泵房制动与控制装置设计

1中国矿业大学毕业设计任务书毕业设计题目： 泵房制动与控制装置设计毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：泵房制动与控制装置设计了解制动器的工作过程及控制原理。对比各种制动装置的工作原理，设计一台制动装置及其控制方法。参数：泵房20吨； 坡度20；工作时需要制动力1 吨；制动器开口（行程）5mm；1.根据相关参数完成泵房制动与控制装置设计的总体设计2.完成液压系统设计,泵,阀等液压元件及传感元件的选择3.完成主要传动组件,零件的工作图设计4.完成油箱工作图设计5.完成制动系的控制系统6.编写完成整机设计计算说明书2摘 要本设计方案在水泵车上加制动装置，泵车上的盘式制动器成对安装于轨道两侧，盘式制动器所需压力油用在泵车安装的液压站供给，采用液压打开，无压时碟形弹簧制动，采用抱轨制动方式。这种制动方式属于事故安全型，即无论什么原因造成液压系统失压(断电、电磁阀不动作等等)，制动器都可以在碟形弹簧力作用下使泵车安全制动。本设计制动系统使用盘式制动器，可以在有限的设备布置空间内，尽可能多设置制动单元，使得泵房提升系统的制动失效概率降至最小。采用对称式管路布置，以均衡各制动器之间的动作时间，保证制动的同时性和可靠性。另外，液压泵站采用了的中高压液压驱动设计和较小的工作流量，以减少液压系统的沿程阻力损失和局部压力损失，减少管路内部油液撞击。以上各个特性可以表明：液压盘式制动系统是一套常闭制动系统，较之块式制动器的系统具有制动原理简洁可靠，上闸响应快，多点制动同时性好等特点。由于泵房提升前，必须先使制动器松闸。泵房在运行时，遇到特殊原因（如断绳）时需紧急制动。故此次设计中设置了压力继电器和 P606 型重力传感器。以先检测系统压力和泵房牵引状态并把检测值送入 PLC。实现自动控制，并能在遇到突发状况。如：牵引设备故障产生溜车、钢丝绳断绳或系统断电时，制动器应自动上闸，紧急制动。关键词： 泵房提升系统 盘式制动器 碟型弹簧 液压系统 自动化控制3ABSTRACTThis design proposal adds the arresting gear on the water pump vehicle, on the pump vehicles disc brake paired mounting in the orbital both sides, the disc brake needs the pressure oil to use the hydraulic pressure station supplies which installs in the pump vehicle, uses the hydraulic pressure to open, not when pressure the small dish shape spring applies the brake, to use holds the axle brake way. This brake way belongs to the accident security, namely, regardless of any reason causes the hydraulic system to lose presses (power failure, solenoid valve not to act and so on), the brake may cause the pump vehicle safety arrestment under the small dish shape spring action of force.This design braking system use disc brake, may in the limited arrangement of equipment space, the multi-establishment brake unit, cause the pump house lift systems brake fade probability to drop to as far as possible is smallest. Uses the symmetrical expression pipeline arrangement, by the balanced various brakes between operating time, guaranteed applies the brake synchrony and reliability. Moreover, the hydraulic pressure pumping station has used the Neutral high hydraulic pressure actuation design and the small work current capacity, reduces the hydraulic system along the regulation resistance loss and the local pressure loss, reduces the pipeline interior fat liquor hit. Above each characteristic may indicate: The hydraulic pressure disc type braking system is a set often shuts the braking system, has the brake principle succinctly compared with block brakes system reliable, on the floodgate responds quickly, Tray shape brake synchrony good and so on characteristics.Because before the pump house promotion, must make the brake