使井架產生彈性變形、井架有傾斜現象。一般井筒采用凍結施工，井架基礎隨著井筒凍結層解凍變化。基礎會產生少量下降。井架在受主繩張力作用下基礎下沉不均衡．也會使井架傾斜。由于井架傾斜、天輪軸心線相對位移，這種位移一般在投入使用初期產生，并漸漸逐于穩(wěn)定。另外，天輪繩槽摩擦襯墊一般采用國內產品尼龍1010、進口K25 ，由于襯墊是磨損材料，從初期使用到更換之前，即剩余厚度為鋼絲繩直徑一半之前，提升繩落繩點向絞車房方向漸變位移，一般位置變化范圍0—30mm。多繩提升機由于使用了數根鋼絲繩代替一根鋼絲繩。鋼絲繩的直徑變小了，摩擦輪的直徑因而變小，但由于有多根鋼絲繩，所以摩擦輪變?yōu)槟Σ镣玻瑢挾壬杂屑訉?。設采用n根鋼絲繩，則多繩與單繩提升機鋼絲繩直徑間有如下關系：1ndm?河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）7同理，摩擦筒（主導輪）直徑：1nDm?多繩摩擦提升機如圖1-2所示： -主 導 輪2天 輪3-提 升 機 鋼 絲 繩4提 升 容 器5-尾 繩1—主導輪 2—天輪 3—提升機鋼絲繩 4—提升容器 5—尾繩圖 1-2 多繩摩擦提升機主軸裝置的特點：它與纏繞式提升來代替木襯，由于摩擦提升是靠摩擦力來傳遞動力的，所以襯墊擠壓固定在筒殼上。摩擦襯墊形成襯圈，其上再車出繩槽，初車時槽深為1/3繩徑，槽距（即繩心距）約為繩徑的 10倍利用熟知的柔索歐拉公式可知，摩擦輪兩側鋼絲繩拉力的極限比值為河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）81122uauaFee?或式中 —自然對數的底，等于2.71828；e—鋼絲繩對于摩擦輪的圍包角；a—鋼絲繩與襯墊間的摩擦系數，通常取 =0.2u u當鋼絲繩拉力比 大于上式右端所給出的數值時，鋼絲繩對摩擦輪產生12F相對滑動。為了避免這種滑動，兩側拉力不能達到其極限比值，而應有一安全系數，式改寫為 212()uaFe??若考慮防滑而加入防滑安全系數 ，則有?12()()ua或者 12uaFe??式中 —防滑安全系數，如果式中 和 僅計及靜力，則得防滑安全系數；如?果計算 和 時考慮了慣性力的影響，則得動防滑安全系數 。我國煤礦設1F2 d?計規(guī)范規(guī)定1.257di??????有些國家不按拉力差來考慮防滑，而是把兩側的拉力比的極限值控制在1.5以內，即：12.5F?在某些特殊情況，例如進行緊急制動時，可能產生超前滑動，即鋼絲繩的運動速度大于摩擦輪槽處的線速度，此時的防滑安全系數為河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）9'12()uadFe???《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，緊急制動時不能產生滑動，即 ≮1。'd?當下放重物進行緊急制動時，更容易繼發(fā)性滑動。1.3 提升機型號的選用JKMD型（ 4.5米 4多繩摩擦輪）提升機是基于撓性體摩擦傳動原理實現??的。它利用提升鋼絲繩與驅動共同滾筒之間的摩擦力拖動提升容器在井筒中往復運行，加之采用多根鋼絲繩共同承擔載荷的方式，因而多繩摩擦提升機具有以下優(yōu)點：(1) 提升機體積?。?2) 鋼絲繩斷繩的危害性減??；(3) 提升高度大。河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）10第2章 提升機的設計計算( 4.5米 4多繩摩擦輪) ??多繩摩擦提升機具有體積小、質量輕、安全可靠、提升能力強等優(yōu)點，適用于較深的礦井提升。本文針對JKMD型( 4.5米 4多繩摩擦輪)提升機，對其??制動系統進行設計。