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块式制动器的发热验算与修正 机电部北京起重运输机械研究所 刘武胜 摘要块式制动器的制动轮表面温升过高 , 会引起制动衬垫摩擦系数变化 , 使制动力矩下降 , 影响 制动器的安全使用 , 在设计选用中必须进 行发热验算 。 但实际发热值常比验算值高 , 使一些验算合格的制 动器仍存在不安全因素 。 本文通过试验分析 , 论述了对发热与散热的影响因素 , 推荐了在计算中应选用 的修正系数 。 关健词 : 制动器发热验算修正 块式制动器在制动过程中 , 由于制动衬垫 与制动轮的摩擦 , 不可避免地要产生热量并使 制动轮表面温度升高 。 温度的变化会引起制动 衬垫摩擦系数变化 , 影响制动力矩的稳定 , 特 别是重级和特重级工作机构的制动器 , 环境温 度高 , 使用频繁 , 负荷大 , 发热严重 , 容易出 现冒烟 , 衬垫烧焦变硬 , 制动力矩 下降的现 象 , 致使载荷不能在规定的路程内停止或不能 支持住载荷 。 因此制动器的发热验算是制动器 设计选用中一个重要的环节 。 在现有的参考资料中 , 常见的发热验算方 法有两种 : 一种 是德国标 准 DN I 1543 4一8 9 块式制动器和盘式制动器的计算原理 中 介绍的方法 , 该标准规定了制动器发热验算的 方法和步骤 , 并以起重机起升机构制动器作为 算例进行了演示说明 。 我国的 起重机设计手 册 ” 等多数参考资料介绍的方法与之相同 , 只是采用 了不同的单位制 ; 另一种是 起重机 械 ” 一书中介绍的方 法 。 本文针对上述两种方 法的理论计算结果与实际发热试验 结果 的 差 别 , 论述了各种因素对发热及散热的影响 , 并 提出 了可供计算中采用的修正系数 。 1 . 验算方法 上述两种发热验算方法中 , 产生热量的计 算相同 , 不同之处在于散热量的计算 。 但在散 热量计算的简化假设中 , 两种方法不仅相同 , 而且均趋于安全 , 即 : 制动瓦块散掉的热流 不计 ; 制动时产生的热流只由制动轮通过辐 射和对流散掉 , 制动时间内只吸收热量 ; 强迫对流只在制动轮以一定的角速度运转期间 才予考虑 ; 散热量=辐射 + 自然对流 + 强迫 对流 。 ( 1 ) 第一种方法 ” 散热量功=辐射 + 自然对流+强迫对流 = 必 : + 必 : + 必 : 价 : = C : (A :一 A , , ) +C:A : : (T : 八00) 一 (T : / 100) (W) 诱 : = a (A Z一 A , )(Q ,一 Q : ) ( l 一 JC八0 0) (W) 必 : = (Je八0 0) (口 :一 Q Z) (a, A :, + aZA: : + a 3A:3) (W) 式中 A : 一制动 轮总面积 A :, 制动轮轮缘外边总面积 A Z: 制动轮轮缘内边总面积 A 2 3 制动轮侧面表面积 A , 一对制动衬垫的制动面积 JC/1 0 0 接电持续率 Q :、 T : 一 一环境的摄氏温度和绝对温度 Q 、 T 、 制动 轮达到 热平衡时的摄氏 温度和绝对温度 C卜C :、 a 、 a ,、 a Z、 a 3 均为系数 ( 2 )第二种方法 2 散热量 必=辐射十自然对流十强迫对流 = a;+a。 ( 1 一 JC/10 0) + adJC八o o J(口 ,一 Q Z) F 式中 山一 一辐射系数 a。 自然对流系数 内 强迫对流系数 F 折合散热面积 Q ,、 Q :、 JC八0 0 伺前 一 2 0 一 衰1理论计 蔺 荡初庙圈丽 而面 次 转动惯是 算与实测 计算乎衡温度 平衡通度 不同制动液的卖 厕示鲡度 工况 石棉毓 石棉树。 石棉瘫涵 r /m i n al口 口O 阳 勺 付 阿r 自山 S J斗一 O曰n自 . Q曰OJQ.0 k g m Z 第二漏方乖二种滋 o C 3 . 475 3 . 4 75 8 . 225 5 。 22 5 5 . 225 11 . 8 10 。 6 7 。 025 38 . 5 36 . 8 3 5 . 9 88 . 9 9 1 . 5 91 . 0 131 。 0 13 0 . 3 130 . 1 177 . 7 16 9 。 0 16 7 . 4 3 8 . 3 36 . 6 35 . 9 87 . 3 91 . 0 9 1 . 0 12 7 . 2 128 . 0 129 . 0 171 . 2 16 3 。 8 16 5 . 3 47 . 6 4 1 . 6 43 . 6 110 117 1 16 14 7 . 