液压提升机设计

1 摘 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 多绳摩擦提升机具有体积小 质量轻 安全可靠 提升能力强等优点 适用于较深 的矿井提升 本文针对 JKMD 型 4 5 米 4 多绳摩擦轮 提升机 对其制动系统进行 设计 在对提升机的制动器选型过程中 因盘式制动器是近年来应用较多的一种新型制动 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 超强的控制性能为盘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盘式弹簧来实现 液压盘式制动器作为最新一种制动器 具有许多优点 所以它在现代多种类型提升 机中获得广泛的应用 它具有制动力大 工作灵活性稳定 敏感度高等特点 对生产安 全具有重要意义 关键词 关键词 提升机 制动器 设计 1 目 录 1 矿井提升设备概述 1 1 1 提升机的定义 1 1 2 提升机的分类 1 1 3 提升机的制动装置的功用 类型 6 1 4 提升机型号的选用及制动器的设计类型 7 2 提升机制动装置的结构设计 9 2 1 制动装置的有关规定和要求 9 2 2 提升机制动器主要类型 10 2 3 盘式制动器的结构及工作原理 12 2 4 制动器的设计计算 14 3 制动器的工作可靠性评定 23 3 1 盘式制动器的安装要求及调整 23 3 2 制动器的故障模式及可靠性图框 24 3 3 制动器的优化设计及工作可靠性评定 26 3 4 制动器的维护可靠性评定 27 4 设计综述 30 总 结 31 致 谢 32 参考文献 33 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 1 1 矿井提升设备概述 1 1 提升机的定义 矿井提升机是矿井大型固定设备之一 它的主要任务就是沿井筒提升煤炭 矿石和 矸石 升降人员和设备 下放材料和工具等 矿井提升设备是联系井下与地面的纽带 是主要的提升运输工具 因此它整个矿井生产中占有重要的地位 1 2 提升机的分类 1 2 1 按用途分 1 主井提升设备 主井提升设备的任务是专门提升井下生产的煤炭 年产 30 万吨以上的矿井 主井提 升容器多采用箕斗 年产 30 万吨以下的矿井 一般采用罐笼 立井 或串车 斜井 2 副井提升设备 副井提升设备的任务是提升矸石 废料 下放材料 升降人员和设备等 副井提升 容器采用普通罐笼 立井 和串车 斜井 1 2 2 按拖动方式分 按提升机电力拖动方式分为交流拖动提升设备和直流拖动提升设备 1 2 3 按提升容器类型分 分为箕斗 罐笼 串车等提升设备 1 2 4 按井筒的倾角分 提升设备按井筒倾角可分为立井提升设备和斜井提升设备 立井提升时 提升容器 采用箕斗或罐笼等 斜井提升时 提升容器一般采用矿车 串车 或斜井箕斗 串车提升 适用于井筒倾角不大于 斜井箕斗提升适用于井筒倾角在 范围内 近年来大型斜 0 25 0 35 井提升多采用胶带输送机 1 2 5 按提升机类型分 1 单绳缠绕式提升设备 单绳缠绕式提升设备目前大部分为直径圆柱型滚筒 在个别的老矿井 还有使用变 直径滚筒 如双圆柱圆锥型滚筒 提升设备 1 KJ 型 2 3m 和 BM 及 JKA 型单绳缠绕式提升机 KJ 2 3m 型单绳缠绕式提升机是我国在 1958 1966 年生产的仿苏 BM 2A 型提 升机 按滚筒个数来分 有单滚筒和双滚筒的提升机 按布置方式来分 有带地下室和 不带地下室的提升机 可根据设计而选用 但二者技术性能完全相同 A KJ 型 2 3m 提升机代号意义以 KJ22 51 2D 20 型为例说明如下 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 2 K 矿井 J 卷扬机 提升机 2 双滚筒 单滚筒时为 1 2 5 滚筒名义直径 m 1 2 每个滚筒的两侧党绳板的距离 m D 带地下室 无 D 字表示不带地下室 20 减速器名义传动比 B KJ 型 2 3m 和 BM 型提升机的机构特点主要有 a 制动装置采用角移式块型制动器 重锤制动传动 油压操纵装置 b 双滚筒提升机采用手动涡轮涡杆式调绳离合器 c 减速器采用渐开线人字形齿轮传动 d 使用机械牌坊式深度指示器 e 设有机械限速器 C JKA 型单绳缠绕式提升机是在 KJ 型提升机的基础上改进后制造的 JKA 型双 滚筒提升机在结构上具有下列特点 a 调绳装置即离合器为电动涡轮涡杆式离合器 因而调绳工作简便省力 b 采用综合式制动器 改善了闸瓦的磨损情况 c 液压站采用手动控制的低压电液调节阀和电磁铁控制的安全三通阀 分别对工 作制动和安全制动进行控制 d 减速器采用圆弧形人字齿轮传动 提高了减速器的承载能力 并减轻了重量 2 KJ 型 4 6m 和 HKM3 型单绳缠绕式提升机 苏联新克拉马托尔机械制造厂生产的 HKM3 型提升机的结构特点 a 滚筒采用焊接结构 b 采用气动齿轮式调绳离合器 c 制动器为新平移式块闸 d 采用压气制动传动装置 e 使用机械牌坊式深度指示器 f 减速器采用渐开线人字齿轮 