下表2-1 為JKMD型提升機(圖2-1)的型號及相關數據：表 2-1 提升機的相關參數名稱單位摩擦輪直徑鋼絲繩根數鋼絲繩最大靜張力差鋼絲繩最大靜張力鋼絲繩間距最大提升速度天輪直徑質量(不包括電氣部分)m根KNKNmmm/sm型號JKMD-4.5×44.54270930350144.5河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）11圖 2-1 JKM（JKMD）型多繩摩擦輪提升機2.1 工作參數有效載荷 Nm井筒深度：提升距離 Fs提升速度 v加速度 b?減速度 v主導輪直徑 TD主導輪轉速爬行距離 s32500kg602.4m600m15m/s21/ms.4.5m601563.7/4.FTVnD????rin0河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）12爬行速度 xv停止時間 pt提升繩長度尾繩長度提升繩重量尾繩重量帶懸掛裝置箕斗重量拋物線段變加速度系數如無拋物線段028s820m640m4×9.08kg/m4×9.08kg/m4000kg /EPFV??12.2 速度圖加速時間： 1215EPFbbvtGa????s拋物線段加速時間： ()0pt?減速時間： 12152.FVvtta???As爬行時間： 0st加速度行程： 1.512.52FbGbvt????m具體加速度如圖 2-2 所示：河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）13圖 2-2 提升機加速度變加速度行程： 1(2)03Fbpbpsvt????減速度行程： .51.9375vvt?m等速度行程： EAFdbpss??602.3975等速段時間： .6.1dFstv?s總的運行時間： 15021.503.75FsEAbGpdVtttt?????As0sEsA?其 中河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）142.3 變位重量有效載重 32500kgmN兩個帶懸掛裝置箕斗總重量 80000kg240?提升繩重量： 29782 kg尾繩重量： 23245 kg滾筒變位重量： 22222 kg22154esJTrD???A天輪： 12827 kg70Sesm?：不包括電機和減速器的變位重量： 20175 kgSJ?電機： 5792 kg22414605MesirDT???A不帶減速器直接傳動時 i減速器： 2GesiJmr?電機轉矩（包括電機聯軸節(jié)）GJ總變位重量： 207368 千克?2.4 力圖提升機載物時載重力如圖 2-3 所示：河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）15圖 2-3 提升機載物力圖負荷力：332509.8175.09.LnFg?????千 牛 頓NSSm??主 尾 繩 重 量 差=0.5摩擦力：1()(0.85)37.96.2nRLLFg??????千 牛 頓啟動力： 37.92..4Ab?千 牛 頓加速力： 1bam??千 牛 頓減速力： .0.8.rvF??千 牛 頓河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）16制動力： 375.09248.16.5vBLF???千 牛 頓提升機實際速度如圖 2-4 所示：米 米 米圖 2-4 提升機實際力圖提升機實際力圖如圖 2-5 所示：圖 2-5 提升機實際速度圖河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）172.5 等效力：注：（1）礦井效率取 0.85，一般在 80~96%之間（2）傳動效率直接傳動取 1，間接傳動取 96~98%之間。2.6 啟動力矩與等效力的比例： 582.46173AefF?2.7 有效功率：1.45972FeffV???千 瓦2.8 電機最大軸功率及選型：時， ?=1max1582.4673.9FAP?千 瓦時， 0.2 m/s 時，取 =0.7，所以?max?min= 21.9 0.7，得 =87KN。