7 15 4 15 9 2 1 5 2 10 2 13 0 U O U nn l ln o 1 1 o n 八0 6 00匕勺曰 匕 QU ZR 20 自 11l t,丈 ,.山1人 一 1 心.,主 0 1八 卜口0 C U阿 09曰 U 10 7 U 工Dgd 9 5 7 02 79 5 7 02 77 0 9 52 39 5 7 02 7 1 一 2 gd4l a6 7 吕 On J 2 唱1J.11工 实测平衡温度与计算平衡温度比值 飞 卫冬尸 1 291卫冬 尸1 17 (半均1 . 2 3)l咬半均1 . 15) 1 . 351 . 37 (平均1 . 36) 2 . 理论计算及试验结果 在制动过程中 , 制动轮的发热量功 与被 制动轴的转动惯量 J , 制动初速度 , , 制动频 次 Z 等因素有关 。 当制动轮的结构尺寸确定 后 , 在一定温度环境中 , 制动轮表面热平衡温 度主要与上述因素有关 。 笔者在惯性制动器试 验台上 , 通过调整J 、 , 、 Z的组合 , 改变理论 平衡温度 , 测试制动轮表面的实际平衡温度 。 表 1 是 YWz 一30 0 /4 5型电力液压块式制动器 采用不同载荷组合时 , 用两种计算方法得出的 理论平衡温度值及用常见三种制动衬垫材料试 验时的实际平衡温度值 。 另外 , 为了掌握制动 瓦块压 力即制动力矩对平衡温度的影响 , 在表 1所述的1 2 种组合工况中 , 分别调整制动瓦块 压力 , 测试实际平衡温度 。 因其影响不大 , 表 2只列出了部分试验结果 。 3 . 结果分析 ( 1 ) 表 1的结果表明 , 第一种计算方法 的平衡温度比第二种的高。一3 . 8% , 可以认为 两种方法计算的结果相等 。 然而 , 尽管两种方 法均将散热量分为三部分计算 , 显然第二种方 法更简单 , 更适合于工程设计计算 , 故实际使 农2石楠橡胶衬垫实测平衡沮度与压力关系 试 验工 况 计算平 衡温 度 制动瓦 (N/m弄尹 实测平衡温度 ( 。 C) _._ .。 。 _,_ 0 . 1。 1 ;6 . 5 。一 一 一一 _ _ 0 . 1 5 1 48 了 = “ 85kg m 1 38 “ 。 C - 一 一 4 0 20 1 4 7 . 2 z = 12。次/h 11 。 25 ! 4 8 9 用中 , 推荐使用第二种方法 。 ( 2 )两种计算方法中的前提假设 均不考 虑制动瓦 和制动架等部分结构的散热作用 , 并 假设制动时间内只吸收热量 , 使计算结果趋于 安全 。 但 实际平衡温度比理论 计算 值高1 5 3 7% , 致使实际使用中发热验算合格的制动器 仍然存在着制动轮表面温度超过制动衬垫材料 许用极限温度的危险 , 建议进行适当的修正 。 ( 3) 如表 1所示 , 与不同的衬垫材料作 用时 , 制动轮的实际平衡温度有所差别 。 衬垫 材料中金属成份越多 , 分布越广泛 , 制动衬垫 及制动瓦的散热和热传导作用越明显 , 制动轮 的实际平衡温度越低 。 这表明制动瓦的散热作 用是不容忽视的 。 但在制动器的发热验算中 , 为了简化计算 , 不计算制动瓦的散热影响不 大 。 ( 4 )上述计算方法的描述中 , 没有考虑 制动瓦块 压力即制动力矩变化对制动轮的热平 衡温度的影响 。 但根据表 2所 示 , 其影响 不 大 , 表明当载荷及制动轮的结构尺寸确定后 , 单位时间内的制动总功和散热量便成 为确定 量 , 热平衡温度同样为确定值 。 但如制动力矩 大 , 制动时间短 , 要在短制动时间内吸收同样 的制动功 , 势必造成制动轮表面瞬时局部温升 过高 , 衬垫材料烧结变硬 。 在试验或使用中 , 有时仅制动一次就出现冒烟现象 , 一种原因是 载荷过大 , 另一种原因就是制动力矩过大 , 即 制动瓦块压力过高 。 ( 5 )为了排除衬垫材料成份不匀造成的 影响 , 对于某种材料 , 分别从不同批次的产品 中抽取 2 至 5 对制动衬垫进行试验 , 结果如表 3 所示 。 与实测平均值相比 , 实测平衡温度最 小值与最大值的分布范围为0 . 9 7 1 . 0 2 5 倍的 实测平均值 。 这表明 , 同一种材料不同批次产 品的化学成 份等因素对发热的影响可以忽略不 计 。 表 3 石 楠树醋衬垫不同批次产品对平衡通度的影响 表 4 通用桥式起重机起升机构制动器的计算平衡通 度 ( “ C) 、 吨位 . 工作 俞 5 s t !12 . 5t16t20t3 2t 弓O n曰q 曰 肺口n口O叮 廿. . . . . . . .月. . . . , 八 匕OU 重级 特重级 47 . 7 9一1042 10317 0 . 7 月 斗,左 沮10 . . .