有一级传动和二级传动两种 g 有电气限速器 还有机械限速器 我国现有煤矿矿井多数是按照五十年代的标准设计的 为了快出煤 多出煤 当时 主要是建设中 小型矿井 并且首先开采浅部煤层 五十年代 我国的矿井提升设备主 要是从苏联进口的 BM 型产品和国产仿苏 KJ 型产品 设备的可选性小 主要是满足开采 浅部煤层的需要 进入 80 年代以后 我国许多煤矿矿井已逐渐转向中深部开采 国家统 煤矿矿井的平均深度已由 200 米延伸到 400 米 现在已达 600 米 1000 米 根据国内外 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 3 的实践经验 落地式摩擦提升设备 是在矿井延伸后使现有提升设备满足加大提升高度 要求的行之有效的办法 A 主提升钢丝绳的选择 a 钢丝绳的结构形式 应优先选用三角股钢丝绳及线接触圆股钢丝绳 当由于供应原因 亦可以选用普通 圆股点接触平行捻钢丝绳 钢丝绳公称抗拉强度宜选用 1550 帕 6 10 b 钢丝绳的安全系数 根据 煤矿安全规程 规定 钢丝绳的安全系数应符合下式 m 升降人员和物料 9 20 0005mHc 升降物料 7 20 0005mHc 式中 提升钢丝绳的悬垂长度 m Hc c 钢丝绳数目选择 落地摩擦式提升机的钢丝绳树木以 2 4 绳为宜 B 尾绳的选择 目前 绝大多数使用多绳摩擦式提升机的矿井 都由原来选用扁钢丝绳作平衡尾绳 而改为使用圆股钢丝绳作平衡尾绳 新建的矿井 设计中也已全部选用圆股钢丝绳作平 衡尾绳 这主要是因为扁钢丝绳生产效率低 供应困难 选用圆股钢丝绳作平衡尾绳时 以多层股 不旋转 圆股钢丝绳中的 18 7 和 34 7 两种结构较为合适 但目前这两种产品尚不能满足需要 因而当供应困难时 也可选用 普通圆股钢丝绳 如选用 6 19 和 6 37 等 应注意的是 选用钢丝绳股中的钢丝不可过 细 并应尽可能选用镀锌钢丝绳 以提高使用寿命 当采用两条平衡尾绳时 可以选用 左向交互捻和右向交互捻的钢丝绳各一条 a 主导轮直径 D 的确定 根据 煤矿安全规程 规定 主导轮直径 D 应符合式 无导向轮 80 D d 有导向轮 100 D d 式中 主提升钢丝绳直径 mm d 主导轮直径 D 除应符合上述规定外 还应按摩擦衬垫的许用比压 q 来校核 即 sx p ss qq n dD 式中 主导轮上升 重载 侧钢丝绳静张力 N s s 主导轮下降 重载 侧钢丝绳静张力 N x s q 摩擦衬垫的许用比压 取 q 4 200 10 帕 主绳数目 p n 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 4 根据经验 现有 3 米以下提升机改造后的主导轮直径 D 可取为 滚筒直径 m 主导轮直径 m 2 0 2 0 2 25 2 5 2 5 2 8 3 0 3 0 3 25 C 钢丝绳间距 n A 200 250 n Amm D 天轮直径 w 100 w dmm E 钢丝绳在摩擦衬垫上的围包角 当井深大于 300 米时 取 00 220180 如图 1 1 a b 当井深小于 300 米时 取 0 0 270 2360 a a 如图 1 1 c d 正常包围角a 井深大于300mm 特殊加大包围角a 井深小于300mm 图 1 1 缠绕式提升机摩擦衬片上的包围角选择 2 多绳摩擦式提升设备 多绳摩擦式提升设备可分为塔式和落地式 KJM 和 JKMD 型多绳摩擦轮提升机 多绳摩擦提升机的井架一般多采用钢结构四斜腿井架 放绳挂罐后在主绳张力水平 分力作用下 使井架产生弹性变形 井架有倾斜现象 一般井筒采用冻结施工 井架基 础随着井筒冻结层解冻变化 基础会产生少量下降 井架在受主绳张力作用下基础下沉 不均衡 也会使井架倾斜 由于井架倾斜 天轮轴心线相对位移 这种位移一般在投入 使用初期产生 并渐渐逐于稳定 另外 天轮绳槽摩擦衬垫一般采用国内产品尼龙 1010 进口 K25 由于衬垫是磨损材料 从初期使用到更换之前 即剩余厚度为钢丝绳直 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 5 径一半之前 提升绳落绳点向绞车房方向渐变位移 一般位置变化范围 0 30mm 多绳提升机由于使用了数根钢丝绳代替一根钢丝绳 钢丝绳的直径变小了 摩擦轮 的直径因而变小 但由于有多根钢丝绳 所以摩擦轮变为摩擦筒 宽度稍有加宽 设采 用 n 根钢丝绳 则多绳与单绳提升机钢丝绳直径间有如下关系 1 n d dmm n 同理 摩擦筒 主导轮 直径 1 n D Dmm n 多绳摩擦提升机如图 1 2 所示 1 主导轮 2 天轮 3 提升机钢丝绳 4 提升容器 5 尾绳 1 主导轮 2 天轮 3 提升机钢丝绳 4 提升容器 5 尾绳 图 1 2 多绳摩擦提升机 主轴装置的特点 它与缠绕式提升来代替木衬 由于摩擦提升是靠摩擦力来传递动 力的 所以衬垫挤压固定在筒壳上 摩擦衬垫形成衬圈 其 上再车出绳槽 初车时槽深为 1 3 绳径 槽距 即绳心距 约为绳径的 10 倍利用熟知的柔索欧拉公式可知 摩擦轮两侧钢丝绳拉力的极限比值为 1 12 2 uaua F eFF e F 或 