F推 4??285aM?F推河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）60由于 0.5m/s，查表 〈〈液壓與氣壓傳動〉〉 得 0.3，取 =0.3，????得 = ，所以 = =2.61KN 即移動負載為 m=261Kg。F推 ?F推 ?在一般工況下 =0.2~0.3，取 d=0.2D，得 d=1.7cm ，壁厚與內徑之比往往為dD，所以取 =8cm/??1/0?(8) 盤式制動器所需的最大工作油壓的確定；盤式閘制動系統液壓站的工作油壓為 5．2MPa，一級制動油壓為1．7MPa ，殘壓為 0．3MPa，10 副制動器；盤式制動器實際需要的最大工作油壓，應當根據礦井實際最大靜張力差按下式計算和調整 ；0()xFPC???c式中 —實際需要的最大工作油壓；x—提升機設計最大靜張力差時的油壓值（查表得《提升機司機》）；0—提升機實際最大靜張力差，N；Fx—提升機設計最大靜張力差，N；c—克服盤式制動器各阻力之和所需要油壓，C 值為：；123P??—提升機全松閘時，為了保證閘瓦的必要的間隙而壓縮盤式彈簧之力，折算成油壓值 ；2190/cm??—油缸、密封圈、拉緊彈簧等阻力，折算成油壓值 ；2P2270/Pcm??—液壓站在提升機制動狀態(tài)時的殘壓，按最大殘值計算，3河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）61；2350/Pcm??查表得： ； ； =41F930NC=89X求得 28(2)75041/x Ncm????3.7 制動器的強度校核3.7.1 制動力整定計算圖（a）是制動器力學原理示意圖，活塞承受三個軸向力，一是碟型彈簧推力 ，二是壓力油作用產生的推力 ，三是活塞運動阻力 。當制動閘向制2F1F3F動盤施壓時，阻力 與油壓推力 同方向；而閘瓦離開閘盤時，阻力 與彈3F 3簧力 同向。2施閘時，制動器的正壓力可表達為(1)213NF??松閘時，真壓力可表達為 (2)' '213???由此可見，同樣正壓力的情況下（ = ），松閘油壓比施閘油壓要高，N'其原因是兩種情況的運動阻力作用方向不同；制動器的正壓力與油壓的關系如圖(b) 所示，從圖中可以看出：① 制動器的正壓力與油壓變化成反比；② 松閘過程與制動過程的曲線不重合；③兩條曲線重合性好，說明盤式制動器的控制靈敏性高。盤式制動器力學原理如下圖(a)；盤式制動器正壓力與油壓關系如下圖(b)所示：河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）62圖 (a)盤 式 制 動 器 力 學 原 理1-制 動 盤 ； 2閘 瓦 ；3活 塞 ； 4碟 型 彈 簧 圖 (b) 盤 式 制 動 器 正 壓 力 與 油 壓 的 關 系松 閘 過 程制 動 過 程(a)、1—制動盤；2—閘瓦；3 —活塞；4—碟型彈簧 (b)、盤式正壓力與油壓關系圖 3-13 液壓盤式制動器壓力所有盤閘在提升機卷筒上產生的制動力矩為(3)ZZMNRn??2870.425174Nm???A示中 N—閘瓦的正壓力；—閘瓦與閘盤的摩擦系數；?—制動器的摩擦半徑；ZR—制動閘副數。n另一方面，制動力矩應滿足大于三倍最大靜力矩的要求。提升機的最大靜力矩是最大靜張力差與鋼絲繩纏繞半徑之積，即(4)12()CMQnpqHR?????????325049.8.0354.2??或7.NmA7A示中 Q—有效提升載荷；—提升鋼絲繩數量；1n河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）63—尾繩數量；2n—提升鋼絲繩單位長度重量；p—尾繩單位長度重量；q—鋼絲繩懸掛長度；H—卷筒半徑。R因為要求 ，故制動閘的最大正壓力應達到3ZCM?(5)123()ZRQnpqHN????????94.375.2N??或12.3.?3.7.2 液壓站油壓整定計算盤式制動器松閘時，油缸上的推力必須克服三部分反作用力，即：①碟型彈簧的預定力壓縮力，其值等于正壓力；②為保持閘瓦間隙，而使碟型彈簧再壓縮的反力；③油缸活塞松閘時的運動阻力。