己 . 二. . . . . . 试验工况 计算平衡制动衬垫1实测平衡温 度 温 、 凡 对次 1 ( o ) C 度往往高达4。 。 C以上的恶劣环境 , 制动轮的实 际平衡温度将接近或超过衬垫材料的许用极限 温度(22 0 Oc ) , 易于出现衬垫冒烟 、 烧结 、 磨损 加剧 、 摩擦系数下降等现象 , 影响制动器的使用 性能 。 因此在工程设计中 , 制动器的发热验算 是必要的 。 ( 7) 尽管环境温度一般是稳定的 , 但是 通风情况及风速直接影响到散热性能 。 由于制 动轮的温升是很快的 , 一般制动1 0几次 , 制动 轮表面温度就可达到理论计算值的8 0 %以 上 , 因此当制动器处于室内 , 有防雨罩或环境通风 不良时 , 空气的热传导作用 下降 , 制动器周围 的温度上升 , 制动轮的实际平衡温度将随 之 卜 升 。 但是随着制动次数的增加 , 由于局部空间 与周围大空间的对流与传导 , 制动轮的表而温 度会最后稳定下来 。 如附图所示 , 最高温度 l冲 经高于平衡温度 , 其最大值可 达 平衡温度的 1 . 7倍 , 但最终保持在平衡温度线 _ L 。 气 护 、 加对侧 1 1 171 . 2 o C C C1 1 120 4 4 4 2 2 2 2 2 2 2197 7 7 3 3 3 3 3 3 3206 6 6 4 4 4 4 4 4 42 0 3 3 3 5 5 5 5 5 5 5195 5 5 平平平均值值 2 01 1 1 制 动 次 数名 ( 6 )表 4 是采用文献2中的计算方 法 , 对 5 一5 0 t 通用桥式起重机重级和特重级 工作制起升机构制动器的热平衡计算结果 , 计 算环境温度取2。 。c。 表中个别吨位起重机制动 器的平衡温度计算值相 当高 , 再加上实测平衡 温 度 与理论计算值的偏差 , 以及钢厂等环境温 附图 制动轮表面温度的变 比 l t 室温 红 平衡温度 t厂一最高温 度 4 . 结论 ( l )在垂级和 特 屯级工作制的工作机构 设计计算中 , 应对制动器进行发热验算 , 并推 荐采用文献2的计算方法 。 鉴于该方法理论 一 2公一 蓬)娜(鬓蒸闽耸 黄山索道会司解传付 摘要文章阐述黄山索道线路的总体布置 。 重点介绍其主要机电设备 、 各种安全保护装置的结构 性能 、 技术水平以及几年来的运营经验和效益 。 关镇词 : 往复式客运索道安全保护装置营运效益 黄山素道是单承载 、 双牵引三线往复式客 运索道 , 上站位于北海景区的白鹅岭 , 下站设在 云谷寺景区西侧 。 索道线路布置(图 1 ) 由北 京有色冶金总院设计 , 主要机电设备从日本索 道公司引进 。 1986年6月开始试运行 , 工98 9年 通过国家验收并投人运营 。 线路全长 280 3 . 9 6 m , 是目前我国最长的客运索道 。 下面介绍它 的主要机电设备 、 关键技术以及几年来素道的 运营经验和效益 。 1 . 索道主要参数 全长 2803 . 9 6m (水平距离 269 3 . 25m) 高差 772 . 83 m 车厢容量( 40 +l )人 输送能力(双向)6 0 0人/h 最大运行速度 7 . om/, 线路最大倾角 24 0 4 6 线路索距 6 . 5m 承载索直径 功 5 2 mm 牵引索直径 2 火 必22 . 4m m 驱动装置主机 2。kw 直流电动机 辅机(备用) 约 l o o kw ( 132 Ps )柴 油发动机 2 . 上站机电设备 站内设有候车室 、 信号室 、 控制室 、 变配 电室和驱动装置室等 。 图 2 是其设备布置示意 图 。 好好好淤 淤 图 1 黄山客运索道线路布置示意图 1 . 下站 2 . 支架( 1 一 . 5共 5座支架) 3 . 下行车厢 4 、 5 . 承载索 与 牵 引索 6 . 上行车厢 7 . 上站 六一气一 尸 尸七洲、产声、护 产 、尹、洲尸尹户产 一 沪了 产一产 洲 /沪沪 J, 、 尸沪 , 、 、尹, , 、 入八声 J 户 产产 2产 沪产六尹沪一一产 了 产 产z八尹、,户、尹、Z、尸、 加 产、 产 . 产r ,夕 一产,产 、7、 一夕、 产 r 、产 产 , , 计算与实测结果的偏差 , 为了避免实际使用中 出现超过衬垫材料许用极限温度的危险 , 参照 表 1 中的比值 , 推荐根据衬垫材料的种类 , 按 表 5的修正系数进行验算 , 即 : 散热量 K x 产生的热量 衰 5 常见衬垫材料的热平衡计算修正系橄 ( 2 )对于室内 、 有防雨罩或通凤条件不 良的制动器 , 在制动器的设计计算和发热验算 时 , 建议留有较大的裕量 。 