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 6 式中 自然对数的底 等于 2 71828 e 钢丝绳对于摩擦轮的围包角 a 钢丝绳与衬垫间的摩擦系数 通常取 0 2uu 当钢丝绳拉力比大于上式右端所给出的数值时 钢丝绳对摩擦轮产生相对滑动 为 1 2 F F 了避免这种滑动 两侧拉力不能达到其极限比值 而应有一安全系数 式改写为 212 1 ua FFF e 若考虑防滑而加入防滑安全系数 则有 122 1 ua FFF e 或者 2 12 1 ua F e FF 式中 防滑安全系数 如果式中和仅计及静力 则得防滑安全系数 如果计算 1 F 2 F 和时考虑了惯性力的影响 则得动防滑安全系数 我国煤矿设计规范规定 1 F 2 F d 1 25 1 75 d i 有些国家不按拉力差来考虑防滑 而是把两侧的拉力比的极限值控制在 1 5 以内 即 1 2 1 5 F F 在某些特殊情况 例如进行紧急制动时 可能产生超前滑动 即钢丝绳的运动速度 大于摩擦轮槽处的线速度 此时的防滑安全系数为 1 21 1 ua d F e FF 煤矿安全规程 规定 紧急制动时不能产生滑动 即 1 d 当下放重物进行紧急制动时 更容易继发性滑动 1 3 提升机的制动装置的功用 类型 提升机的安全运行 很大程度上取决于制动器的工作可靠性 从狭义可靠性理解 盘式 制动器包含不可维修因素 如制动弹簧失效之后 影响制动力矩 需要更换新弹簧才能使 制动器可靠性达到原有水平 闸瓦与闸盘之间摩擦系衰减 也只能靠更换新闸瓦方能维 持原有可靠性水平 从广义可靠性理解 盘式制动器含有可维修因素 如闸瓦磨损后产生 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 7 的间隙增大 经调整便可达到原有可靠性液压站零件发生故障 修理后也能使制动器可 靠性达到设计水平 由此可知 制动器的工作可靠性是固有可靠性和使用可靠性的综合 反映 固有可靠性是由制动器设计制造及材料等因素决定的 在制动器产品出厂时便已 明确 使用可靠性则是装 维护及操作等因素决定的 它反映了制动器固有可靠性在实 际运行中的发挥程度 因此 固有可靠性的体现 受使用可靠性的限制 固有可靠性再高 使用可靠性却较 低 制动器的实际工作可靠性依然不会高 制动装置提升机 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 它由两部分组成 制动器 通常称做闸 和传动装置 制动器是直接作用于制动 轮或制动盘上产生制动力矩的机构 传动装置是控制并调节制动力矩的机构 1 3 1 制动装置的功用 制动系统是提升机不可缺少的重要组成部分 是提升机最关键也是最后一道安全保 障装置 制动装置的可靠性直接关系到提升机的安全运行 制动力矩不足是导致提升设 备过卷 放大滑等事故的直接因素 1 在提升机停止工作时能可靠地闸住提升机 即正常停车 2 在减速阶段及下放重物时 参与提升机的控制 即工作制动 3 当发生紧急事故或其他意外情况时 能迅速而合乎要求地闸住提升机 即安 全制动 4 双滚筒提升机在更换水平 调节钢丝绳长度时 能够闸住提升机的游动滚筒而 松开固定滚筒 1 3 2 制动装置的类型 制动装置中的制动器按结构分为块闸 角移式或评移式 和盘闸 传动装置按传动 能源分为油压 液压 压气 气动 及弹簧等 KJ 型 2 3m 和 BM 型提升机使用油压角移式制动装置 KJ 型 4 6m 和 HKM3 型提升机使用压气平移式制动装置 JKA 型提升机使用液压综合式制动装置 XKT 型 JK 型 GKT 型 2m JKD 型 JKM 型 JKMD 型提升机使用液压盘式制动 装置 矿用提升绞车使用手动角移式制动器作为工作制动 重锤 电磁铁丝杠螺母操纵的 角移式制动器或重锤 电力液压推杆操纵的平移式制动器作为安全制动 但新系列 JT 型 1 2 1 6m JKM JKMD 型提升绞车则使用液压盘式制动装置 1 4 提升机型号的选用及制动器的设计类型 1 4 1 提升机的选用 JKMD 型 4 5 米 4 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 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 8 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 1 4 2 制动器的设计类型 盘式制动器是近年来应用较多的一种新型制动器 它以其独特的优点及良好的安全 性能被广大用户认可 我们见过的带碟刹的摩托车 就是盘式制动器最简单的应用 它 的制动原理与鼓闸式 抱闸式制动器的原理相同 仍为摩擦式制动 但它却有别于老式 的鼓闸式和抱闸式制动器 特别是在结合了液压系统和PLC 控制之后 液压系统和PLC 超强的控制性能为盘式制动器的应用提供了巨大的工作平台 1 盘式制动器与其它类型制动器相比较 其优点是 因多副制动器同时使用 即使一副制动器失灵 也不是影响一部分制动力矩 故可靠性高 操作方便 制动力矩 可调性好 惯性小 动作快 灵敏度高 重量轻 