當閘瓦與閘盤分離之后，式中的，而其中彈簧力則是(6)21FNKn???示中 K—碟型彈簧的剛度；—閘瓦與閘盤之間的間隙；?—盤閘內碟型彈簧的片數。1n于是，盤閘活塞上的液壓推力為 河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）64(7)'131FNKn???在實際計算中， 可近似取為 =0.1N；同時，采用適當方法也可以實測出阻'3'3力。將示(4)代入上式，便有 (8)12'1 31()ZRQnpqHFKFNn??????????94.30.59.N???或 12..13.2?液壓站的最大油壓為 (9)124()mgsFPDd??4229.3.5100.857N????或41..(.)??式中 —制動器油缸直徑；gD—活塞柱銷直徑。sd由以上公式計算得出所設計的制動器滿足強度要求，可以安全工作。河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）65第 4 章 制動器的工作可靠性評定4.1 盤式制動器的安裝要求及調整4.1.1 盤式制動器的要求（包括零部件）（1）盤式制動器應符合標準的要求，并按照經規(guī)定程序批準的圖樣及技術文件制造；（2）盤式制動器應符合《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定；（3）配套件應符合現行標準或技術文件的規(guī)定；（4）凡本標準未予規(guī)定的鑄、鍛、焊、加工和裝配等通用技術要求，均應符合現行國家標準或行業(yè)標；（5）閘瓦的技術性能應符合JB3721--84中第2章的規(guī)定；（6）碟形彈簧的工作極限負荷、工作極限負荷下的變形量、在I點的計算應力及強壓處理負荷等主要技術參數應符合JB3812--84 中1.3的規(guī)定，技術要求應符合」B3812-84中第2章的規(guī)定；（7）產品應裝設放氣裝置；（8）產品裝配后，活塞和閘瓦在設計油壓下應同時動作，不應有爬行、卡住現象；（9）在無負荷條件下，盤形制動器活塞最低動作壓力不得超 ；0.3aMP（10）在設計油壓下，盤形制動器閘瓦的行程與設計行程的差值不得大于設計行程的10%；（11）產品裝配后在1.25倍設計油壓下保持10min，各密封處不顯油跡；（12）盤式形制動器油缸密封件壽命不低于3個月或提升4X10 次；（13）產品現場安裝、調整和試驗時，應符合TJ 231(六)的有關規(guī)定。河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）664.1.2 盤式制動器閘瓦間隙的調整裝配盤式制動器閘瓦時的有關要求和調整方法如下：（1）閘瓦與制動盤的間隙：新的為 1mm；使用中的不大與 2mm。安全規(guī)定閘盤偏擺最大 1．5mm(規(guī)程要求 0．5 mm)。由于偏擺大造成閘開關誤動作，無法正常生產。經多次調試效果不理想，有的不得不降低動作范圍。（2）安裝閘瓦時，應首先檢查和實驗閘瓦襯板中部的孔和筒體上的銷子直徑，它們的配合必須是滑動配合。如裝配時太緊，必須將襯板孔修刮，否則以后去下來是很困難的。同時，將它們清洗后其滑動面要涂上防銹漆，以免銹死不易取出。（3）為了使閘瓦獲得良好的摩擦接觸面，應將試裝后的閘瓦取下，以襯板為基準刨削閘瓦，直到刨平為止。（4）調整閘瓦間隙時，應根據實際情況首先將兩個提升容器提至適當的位置（通常是將固定滾筒所帶的重載容器放置于井底罐座上，或者將兩個空載的容器提升至井筒中相遇的位置），用定車裝置將滾筒鎖住，然后向制動油缸充入壓力油，使盤型制動器處于全松閘狀態(tài)，用塞規(guī)測量閘瓦與制動盤之間的間隙。測量閘瓦間隙，一般將閘瓦間隙調整在 1~1.5mm 范圍內。調整閘瓦間隙時，一副制動器的兩個閘瓦應同時進行。調整好后，應進行閘的試運行，并重新測量閘瓦間隙，如有變化時應進一步調整。