矿井提升机制动器.doc

辽宁工程技术大学 课 程 设 计 题 目矿井提升机制动器 班 级涉外机械 05-2 姓 名李开增 指导教师 晁彩霞 完成日期 2009.01.08 辽宁工程技术大学课程设计 I 一、设计题目一、设计题目 矿矿井井提提升升机机制制动动器器 二、二、参数要求参数要求 自选自选 三、上交材料三、上交材料 1 总装图 1张 2 课程设计说明书 3000 字左右 1 份 四、进度安排四、进度安排 参考参考 1 熟悉相关资料和参考图 2 天 2 确定基本参数和主要结构尺寸计算 5 天 3 绘制总装配图 9 天 4 编写说明书 3 天 5 准备及答辩 2 天 五、指导教师评语五、指导教师评语 成成 绩绩 指导教师指导教师 日日 期期 辽宁工程技术大学课程设计 II 摘摘 要要 目前我国许多煤矿矿井已经转向中、深部开采，矿井提升 设备作为煤矿的关键设备，在矿井机械化生产中占有重要地位。 制动器是提升机 提升绞车 的重要组成部分之一，直接关系 着提升机设备的安全运行。 在对提升机的制动器选型过程中，因鼓式制动器是 应用 较多的一种 传统制动器，它以其独特的优点及良好的安全性能 被广大用户认可，特别是在结合了液压系统和PLC 控制之 后，液压系统和 PLC 超强的控制性能为 鼓式制动器的应用提 供了巨大的工作平台。 制动盘的制动力，靠油缸内充入油液 而推动活塞 来压缩鼓式弹簧来实现。 液压鼓式制动器作为 传统制动器， 具有许多优点，所以 它在现代多种类型提升机中仍获得广泛的应用。 它具有 它造 价便宜，而且符合传统设计等特点，对生产安全具有重要意 义。 关关键键词词提提升升机机；；制制动动器器；；设设计计；；液液压压传传动动 辽宁工程技术大学课程设计 III A Ab bs st tr ra ac ct t Currently 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. In the hoist brake selection process, because in recent years disc brake is used in the new brakes Its unique strengths and good safety perance recognized by the majority of users. Especially in the light of the hydraulic control system and the PLC, Hydraulic System and PLC super perance of the disc brake provides a tremendous plat 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; Brake; Design; Hydraulic drive. 辽宁工程技术大学课程设计 IV 目目 录录 1 1 制动系统的作用及要求制动系统的作用及要求........................................................................1 1.1 制动系统的作用 ..................................................................1 1.2 制动系统的要求 ..................................................................1 2 2 制动器结构方案分析制动器结构方案分析...........................................................................2 2.1 提升机的选用.....................................................................2 2.2 制动器的类型选择..............................................................2 2.2.1 块式制动器 ..............................................................2 3 3 块式制动器主要参数的确定块式制动器主要参数的确定................................................................4 3.1 制动盘的厚度h..................................................................4 3.2 摩擦衬片宽度b、包角 和摩擦系数 μ...............................4 3.3 及传动杠杆系统确定...........................................................5 