结构紧凑 外形尺寸小 安装维护方 便 通用性大等 由于制动器具有许多优点 所以它在现代多种类型提升机中获得广泛 的应用 2 盘式制动器的缺点 对于制动盘和制动器的制造精度要求较高 对闸瓦的性 能要求较高等 3 液压盘式制动器作为最新开发出来的一种制动器 其发展前景远大 尤其是 将液压 电气控制结合在盘式制动器上 相信随着液压和电气技术的进一步发展 会更 有利于盘式制动器的发展 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 9 2 提升机制动装置的结构设计 2 1 制动装置的有关规定和要求 按照 煤炭安全规程 及有关技术规范的规定 提升机 绞车 的制动装置必须达 到下列要求 1 提升机 绞车 必须装设司机不离开位置即能操纵的常用闸 即工作闸 保险 闸 即安全闸 保险闸必须能在紧急时自动发生作用 常用闸和保险闸共同使用一套闸瓦制动时 操纵部分必须分开 双滚筒提升机 绞 车 的两套闸瓦的传动装置必须分开 2 常用闸和保险闸必须经常处于良好的状态 保证灵活可靠 在工作中 司机不 准离开工作岗位 也不准擅自调节制动闸 对具有两套闸瓦只有一套传动装置的旧双滚筒提升机 绞车 应加强闸瓦间隙和传 动系统的检查和维护 3 保险闸必须采用配重式或弹簧式的制动装置 除由司机操纵外 还必须具有能 自动抱闸的作用 并且在抱闸同时使提升装置自动断电 常用闸必须采用可调节的机械制动装置 4 提升机 绞车 除有 常用闸和保险闸 外 应加设定车装置 以便调整滚筒 的位置 钢丝绳的长度 或修理制动装置时使用 5 保险闸 或保险闸第一级 的空动时间 由保护回路断电时起至闸瓦刚刚接触 到闸轮上的一段时间 压缩空气驱动闸瓦式制动器不得超过 0 5 秒 储能压缩驱动闸瓦 式制动器不得超过 0 6 秒 盘式制动器不得超过 0 3 秒 保险闸施闸时 在杠杆和闸瓦上不得发生显著的弹性摆动 6 提升机 绞车 的常用闸和保险闸制动时 所产生的力矩和实际提升最大静载 荷重旋转力之比 K 都不得小于 3 7 双滚筒提升机 绞车 在调整滚筒旋转的相对位置时 此时游动滚筒与主轴脱 离连接 制动装置在各滚筒闸轮上所发生的力矩 不得小于该滚筒所悬重量 钢丝绳重 量与提升容器重量之比 形成的旋转力矩的 1 2 倍 计算制动力矩时 闸轮和闸瓦摩擦系数根据实测确定 一般采用 0 3 到 0 35 常用 闸和保险闸的力矩应分别计算 8 在立井和倾角以上的倾斜井巷 提升装置的保险闸发生作用时 全部机械 0 30 的减速度 下放重载 设计额定的全部重量 时 不得小于 1 5 米每二次方秒 提升重载 时 不得超过 5 米每二次方秒 倾角在以下是倾斜井巷 下放重载时的制动减速度不得小于 0 75 米每二次方秒 0 30 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 10 提升重载时的制动减速度不得大于自然减速度 cA m cA sincos gf 2 s 式中 重力加速度 m g 2 s 井巷倾角 0 绳端载荷的运动阻力系数 一般采用 0 10 到 0 105 f 摩擦轮式提升装置 常用闸或保险闸发生作用时 全部机械的减速度 不得超过钢 丝绳的滑动极限 上提重物加速度阶段及下放重物减速度阶段的动防滑安全系数不得小 于 1 25 静防滑安全系数不得小于 1 75 下放重载时 必须检查减速度的最底极限 在提升重载时 必须检查减速度的最高 极限 9 制动器的工作行程不得超过全程的四分之三 必须留有四分之一作为调整时备 用 司机操纵台制动手把的移动应当灵活 在抱闸位置时 应有定位器来固定手把 防 止手把从抱闸位置自动向前移动 10 制动轮的椭圆度在使用前 新安装或大修后 不得超过 0 5 至 1mm 使用中 如超过 1 5mm 时 应重新车削或换新的 2 2 提升机制动器主要类型 提升机的制动器包括工作装置 即制动闸 和传动装置 工作装置直接作用于制动轮 产生摩擦力矩 传动装置是工作装置产生或解除制动摩擦力的机构 因此 按工作装置 装置结构区分 制动器可分为盘式制动器和块式制动器 按传动装置的动力源区分 制 动器可分为液压式 气压式和弹簧式 目前 进口提升机和国产新型提升机大都采用液 压盘式制动器 而旧提升机 70 年代以前产品 多采用液压或气压块式制动装置 但近 年也对这些制动器进行了较大规模的改造 2 2 1 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 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 11 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 3 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 2 2 2 盘式制动器 盘式制动器是为了克服块式制动器的可靠性不高的缺点而发展的新型制动装置 目 前国内外生产的提升机或提升绞车都使用了盘式制动器 盘式制动器具有以下 制动力 矩可在较大范围内调节 而且容易调整 制动系统空行程小 动作快 响应速度快 灵敏度高 重量轻 