（5）為了避免損壞活塞上的密封圈而產生的漏油現象，盤式制動器在安裝或大修后第一次調整閘瓦間隙時，必須首先將調整螺栓向前擰入，使閘瓦與制動盤貼合，然后分三級進行調整：第一次充入等于最大工作油壓值的 1/3 的油壓，制動器盤式彈簧受油壓作用被壓縮一個距離，隨之將調整螺栓向前擰入一些，推動閘瓦向前移，直到與制動盤相貼合；第二充入最大工作油壓值的2/3 的油壓，調整方法與第一次相同；最后充入最大工作油壓值油液，調整到使閘瓦與制動盤保持 1mm 間隙為止。（6）更換閘瓦時要注意不要全部換掉，那樣會造成由于新閘瓦接觸面積河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）67小而影響制動力距，應逐步地交替更換，即先更換一副制動器的兩個閘瓦，讓它們工作一段時間，使其接觸面積達到要求之后，再更換另一副制動器的閘瓦。這樣既保證提升機運行的安全，又不影響礦井生產。提升機的安全運行，很大程度上取決于制動器的工作可靠性。從狹義可靠性理解，盤式制動器包含不可維修因素,如制動彈簧失效之后，影響制動力矩，需要更新彈簧才能使制動器可靠性達到原有的水平。從廣義可靠性理解，盤式制動器又含有可維修因素，如閘瓦磨損后產生的間隙增大，經調整便可達到原有可靠性；液壓站零件發(fā)生故障，修理后也能使制動器可靠性達到設計水平。由此可知，制動器的工作可靠性是固有可靠性和使用可靠性的綜合反映。固有可靠性是有制動器設計制造及材料等因素所決定的，在制動器產品出廠時便已明確；使用可靠性則是安裝、維護及操作等因素決定的，它反映了制動器固有可靠性在實際運行中的發(fā)揮程度；因此，固有可靠性的體現，受使用可靠性的限制；固有可靠性再高，使用可靠性卻較低，制動器的實際可靠性依然不會高。制動器的固有可靠性和使用可靠性的串聯乘積，體現了制動器的工作可靠性，即： WIAR?式中 —制動器的工作可靠性；WR—制動器的固有可靠性；I—制動器的使用可靠性。A4.2 制動器的故障模式及可靠性圖框提升機制動器的故障，是指制動器未能達到設計規(guī)定的要求(如制動力矩不足或制動減速超限)，因而完不成規(guī)定的制動任務或完成的不好。盤式制動器有許多故障，但并不是所有故障都會造成嚴重后果，僅是其中一些故障會影河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）68響制動器功能或造成事故損失。因此，在分析制動器故障的同時，還需要對故障的影響或后果進行評價，這稱為故障模式和影響分析(FMEW)。制動系統中包括功能件、組件和零件。所謂功能件是指由幾個到幾百個零件組成的，具有獨立功能的子系統，例如液壓站、盤閘、控制臺；組件是由兩個以上的零部件構成的并在子系統中保持特定功能的部件，如電磁閥、電液調壓裝置；零件是指無法繼續(xù)分解的具有設計規(guī)定的單個部件。一般情況下，零件故障都可能導致制動器的故障。制動系統的故障模式通?？蓮乃膫€方面考慮；運行過程中的故障，規(guī)定時間內無法啟動，預定時間內無法停車，制動能力降級或受阻。制動系統的各類故障大致表現為如下：(1)閘瓦間隙超限； (2)制動器漏油；(3)活塞卡死； (4)彈簧疲勞或斷裂；(5)閘瓦貼閘比良； (6)閘瓦不松閘；(7)殘壓過高； (8)最大油壓過低；(9)油壓不穩(wěn)； (10)閘盤污染；(11)控制閘不靈； (12)電器故障；(13)制動力矩不足； (14)閘瓦不合閘；(15)閘瓦摩擦系數過低； (16)油溫超限。顯然上述故障中的“ 閘瓦不合閘 ”和“制動力矩不足”等故障將直接引發(fā)制動器致命性故障，應倍加注意。近年在實際使用中，已多次發(fā)生盤式制動器剎不住車引發(fā)的“ 放大滑” 事故，造成很大的經濟損失。為保障盤式制動器的工作可靠性，現在已經研制出盤式制動器自適應控制補償增壓裝置，能夠在制動器制動力矩意外降低而剎不住車時，補償制動力矩，增大制動力，確保提升機安全停車，這種補償裝置已在一些提升機上使用。