修正系数 原 瓣 1一 石棉橡胶 辊压带 石棉纤维 编织带 参考 文 献 1 块式制动器和盘式制动器的计算原理 . D I N15 4 34 一8 9 . 2 杨长睽 . 起重机械 . 北京 : 机 械工 业出版社 , 198 2 . 起重机设计手册 . 北京 : 机械工业出版社 , 198. 0 起重机设计规范 . G B 3 81 1一8 3 一 23 - HOISTNIGANDOCNVENYIG M ACIHNERY N o . 41992 Ab s t rCa t S , 目 . . 一一一一 . . . , . . . . . . . . . . . . P . 3 R eliab i lit ya n alysiso f s te el stru ctureof O T C T he d evelo Pm ento fO T C ste e l str ueture de sign f r o m d e finit ea l l owa ble stre s s meth o d int o Pr ob ability一r e- li a bilitym etho d 15 e onsider e d a sasignifie antste p fo rw ard in d e sign the o ry ThisPap e r int ro d uee s the a pPl i - eationo fP r o babi lity 一re l iability d e sign the o i yin o ureountr y a s well a sabr oad , b r ief l y pr e s entsstoe h a st iedis - tribution f unetio na n d it s Pa r ameters f or Io ad e ff e etan d strueturere s ist a ne e in easeo f wel ded e r a n estr ueture , e v a l u ate sstan d a rdse on ce rn ing str uetu r er e liability an d re e om men d sal lowab lev alu ea nda PP li ea blef or m ulas f orstru eturer elia bili ty . P . 10 ExPe rim en t ons t re n g thf o r th e m etale o ns tr u etio nof C C100 0t yPe e r a wle r e r a n e F or c Cl o 00 ty pe er aw l e rer a n e m anu f aetu e r d a e e ordin g to imp o rte dGe rm an te ehnolog y, e x Pe rim enton stre n g th f ollowe d by d ata P ro ees sin g a n d the oretieala nalysi s 15 ea r riedoutw i th i ts m a in str uetur a l eom P one nts T h e b oxse etion latti e e iib e on sistso f stee lPIPe s o fdif f er e nt w all thieknes s . T hi s make s iib m em be r s l o a d e d e ven ly , whiehin turn b ene fit ssat isfa etor y u se of m ate ria l . Be side s,small dif f e renee s in di a m ete r so f e ho rds a n d u Pr :g ht s im Pr o v e stif fne ssof w elde d j oint . T h e m e asur ement oehemeand te st eon diti o n, in e l u di n g se le e - tio n o f m e as u rementse ctio na n d the di str ibutio no f str ain ga u g e s a r e a ls ode s eribe d in the PaPe r P . 