3.4 制动盘工作面的加工精度要求.............................................5 4 4 块式制动器主要参数计算块式制动器主要参数计算....................................................................6 4.1 块式制动器所需制动重锤质量.............................................6 4.2 重锤块数 ............................................................................6 4.3 校核蹄是否会自锁.............................................................6 5 5 块式制动器主要结构元件块式制动器主要结构元件...................................................................9 5.1 制动鼓 ...............................................................................9 5.2 摩擦衬片 ............................................................................9 6 6 结结 论论.................................................................................................11 参考文献.................................................................................................12 辽宁工程技术大学课程设计 1 1 1 制制动动系系统统的的作作用用及及要要求求 现代矿井提升机的制动系统是所有提升设备中最重要、最复杂的装置。 它由制动器和传动机构组成。制动器是直接作用于制动轮或者制动盘上 产生制动力矩的部分，按其结构可分为盘式制动器和块式制动器等。传 动机构是控制兵调节制动力矩的部分，新型号提升机采用油压盘式闸制 动系统，旧型号提升机采用油压或气压块式闸制动传动系统。 1 1. .1 1 制制动动系系统统的的作作用用 1保证提升容器按给定状态运动，并在需要的位置制动工作 制动。 2在可能造成事故的不正常工作状态下，紧急制动以保障人员和设 备的安全 紧急制动。 3更换水平调节绳长时，制动活卷筒。 4工作制动、紧急制动都可以用手动或自动。手动操作时，由司机 进行；自动操作时，紧急制动由提升设备的保护装置进行，工作制动由 行程调节器进行。 1 1. .2 2 制制动动系系统统的的要要求求 1提升机除有制动装置外，还装有定车装置，一边在调整卷筒未 z M 知时使用。 2全部制动力矩,不得小于提升机最大设计静载荷所需转矩的3 倍， 即 MM3 maxj 3一副制动器的制动力矩应大于调绳力矩的 1.2 倍，即 z M ji M jiz MM2 . 1  4紧急制动时，对于提升重物，减速度必须小于5m/s ;对于下放重 2 物，减速度应大于1.5m/s 。 2 5对于摩擦轮式提升，紧急制动时的减速度不应使钢丝绳在摩擦轮上产 生滑动。 6紧急制动闸必须采用配重式或弹簧是的制动装置。 辽宁工程技术大学课程设计 2 7当井筒倾角在30 以下时，制动力矩的倍数必须符合要求 0 2 2 制制动动器器结结构构方方案案分分析析 2 2. .1 1 提提升升机机的的选选用用 KJ 型（4.84 多绳摩擦轮）提升机是基于挠性体摩擦传动原理实   现的。它利用提升钢丝绳与驱动共同滚筒之间的摩擦力拖动提升容器在 井筒中往复运行，加之采用多根钢丝绳共同承担载荷的方式，因而多绳 摩擦提升机具有以下优点 1 提升机体积小； 2 钢丝绳断绳的危害性减小； 3 提升高度大。 2 2. .2 2 制制动动器器的的 类类型型选选择择 2.2.12.2.1 块式制动器块式制动器 块式制动器一般都是闸块压在提升机滚筒的制动轮上而产生制动力矩， 出于闸块与制动轮的作用方式差别，块式制动器有角移式、平移式和综 合式之分。 图a是角移式块闸的原理图,两个闸瓦块始终绕基座上的固定铰接 点转动，故名为角移式。当制动动力向上拉三角块杠杆时，杠杆的联动 会产生连杆拉力，从而迫使块闸压向制动轮，产生制动力；当外动力使 三角块向下压时，连杆的压力则使块闸分离开制动轮，即达到松闸的目 的。 图b是常见平移式块闸的原理图，两个闸瓦始终由一连杆在其中心 铰接，连杆的另一端则与基座铰接。两个闸瓦块的端头用杠杆系统约束 起来，在三角块杠杆是上提作用下，各连杆内部的拉力使两闸块压向制 动轮，从而产生制动力；当三角块杠杆下放时，各连杆内部的压力迫使 闸块与制动轮分离。