對于像制動裝置這樣復雜系統，為了說明子系統間的功能傳輸情況，可用可靠性圖框表示系統狀況。從圖框中可以清楚地看出系統、子系統與元件之間河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）69的層次關系，系統及子系統之間的功能輸入、輸出、串聯和并聯關系。盤式制動裝置的可靠性圖框如圖 4-1 所示RiFWRDbr&k/n副 閘圖 4-1 制動器的可靠性圖框—彈簧可靠性； —摩擦可靠性； —維護可靠性； —電磁閥可靠性；tRFWRD—閘盤抗污染可靠性； —液壓站整定可靠性； —閘同步可靠性br?4.3 制動器的優(yōu)化設計及工作可靠性評定從圖 4-1 可見，制動裝置各單元之間常常表現為串聯關系，只有液壓站的動力部分是冷儲備關系，而多副盤閘的制動力矩則是表決狀態(tài)關系(或簡化為并聯關系) ，這些復雜的功能關系使制動裝置的可靠性評定比較復雜。在實際工作中，制動裝置可靠性評定分為現場可靠性評定和理論可靠性評定?，F場可靠性評定是通過收集現場運行提升機的壽命數據，對制動器的 MTBF、 和壽?命分布做分析計算。顯然，現場可靠性評定是具有全面性，方法簡單；而理論可靠評定則過于抽象，但卻有指導意義。河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）704.3.1 設計變量圖 4-2 與制動鉗、制動盤和摩擦片相關的設計變量液壓盤式制動器的優(yōu)化設計變量主要選擇影響上述優(yōu)化目標的主要零部件的主要尺寸參數，涉及手柄、制動泵、制動鉗、摩擦片和制動盤等，① 制動鉗結構參數 、 ，見圖4-2；② 制動盤結構參數 、 ，見圖4；③ 摩qLDzpoDzh擦片結構參數 、 、 。mpbiRmpo4.3.2 優(yōu)化策略方案優(yōu)化在制動器開發(fā)中所處的位置及進行方案優(yōu)化的主要流程見圖4-3(圖中虛框為方案優(yōu)化階段 )，優(yōu)化計算平臺采用浙江大學機械設計研究所開發(fā)的廣義優(yōu)化系統平臺，采用改進的差分進化(differential evolution，DE) 算法進行優(yōu)化。DE算法是一種類似于遺傳算法的進化算法，但它不需要對變量進行二進制編碼，只有交叉和遺傳算子，沒有變異算子，具有算法簡單、收斂性好和全局搜索能力強等優(yōu)點。DE算法[4]的基本過程如下：(1) 初始種群 種群規(guī)模N，最優(yōu)個體記為B。優(yōu)化計算流程及在產品設計中的位置如圖4-3所示：河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）71圖 4-3 優(yōu)化計算流程圖(2)種群進化 對每個個體 ：①隨機從種群中選4個個體a、b、c 、d，計iX算它們之間的差異量 ；②根據交叉率()()abcddbcdDX????CR決定進行交叉或遺傳，其中交叉算子為新個體 ， ，這里F為TabcdBD?變異倍數，主要用來控制進化速度；③種群更新，計算新個體 的適合度，如果優(yōu)于 ，則用 替換 ，否則保留 。iXTiXi(3)收斂條件 經過N次進化后結束，取最優(yōu)個體 B為最優(yōu)方案。影響DE 優(yōu)化效果的控制參數主要是種群規(guī)模N、交叉率CR 和變異倍數F ，此外計算差異量的個體數、種群更新策略和收斂條件對優(yōu)化效果也有較大的影河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）72響。4.4 制動器的維護可靠性評定我們從實踐中可以體會到，維護良好的制動器一般情況下都能夠發(fā)揮應有的功能作用，而維護不善的制動器則往往潛伏事故隱患。從制動器的故障模式分析不難看出，保證制動器的固有可靠性的主要維護工作包括：(1) 制動閘瓦與閘盤間隙的調整；(2) 閘盤污染控制；(3) 液壓站油壓整定及殘壓限制。