15 A s Pe eial o ve r h ead t r a vellin g er an e f or z n etal lu rg i e al b ell一t yPe fu r nae e Bell w e ll as d o ne in 一t yPe O Ute r f urna ee 15 asPeeial m etallur gi eal f urn a e eu s e df o r he at 一treatme nto f ste e l bell , e o nveetion Pl atean d e oils to b e tre ated o f ten nee d to be tr a n sPo rte d eoils . T he W五il e t五15 the Pa st by 刀l e几n g o fg e ne ra lPu r Po s e ove r h e a d tra vel lin g r ather l ow . P r e s en ted PaPe r intr od ue e s CT ane with dif f erent l oa dh a n d li n g Inne ras j o b w: , d e v ie e s . wo rkin g e f fi eie ney Wa S asPe cialeran e,e q ulP Pe d with 8n The e rane,5 Po we red r otational 五o ok 15 u sed fo ro ute r bell 州 _ 【UU吕 e oil h a n d li n g , w hile the h o o k o f side side ro- t f U- C anbe u s e df o r in ner b e ll a n d eo 口 v e etio n Pl ate ha nd li u g , h e t. l l e y l l e y P . 17 ImP r ove m en t so n th eeon s tr u etio n o fMT t yPe r emarka b ya ri sin g thewo rkin g e f fi eieney r e versib les elf一een t e rin gidl er M T tyPe r e ve rsiblese lf 一een te ring id le r is a ki n d o f self 一een te rin g id le r with r ev01vin g i dl e r s de veloPed in oure ou ntryree e nt ye a r s . It su f f e rs f rome ertain d e f eets te rm so f c u r v e db o dy s ide e o nstr u etiona n d w orkin glif e Thi s p a P er i ntr o du e e s the imPr o v em e nts o n its eo n stru etion m a d e 1 n 0U the b a si:o f u s e r亏eomme nto . P rototyPe idle r sh a ve b e en m a nu f aetu re d a nau se d at h a rbour san dmin e s . Fi rstr e s Po n se s show ,that thenew l y de v e loPed co n stru ctio n f e atur es notonl y b et te r al ign m ent b utalsoim p rove d s e alin g a n dm o resmoothrunn ing P . 20 H e atin g 一u PVe r ifie atio n f orshoe b ra k eand i ts r e V I S 10n R aPid tem Pe r ature ween b r a k esho e lining tion o f the b r ake . T h e ra1S e o n the s u r f a e eo f shoe a n dd rums urfaee, b r ake h eat ing 一u P whieh in b r ake dr umm a y c a u seehan g eo ff r ietio n eo e ffi