外形尺寸小 结构紧凑 通用性好 可通过改变盘形闸的数量 来满足不同绞车的制动要求 安全可靠性高 多副盘形闸同时工作 其中少数部分盘 形闸失灵或故障 其余完好盘闸一般仍可刹住绞车 而且传动环节 如管路破裂失 压 断电等 均可自动施闸 盘式制动器都是依靠碟形的预压缩恢复张力使闸块压向制动盘 从而产生制动力矩 当松闸时 向活塞腔内注入压力油 压力油推动活塞后移并压缩碟形弹簧 带动闸瓦离 开制动盘 从而实现松闸 目前国内外提升机使用的盘式制动器形式多样 主要有前腔式盘形闸 后腔式盘形 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 12 闸单缸双作用盘形闸 以及钳式盘形闸 盘式制动器原理如图 3 2 所示 图 2 2 盘式制动器原理图 目前 国内进口的安全盘式制动器主要来自德国 法国 各国生产的盘式制动器原 理上基本相同 都是碟簧上闸 液压松闸 高压油通过液压泵站产生 但是结构上有些 差异 从而性能也略有不同 2 3 盘式制动器的结构及工作原理 2 3 1 盘式制动器的布置方式 盘式制动器又称盘型闸 它与闸块不同 其制动力矩是靠盘瓦沿轴向两侧压向滚筒 上的制动盘而产生的 为了使制动盘不产生附加变形 主轴不承受附加轴向力 因而盘 式制动器都成对地装设使用 每一对盘式制动器叫做一副 如图所示 根据所需制动力 矩的大小 一台提升机可以同时布置两副四副或更多副盘式制动器 盘式制动器的布置方式如图 2 3 所示 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 13 A管 B管 A管 B管 A管 B管 a b c 图 2 3 盘式制动器的布置图 2 3 2 盘式制动器的结构 盘式制动器的结构如图所示 两个制动油缸 3 位于滚筒制动盘的两侧 均装在支座 2 上 支座 2 为整体铸钢件 一副盘式制动器通过支座及垫板 1 用地脚螺栓固定在基座上 制动油缸 3 内装有活塞 5 柱塞 13 调整螺栓 6 螺钉 7 盘式弹簧 4 及弹簧套筒 8 等 筒体 9 衬板 11 和渣瓦 15 一齐可沿支座的内孔往复移动 闸瓦与衬板的连接 可用铜螺钉连接 或用黏结剂粘贴 但大多数是以燕尾槽的形式将闸瓦固定在衬板上 在使用中当闸瓦磨 损或闸瓦与制动盘的间隙过大时 可用调整螺栓 6 调节筒体 9 的位置 使闸瓦间隙保持 在 1 1 5mm 柱塞 13 与销子 14 的连接采用榫槽结构 在拧动螺钉 7 时不致使柱塞 13 转动 以便调整闸瓦间隙 压向制动盘的制动力 由盘式弹簧产生 解除制动力 靠线 油缸内充入油液而向右推动活塞 5 压缩盘式弹簧来实现 螺钉 12 是放空气用的 在第一次向制动油缸 3 充油 或在使用中发现送闸的时间教 长时 可将放气螺钉 12 旋松 把制动油缸中的空气排出 以免影响制动油缸的正常工作 塞头 20 是排油用的 在使用中制动油缸可能有微量的渗油 因而要定期将塞头 20 旋开排油 在排油时 应避免渗出的油玷污闸瓦及制动盘 盘式制动器的结构如图 2 4 所示 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 14 图 2 4 盘式制动器的结构图 2 4 制动器的设计计算 滚筒直径 4 55 米 2 4 1 确定在工作状态下所需要的制动力 盘式制动器的基本参数如表 2 1 所示 表 2 1 盘式制动器的基本参数 确定工作所需要的制动力 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 围包角 0 183 74 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 15 1 工作参数 提升高度 599 4米 提升速度 提物 15 米秒 有效载物 提物 32 5吨 2 超载计算 1 质量的确定 提升钢丝绳悬垂长度 提升时 在井下 1 621 4L 米 在井上 3 16L 米 尾绳悬垂长度 提升时 在井下 2 13 7L 米 在井上 4 613 1L 米 主绳提升单位重量 4 9 08 千克 米 钢丝绳根数 1 4Z 尾绳单位重量 4 9 08 千克 米 绳数 2 4Z 钢丝绳重量 S 1 2 1 2 3 11 3 22 1 3 31 3 42 2 1022 57 100 5 23 1 100 58 1022 27 22 9 s s s s L gZ L gZ S L gZ L gZ S AA A AAA AA A AAA 吨 吨 吨 吨 吨 吨 从主导轮到导向轮钢丝绳重量 3 116 4 9 084 21S 吨 钢丝绳重量 12 0 2SSSU 吨 有效载重 32 5N 吨 空箕斗 40 25吨 2 运行载荷 有载重 1 32 7 a U吨 无载重 1 0 5 b U吨 3 天轮主导轮电机转子和联轴节的变位重量计算 A 天轮 数量 Z 8 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 16 天轮直径 4 64 s d 米 惯性矩 2 9 75 s J 吨米 相对钢丝绳中心的变位重量 22 4 1 81 2 ss s ss JJ G