在以上三項維護工作中，若有一項維護工作未做好，都會影響制動器的可靠性發(fā)揮，因此，維護可靠性是這三項單元的串聯組合，即：MbdhR?式中 —閘瓦同步貼閘可靠性；bR—閘盤污染可靠性；d—液壓站殘壓可靠性。h貼閘可靠性是指制動器所有制動閘同步貼閘的能力；若貼閘同步能力差，則制動力矩達不到設計值，固有可靠性保障能力差。閘盤污染可靠性指的是污染閘盤與閘瓦摩擦制動力矩不減值的能力；殘壓可靠性則是指液壓站殘壓不超過規(guī)定值的能力。由于當前維護工作和結構設計中對盤閘污染都給予高度重視，所以發(fā)生非人為污染的概率非常小。殘壓可靠性與液壓系統故障和電液閥調整、閥彈簧的抗疲勞能力有關。因此，維護可靠性的重點在于閘瓦間隙調整而影響的貼閘可靠性。一般情況下，制動閘不同步的原因在于閘瓦間隙差別和油缸阻力差別。貼閘油壓的離散程度能夠反映制動閘的貼閘可靠性，貼閘油壓越集中，同步貼閘數目越大，貼閘可靠性也越高；反之，貼閘油壓愈分散，貼閘同步性愈差，貼閘河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）73可靠性也愈低。若在合閘過程中，瞬時貼閘的閘瓦數為 ，則貼閘可靠性為ibRn?衡量貼閘可靠性高低的指標可用每個瞬間貼閘可靠度的平均值來表達，即： 1nbiitR??示中 —貼閘序列樣數。tn表 4-1 和表 4-2 是某礦主井和副井制動器貼閘可靠性統計，從中考核得主井制動器的 ，副井制動器的 ，這表明主井制動器的閘瓦0.63bR?0.469bR?貼閘同步性比副井要高。主井制動器貼閘可靠性統計如表 4-1 所示表 4-1 主井制動器貼閘可靠性統計序列號 1 2 3 4 5 6 7 8貼閘油壓，MPa 4.4 4.3 4.2 4.1 4.0 3.8 3.6 3.4貼閘數 5 6 8 9 11 12 14 16Rb 0.313 0.375 0.500 0.563 0.688 0.875 0.100 1.00副井制動器貼閘可靠性統計如表 3-11 所示表 4-2 副井制動器貼閘可靠性統計序列號 1 2 3 4 5 6 7 8貼閘油壓，MPa 4.8 4.7 4.6 4.5 4.4 4.3 4.2 4.1貼閘數 1 2 3 4 5 6 7 8河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）74Rb 0.063 0.125 0.188 0.313 0.375 0.563 0.938 1.00河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）75第 5 章 結論制動系統是提升機不可缺少的重要組成部分，是提升機最關鍵也是最后一道安全保障裝置，制動力矩的不足是導致提升設備過卷、放大滑等事故的直接因素。制動裝置的可靠性直接關系到提升機的安全運行。我國許多煤礦礦井已經轉向中、深部開采，多繩摩擦提升機適用于較深的礦井提升，它具有體積小、質量輕、安全可靠、提升能力強等優(yōu)點。本文針對JKMD 型（ 4.5 米 4 多繩摩擦輪）提升機的制動裝置，通過了解制動器的結??構和工作原理，對其零部件如：液壓缸、液壓站、盤式彈簧等進行了設計和強度校核。盤式制動器是近年來應用較多的一種新型制動器，它以其獨特的優(yōu)點及良好的安全性能被廣大用戶認可。盤式制動器與其它類型制動器相比較，其優(yōu)點是：因多副制動器同時使用，即使一副制動器失靈，也不是影響一部分制動力矩，故可靠性高，操作方便，制動力矩可調性好、慣性小、動作快、靈敏度高、重量輕、結構緊湊、外形尺寸小、安裝維護方便、通用性大等；但其缺點也比較明顯：對于制動盤和制動器的制造精度要求較高，對閘瓦的性能要求較高等。盤式制動器所具有的優(yōu)點在相當大的程度上可以滿足生產和安全的需要，所以它在現代多種類型提升機中獲得廣泛的應用，隨著盤式制動器發(fā)展的成熟，它的優(yōu)越性會越來越明顯，市場前景廣闊。河南理工大學萬方科技學院 2012 屆本科生畢業(yè)設計（論文）76致 謝首先，我要感謝河南