由于闸块是在连杆转动时压向制动轮的，故闸块是 整体平移运动，故称之为平移式。 图c是综合式闸块的一种形式，由于闸块与角移杆铰接，又与基座 辽宁工程技术大学课程设计 3 连杆铰接，故有些相似于四连杆平行移动机构，但闸块压向制动轮的运 动都是靠角移杠杆带动的，所以综合式块闸是介于角移式和平移式之间 的一种闸块。 块式制动器原理如图2-1 所示 制 动 力 源 制 动 力 源 工作制 动弹簧 工作制 动缸 安全制 动缸 块式制动器力学原理图 （a）角移式；（b）平移式；（c）综合式 a角移式； b平移式； c综合式 图 2-1 块式制动器原理 辽宁工程技术大学课程设计 4 3 3 块块式式制制动动器器主主要要参参数数的的确确定定 3 3. .1 1 制制动动盘盘的的厚厚度度 h h 由于一般实心制动盘厚度可取为1020mm，通风式制动盘厚度取 为 2050mm，采用较多的是2030mm，为此我取 h25mm。 3.2 制动鼓内径 D 的确定 输入 力 Fo 一定时，制动鼓内径越大，制动力矩越大，且散热能力也 越强。但 D 的增大受轮辋内径限制。制动鼓与轮辋之间应保持足够的间 隙，通常要求该间隙不小于20mm，否则不仅制动鼓散热条件太差，而 且轮辋受热后可能粘住内胎或烤坏气门嘴。制动鼓应有足够的壁厚，用 来保证有较大的刚度和热容量，以减少制动时的温升。制动鼓的直径小， 刚度就大，并有利于保证制动鼓的加工精度。制动鼓直径与轮辋直径之 比 D/Dr，对于才乘用车其值在0.640.74 的范围内。取其值为0.7. 从提升机 整体参数中可知轮辋直径Dr 为 13 英寸，即为 390.2mm，则 可得制动鼓直径 mmDD r 14.301 2 . 3907 . 07 . 0 按 QTC309-1999 标准取其为 300mm mmDR1502/3002/ 3 3. .2 2 摩摩擦擦衬衬片片宽宽度度 b b、、包包角角和和摩摩擦擦系系数数 μμ  1） 摩擦衬片宽度尺寸b 的选取对摩擦衬片的使用寿命有影响。衬 片宽度尺寸取窄些，则磨损速度快，衬片寿命短；若衬片宽度尺寸取宽 些，则质量大，不易加工，并且增加了成本。设计时，一般b/D 取 值范围在 0.160.26，取其值为 0.25，则可得摩擦衬片的宽度 mmDb7028025 . 0 25 . 0  根据制动衬片宽度尺寸系列标准QC/T309-1999 选 b 值为 70mm。 2） 试验表明，摩擦衬片的包角在之间时，磨损最小。 00 10090 制动鼓温度最低，制动效能最高。减小角，有利于散热，但单位压 力增大，磨损加剧；增大角延伸两端的衬片，以减小单位压力的作用 辽宁工程技术大学课程设计 5 也不大，此时包角两端处单位压力较小；过大，制动作用不平顺， 包角一般不宜大于120o。综上所述，选取包角为 100o。 衬片摩擦面积Ap 制动鼓半径 R 确定后，摩擦衬片宽度尺寸b 确定后，便可求出衬 片的摩擦面积 根据国外统计资料分析，此数值符合所选提升机类别的制动器总质量对 应的单个制动器总的衬片摩擦面积的范围。 3）根据产品 SY-1107 规格选摩擦衬片摩擦系数μ 为 0.4 3 3. .3 3 及及传传动动杠杠杆杆系系统统 确确定定 提升机为 KJ2型，其静力矩，制动环直径 D3 . 25 mNMi.75000 ，制动器传动杠杆系统,,和mDx8 . 4ml4 . 2 1 ml6 . 0 2 ml2 . 1 3  ml4 . 0 4  3 3. .4 4 制制动动盘盘工工作作面面的的加加工工精精度度要要求求 平面度公差为0.012mm，表面粗糙度Ra 值为 0.7 1.5m，两摩擦表面的平行度公差不应该大于0.05mm，制动盘的端  面圆跳动公差不应大于0.03mm。为保证足够的强度和耐磨性能，其牌 号不应低于 HT250。 辽宁工程技术大学课程设计 6 4 4 块块式式制制动动器器主主要要参参数数计计算算 矿井提升机的制动完全靠重锤的质量，松闸时则靠油压力。为使制动 系统能准确儿可靠工作，利用重锤进行紧急制动和工作制动时，应根据 所需制动力矩大小来确定重锤的质量，通常采用杠杆比的方法。 4 4. .1 1 块块式式制制动动器器所所需需制制动动重重锤锤质质量量 根据矩 M 的大小可求出钢绳上的静拉力为 i F i FN D Mi 30000 5 7500022    制动力矩为 x M mNMM ix .2250007500033 将得出的值代入 公式 （4.3.2）g ll ll Df DF G xx i x  42 31 4 3  得出所需重锤的质量为 x G kgg ll ll Df FD G xx i x 620 10 1 2 . 14 . 2 4 . 06 . 0 8 . 49 . 035 . 0 4 5300003 4 3 42 31         4 4. .2 2 重重锤锤块块数数 因为重锤质量kgGx620 求出重锤块数为 q n 块2 . 