dd 吨 Z 个天轮的变位重量 14 49 s G AZ吨 B 主导轮 按钢丝绳中心计算的主导轮直径 4 55dT 米 惯性矩 2 133 T J 吨米 变位重量 22 4 25 697 2 TT T TT JJ G dd 吨 电机转子惯性矩 2 14 22J 吨米 变位重量 22 4 2 747 2 MM M MM JJ G dd 吨 4 运动部分的重量如表 2 2 所示 表 2 2 矿井提升机的部分工件重量 项目有效载重 吨 无效载重 吨 钢丝绳 1 S 23 123 1 钢丝绳 2 S 22 922 9 有效载荷 N32 532 5 提升容器 FWG40 2540 25 天轮 s Z GA 14 4914 49 主导轮 GT25 69725 697 电机转子 GM5 4945 494 滚筒与天轮之间绳 Ss4 21 1 M 208 89总重量 2 M 176 39 钢丝绳滑动极限的计算 A 下降时加速度 22 1 22 FW 1 FW 1 s GSeU ag GSGeU A A A 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 17 2 40 2522 9 2 229 1 32 7 9 81 40 2522 97 24 2 229 1 32 7 1 69 A A 米 秒 B 提升时加速 11 11 22 2 22 FW 1 FW 1 s GSeU e ag GSGeU e AA A AA 2 40 2522 9 2 229 1 32 7 2 229 9 81 40 2522 97 24 2 229 1 32 7 2 229 4 92 A A 米 秒 C 空运行时加速度 1 1 22 3 22 F 1 F 1 s GSe ag GSGe A A A 2 40 2522 9 2 229 1 9 81 40 2522 97 24 2 229 1 3 35 A A 米 秒 围包角 0 183 74 1 2 229e 表 2 3 钢丝绳与摩擦轮包围角基本参数 弧度 1 0 25 围包角角度 1 e 1750 97 2 15 1801 00 2 19 1851 03 2 24 1901 05 2 29 1951 08 2 34 2001 11 2 39 2051 14 2 45 2101 17 2 50 2151 20 2 56 2201 22 2 61 5 相对于滚筒轴中心制动力的确定 A 运动制动力 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 18 制动安全系数 3 F F F S U g A 倍 因此 33 32 7 9 81963 F FU g A最小千牛顿 下降时工作超载的情况所需要的制动减速度 1 2 1 1 5 F f FU g m A 米 秒 所以 2 1 51 5 208 89 32 7 9 81634 F Fm U g A最小千牛顿 工作制动所允许的最小制动力 F F 最小 963千牛顿 B 安全制动力 sch F a 下降时减速度 制动力 1 sch 1 sch F 极限值 1 2 1 5 sch 米 秒 2 2 5 米 秒 钢丝绳滑动极限 1 0 9 11 1schsch FmU g AA 极限值 11 1 5 208 89 32 7 9 81634 sch F 千牛顿 12 13 2 5 208 89 32 7 9 81 843 0 9 208 89 1 69 32 7 9 81638 sch sch F F 千牛顿 千牛顿 b 提升时的加速度 减速度 制动力 2 sch 2 sch F 极限值 钢丝绳滑动极限 2 2 0 9 sch 21 0 9mU g A 21 0 9mU g A c 空载时加速度 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 19 减速度 制动力 3 sch 3 sch F 极限值 钢丝绳滑动极限 3 3sch 3 32sch FmSU g AA 3 35 176 39 0 2 9 81 589 千牛顿 d 极限值 11 634 schsch FKNF 12 13 2 3 843 638 604 589 sch sch sch sch F F F F 千牛顿 千牛顿 千牛顿 千牛顿 由于上述的要求不能被满足 所以使用了安全制动器以保证对于所有的提升 机工作方式采用的恒定减速度 2 1 5米 秒 C 作为停车闸的安全制动器 制动器安全系数 3 S s F S U g A 因此 33 32 7 9 81963 S FU g A千牛顿 2 4 2 确定制动器数量 1 确定使用 8SM7622 型盘式制动器 释放空间 最小 1 毫米 最大 2 毫米 需要调节 制动力发生器装置的弹性拉力包括效率 最大释放间隙 max 114F 千牛顿 最小释放间隙 min 110F 千牛顿 整个间隙释放力 min 118 L F 千牛顿 活塞直径 8 5 L d 厘米 活塞面积 2 4 L L d A 2 56 7 L A 厘米 制动盘直径 mm 参数如表 2 4 所示 表 2 4 制动盘直径参数 