6 100 620  q n 取整数 7 块，则制动重锤质量为700kg 4 4. .3 3 校校核核蹄蹄是是否否会会自自锁锁 计算鼓式制动器，必须检查蹄有无自锁的可能，分析当 0sincos 111 Rc 此时蹄会发生自锁现象，如果，就不会有自锁现象，因 1 1 1 sin cos    cR c   此，制动蹄不发生自锁现象的条件是 辽宁工程技术大学课程设计 7 1 1 1 sin cos    cR c   .（4.3.1） 在计算时首先要求出、R1 和的值 。 c 1  2 . 1013296 2222 cac R1 是摩擦力 fF1 的作用半径，其公式为 （4.3.2） 22 1 2sin2sin22cos2cos coscos4      R R 式中 000 0 0 6 . 21 4 . 1840arcsin40 2    c c    0 100 000 6 . 121 6 . 21100 mmR150 将以上所求和已知的数值代入（4.3.2）中便可得 R1164.15mm 0 1 1 . 13] 2sin2sin2 2cos2cos arctan[       将以上所算得的、R1 和的值代入（ 4.3.1）中，可以求出 c 1  1 1 1 sin cos   cR c  89 . 0 1 . 13sin2 .10115.134 1 . 13cos 2 . 101 0 0   由于，则可以断定所选数据不会使制动蹄发生自锁现象。 88 . 0 4 . 0  辽宁工程技术大学课程设计 8 图图 4-1 制制动动力力矩矩计计算算简简图图 图图 4-2 张张开开力力计计算算简简图图 辽宁工程技术大学课程设计 9 5 5 块块式式制制动动器器主主要要结结构构元元件件 5 5. .1 1 制制动动鼓鼓 制动鼓应当有足够的强度、刚度和热容量，与摩擦衬片材料相配合， 又应当有较高的摩擦因数。制动鼓有铸造的和组合式两种。铸造制动鼓 多选用灰铸铁制造，具有机械加工容易、耐磨、热容量大等优点。组合 式制动鼓的圆柱部分可以用铸铁铸出，腹部部分用钢板冲压成型；也可 以在钢板冲压的制动鼓内侧，镶装用离心浇铸的合金铸铁组合构成制动 鼓；或者主体用铝合金铸成，内镶一层珠光体组成的灰铸铁作为工作面。 对于组合式制动鼓的共同特点是质量小，工作面耐磨，并有较高的摩擦 因数。根据设计的领从蹄式制动器应用场合，以及考虑成本问题，选用 铸造的，根据经验，对于提升机，制动鼓壁厚取为10mm。通过前面 参数选取，可知制动鼓内径D 为 300mm。 5 5. .2 2 摩摩擦擦衬衬片片 摩擦衬片的材料应满足如下要求 （1） 具有一定的稳定的摩擦因数。在温度、压力升高和工作速度 发生变化时，摩擦因数的变化尽可能小。 （2） 具有良好的耐磨性。 （3） 要有尽可能小的压缩率和膨胀率。压缩变形太大影响制动主 缸的排量和踏板行程，降低制动灵敏度。热膨胀率过大对制动器衬片受 热膨胀消除间隙后，可能产生咬死现象。 （4） 制动时不易产生噪声，对环境无污染。 （5） 应采用对人体无害的摩擦材料。 （6） 有较高的耐挤压强度和冲击强度，以及足够的抗剪切能力。 （7） 应将摩擦衬片的热导率控制在一定范围。要求摩擦衬片在 300oC 加热板上作用30min 后，背板的温度不超过190oC。防止防尘 罩、密封圈过早老化和制动液温度迅速升高。[3] 根据以上的材料应满足的要求选用由金属纤维、粘结剂和摩擦性能调 节剂组成的半金属摩阻材料，它具有较高的耐热性和耐磨性，特别是因 辽宁工程技术大学课程设计 10 为没有公害，近来得到广泛的应用。 摩擦衬片的宽度为60mm，包角为 100o，起始角为 40o 辽宁工程技术大学课程设计 11 6 6 结结 论论 在定义、计算、解释测量的不确定性值的方法和使用Whole 图表 的方法很难让人明白，即使实际上它们是疲劳实验的重要的组成部分， 并且它们有一些也是可以接受的。一个重要的问题是这些实验室仅仅包 括了那些容易包括的测量不确定性值的来源，例如刻度表上的一些刻度 误差 。 在参数计算方面有些许不足，在数值确定方面比较笼统的选取了整数值。 校核方面，由于块式 校核在相关书籍里没有提到，所以在网上选取了一 个校核。 鼓式制动器也叫块式制动器，说明书里有时容易写混这些名称。 辽宁工程技术大学课程设计 12 参参考考文文献献 [1] 潘英．矿山提升机机械设计[M]．徐州中国矿业大学出版社，2001 [2] 许福玲，陈晓明．液压与气压传动[M]．北京机械工业出版社，2004 [3] 方慎权．煤矿机械 [J]．徐州中国矿业大学出版社，1986 [4] 马天平，张子哲，倪华英，李利芳．液压盘式制动器的性能特点及应用 [J]．太原重型机械集团．冶金设备．2002年12月第 6期 [5] 孙素娟．提升机盘形闸现状及碟形弹簧试验分析.唐山洞北能源职业技术 学院 [J]．煤炭技术． 2006年6月，第 25卷第 6期 [6] VALCHIK DUDA, SPEED AND POSITION SENSORS FOR MINE HOISTS AND ELEVATORS[M], 1995 IEEE [7] 成大先，姬奎生 ．机械设计手册 [M]．北京 化学工业出版社， 2002 [8] 麻健 ,李勇忠．提升机新型液压制动系统[M]．煤矿机械， 1999