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 20 制动器直径尺寸 350400410450460500560630700 注 括号内为非优先选用尺寸 2 确定制动闸的数量 Z 工作制动闸所需要的制动力 min 963 F F 千牛顿 取 min min 2 963 4 55 9 9 22 110 5 01 0 4 FT FB Fd Z Fd A AA 10Z 制动装置之规定 E27L41119 工作制动闸和安全制动闸可以作为停车制动使用 它们相对钢丝绳中心的工作制动 力和安全制动力 F F S F 5 01 10 2 1100 4969 4 55 FS FF 千牛顿 静态安全系数 969 3 023 32 7 9 81 F FS F SS Ug 在超负荷下降时 工作制动闸产生的制动减速速度为 22 1 969 32 7 9 81 3 1 1 5 208 89 F F FUg a m 米秒米秒 3 安全制动控制器 安全制动闸使提升机在任何工作状态下其减速度保持在恒定不变 2 1 5 米秒 这个值低于第一部分中使用钢丝绳滑动的减速度 2 1 5 米秒 制动控制器保证钢丝绳有效直径所需要的制动力 准确的减速度 1 1 2 1 0 32 7 9 81 1 54 208 89 sch sch FUg m 米秒 4 如果一个制动器发生了故障 根据 TSA超载运行的静态安全系数3 9 7 6 至少要达到 1 5 其减速度应符合下面之说明 下表为提升机工作状态下的参数如图 2 5 所示 表 2 5 提升机工作状态下的参数 工作状态下降负载提升负载空箕斗 减速度 sch 超载 U 2 1 5米 秒 32 7 吨 2 1 5米 秒 32 7 吨 2 1 5米 秒 0 2 吨 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 21 质量 m 安全制动力 sch F 208 9 吨 634 千牛顿 1sch mUg A 208 9 吨 634 千牛顿 1sch mUg A 176 39 吨 262 千牛顿 2sch mUg A 1 工作制动 工作制动的制动力 9 969872 10 F FKNKN 静态安全系数 872 2 721 5 32 7 9 81 F F F S Ug 下降时的减速度 2 1 872 32 7 9 81 2 64 208 89 F F FUg a m 米秒 2 用作固定闸的安全制动闸 制动力 872 FS FFKN 静态安全系数 2 721 5 FS SS 3 在安全制动的情况下制动控制器能对制动器的故障进行补偿 根据第三节计算 下降运行时 安全制动所需要的最大制动力为 634 千牛顿 由于她比总的有效制动力 872 千牛顿要小 它可以由制动控制器进行调节 5 如果减速度达不到 就要预先调节安全制动力 使它达到第 3 节中 2 1 5 米秒 对下降运行计算得到的保险制动力 这样它才能正常控制 634 sch FKN 利用恒定制动力可以得到如下的减速度值如表 3 6 所示 表 2 6 在恒定制动力下提升的减速度 工作状态下降负载提升负载空载 超载 U 质量 m 安全制动闸的制 动力 1 sch F 减速度 1 sch a 32 7 吨 208 89 吨 634 千牛顿 1 2 1 1 5 sch FUg m 米 秒 32 7 吨 208 89 吨 634 千牛顿 1 2 1 4 57 sch FUg m 米 秒 0 2 吨 176 39 吨 634 千牛顿 2 2 1 3 6 sch FUg m 米 秒 在液压装置中 产生所需要的恒定剩余压力计算如下 钢丝绳有效直径的安全制动力 634 sch FKN 2 634 4 55 71 9 210 2 0 4 5 01 Tsch sch B Fd PKN Zd A A AA 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 22 根据下图的压力 制动力曲线可以发现对制动力 其剩余压71 9 sch PKN 压力 制动力曲线如表 2 7 所示 表 2 7 压力 制动力曲线 箕斗提升机 制动释放间隙的调定值 制动控制器停车 上的剩余压力 制动力传动装置 的制动力 千牛顿 蓄能器压力 7 2 a sch PMP 4 8 a MP 释放间隙 1 毫米 制动器的制动力有 4MPa 到 7 6 sch PMPa 盘式制动器的性能参数包括制动力矩 弹簧刚度 液压站油压等 另外制动器的强 度参数还有支架强度 螺栓强度 液压缸强度等 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 23 3 制动器的工作可靠性评定 3 1 盘式制动器的安装要求及调整 3 1 1 盘式制动器的要求 包括零部件 1 盘式制动器应符合标准的要求 并按照经规定程序批准的图样及技术文件制造 2 盘式制动器应符合 煤矿安全规程 的规定 3 配套件应符合现行标准或技术文件的规定 4 凡本标准未予规定的铸 锻 焊 加工和装配等通用技术要求 均应符合现行 国家标准或行业标 5 闸瓦的技术性能应符合 JB3721 84 中第 2 章的规定 6 碟形弹簧的工作极限负荷 工作极限负荷下的变形量 在 I 点的计算应力及强 压处理负荷等主要技术参数应符合 JB3812 84 中 1 3 的规定 技术要求应符合 B3812 84 中第 2 章的规定 7 产品应装设放气装置 8 产品装配后 活塞和闸瓦在设计油压下应同时动作 不应有爬行 卡住现象 9 在无负荷条件下 盘形制动器活塞最低动作压力不得超 0 3 a MP 10 在设计油压下 盘形制动器闸瓦的行程与设计行程的差值不得大于设计行程 的 10 11 产品装配后在 1 25 倍设计油压下保持 10min 各密封处不显油迹 12 盘式形制动器油缸密封件寿命不低于 3 个月或提升 4X10 次 13 产品现场安装 调整和试验时 应符合 TJ 231 六 的有关规定 3 1 2 盘式制动器闸瓦间隙的调整 装配盘式制动器闸瓦时的有关要求和调整方法如下 1 闸瓦与制动盘的间隙 新的为 1mm 使用中的不大与 2mm 安全规定闸盘偏 摆最大 1 5mm 规程要求 0 5 mm 由于偏摆大造成闸开关误动作 无法正常生产 经多次调试效果不理想 有的不得不降低动作范围 2 安装闸瓦时 应首先检查和实验闸瓦衬板中部的孔和筒体上的销子直径 它们 的配合必须是滑动配合 如装配时太紧 必须将衬板孔修刮 否则以后去下来是很困难 的 同时 将它们清洗后其滑动面要涂上防锈漆 以免锈死不易取出 3 为了使闸瓦获得良好的摩擦接触面 应将试装后的闸瓦取下 以衬板为基准刨 削闸瓦 直到刨平为止 4 调整闸瓦间隙时 应根据实际情况首先将两个提升容器提至适当的位置 通常 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 24 是将固定滚筒所带的重载容器放置于井底罐座上 或者将两个空载的容器提升至井筒中 相遇的位置 用定车装置将滚筒锁住 然后向制动油缸充入压力油 使盘型制动器处于 全松闸状态 用塞规测量闸瓦与制动盘之间的间隙 测量闸瓦间隙 一般将闸瓦间隙调 整在 1 1 5mm 范围内 调整闸瓦间隙时 一副制动器的两个闸瓦应同时进行 调整好后 应进行闸的试运行 并重新测量闸瓦间隙 如有变化时应进一步调整 5 为了避免损坏活塞上的密封圈而产生的漏油现象 盘式制动器在安装或大修后 第一次调整闸瓦间隙时 必须首先将调整螺栓向前拧入 使闸瓦与制动盘贴合 然后分 三级进行调整 第一次充入等于最大工作油压值的 1 3 的油压 制动器盘式弹簧受油压作 用被压缩一个距离 随之将调整螺栓向前拧入一些 推动闸瓦向前移 直到与制动盘相 贴合 第二充入最大工作油压值的 2 3 的油压 调整方法与第一次相同 最后充入最大工 作油压值油液 调整到使闸瓦与制动盘保持 1mm 间隙为止 6 更换闸瓦时要注意不要全部换掉 那样会造成由于新闸瓦接触面积小而影响制 动力距 应逐步地交替更换 即先更换一副制动器的两个闸瓦 让它们工作一段时间 使其接触面积达到要求之后 再更换另一副制动器的闸瓦 这样既保证提升机运行的安 全 又不影响矿井生产 提升机的安全运行 很大程度上取决于制动器的工作可靠性 从狭义可靠性理解 盘式制动器包含不可维修因素 如制动弹簧失效之后 影响制动力矩 需要更新弹簧才能 使制动器可靠性达到原有的水平 从广义可靠性理解 盘式制动器又含有可维修因素 如闸瓦磨损后产生的间隙增大 经调整便可达到原有可靠性 液压站零件发生故障 修 理后也能使制动器可靠性达到设计水平 由此可知 制动器的工作可靠性是固有可靠性和使用可靠性的综合反映 固有可靠 性是有制动器设计制造及材料等因素所决定的 在制动器产品出厂时便已明确 使用可 靠性则是安装 维护及操作等因素决定的 它反映了制动器固有可靠性在实际运行中的 发挥程度 因此 固有可靠性的体现 受使用可靠性的限制 固有可靠性再高 使用可 靠性却较低 制动器的实际可靠性依然不会高 制动器的固有可靠性和使用可靠性的串联乘积 体现了制动器的工作可靠性 即 WIA RR R 式中 制动器的工作可靠性 W R 制动器的固有可靠性 I R 制动器的使用可靠性 A R 3 2 制动器的故障模式及可靠性图框 提升机制动器的故障 是指制动器未能达到设计规定的要求 如制动力矩不足或制 动减速超限 因而完不成规定的制动任务或完成的不好 盘式制动器有许多故障 但 并不是所有故障都会造成严重后果 仅是其中一些故障会影响制动器功能或造成事故损 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 25 失 因此 在分析制动器故障的同时 还需要对故障的影响或后果进行评价 这称为故 障模式和影响分析 FMEW 制动系统中包括功能件 组件和零件 所谓功能件是指由几个到几百个零件组成的 具有独立功能的子系统 例如液压站 盘闸 控制台 组件是由两个以上的零部件构成 的并在子系统中保持特定功能的部件 如电磁阀 电液调压装置 零件是指无法继续分 解的具有设计规定的单个部件 一般情况下 零件故障都可能导致制动器的故障 制动系统的故障模式通常可从四个方面考虑 运行过程中的故障 规定时间内无法 启动 预定时间内无法停车 制动能力降级或受阻 制动系统的各类故障大致表现为如 下 1 闸瓦间隙超限 2 制动器漏油 3 活塞卡死 4 弹簧疲劳或断裂 5 闸瓦贴