loose floodgate first. Pump house when movement, meets the special reason (for example breaks rope) when needs the emergency brake. Therefore in a design has established the pressure switch and the P606 gravity sensor. By examines the system pressure and the pump house hauling condition and sends in the examination value first PLC. Realizes the automatic control, and can meet the sudden outbreak. For example: The towing device breakdown produces when the accelerating-coasting, the steel wire break the rope or the system power failure, the brake should on the automatic floodgate, the emergency brake.Keywords：Pump house lift system； Disc brake；Dish shape spring；Hydraulic system；Automated control4目 录1 绪论 .11.1 选题的背景和意义 .11.1.2 意义 .21.1.3 设计思路 .21.2 制动器简介 .31.2.1 制动器分类 .31.2.2 制动系统的工作原理 .41.2.3 制动器性能 .41.2.4 制动系的组成 .51.3 制动器的功用 .51.3.1 鼓式制动器 .51.3.2 盘式制动器 .72 制动系整体方案确定 .112.1 制动器的类型选择 .112.2 制动器方案确定 .122.2.1 液压缸 .132.2.2 碟形弹簧 .132.3 液压系统方案设计 .142.4 确定整体设计方案 .153 制动器结构 设计 .173.1 负载分析 .173.1.1 参数计算 .173.1.2 液压缸负载计算 .173.2 制动器结构尺寸确定 .193.2.1 制动器的计算原则 .193.2.2 制动器结构设计 计算 .193.3 缸体组件及连接形式 .303.3.1 缸体组件 .303.3.2 缸体组件的连接形式 .313.4 活塞组件及连接形式 .313.4.1 活塞组件 .313.4.2 活塞组件的连接形式 .323.5 密封装置 .3253.5.1 O 形密封圈 .323.5.2 Y 形密封圈 .333.6 缓冲装置 .343.6.1 圆柱形环隙式缓冲装置 .343.6.2 圆锥形环隙式缓冲装置 .343.6.3 可变节流槽式缓冲装置 .353.6.4 可调节流孔式缓冲装置 .353.7 排气装置 .354 液压系统设计 .364.1 液压系统设计计算 .364.1.1 确定回路方式 .364.1.2 液压油选用 .364.1.3 初定系统压力 .364.1.4 选择执行元件 .364.1.5 确定液压泵类型 .374.1.6 选择换向回路 .374.1.7 绘制液压系统原理图 .384.2 液压泵选择 .384.2.1 齿轮泵分类与工作原理： .394.2.2 外啮合齿轮泵结构组成 .404.2.3 液压泵的参数计算 .404.2.4 电动机的功率计算: .424.2.5 电动机的安装形式: .424.3 液压控 制元件和装置的选择 .434.3.1 选取的原则 .434.3.2 元件的选取 .434.3.3 液压辅助元件选择与设计 .474.3.4 油箱的设计和计算 .504.3.5 液压泵组的连接和安装方式 .555 阀块的设计 .585.1 阀块的设计主要事项 .585.2 液压阀块的结 构 .585.3 液压阀块设计 .586 液压系统的调试 .637 液压系统的合理使用 .6468 液压泵站电气控制 .678.1 传感器设计 .678.1.1 传感器分类 .678.1.2 选择使用传感器时应的问题 .678.1.3 传感器在机械工程中的应用 .688.1.4 力传感器 .688.2 行程开关设计 .698.3 PLC 设计 .708.3.1 PLC 的构成 .708.3.2 PLC 的通信联网 .728.3.3 PLC 的特点 .728.4 泵房制动器的 PLC 控制 .738.4.2 系统配置 .738.4.3 I/O 接线图 .748.4.4 设计梯形图 .74结语 .76参考文献 .77英文原文 .79中文翻译 .90致 谢 .9771 绪论1.1 选题的背景和意义1.1.1 选题背景由于现在使用的一级活动式缆车泵站是 1997 年以前设计建造的，受当时的技术水平、认知能力和设计能力的限制，当初设计建成的一级缆车泵站在使用过程中出现了许多问题：先是当时水泵的选型余地小，当时的水泵现在已经不合适。当时选择的水泵对泥沙含量高的水质不适应，在使用出现叶轮磨损快，密封结构和密封件损坏快，使得水泵在使用不久即变得效率低下，泄漏严重，维护工作量大。其次是泵车在设计时安全性考虑不足。当初在设计中使用一根钢丝绳加滑轮组进行牵引，用一个挂钩装置做后备保护，对于动作次数较多的泵车来说，每次手工摘挂钩的劳动强度非常大，而且由于设计的不合理，挂钩的调节距离小，调节螺丝锈蚀快，失去了调节作用，造成挂钩松弛或者是连接不上。如果挂钩有 100mm 的松弛量，则断绳时在挂钩和连接装置内产生的动负荷就是静负荷的 10 倍以上，所以这种保护只是一个样子而已，已经为现场弃之不用。第三是控制系统落后。1997 年时可编程序控制(PLC)已经在新控制系统中成为主流，但在此处没有被采用。如此一来，所有的控制都要用人并凭着经验进行控制。如泵车升降时，按下启动按钮，泵车上升，到位后按下停止按钮，但对于管径为 720 的大型水管，其连接时的位置误差不允许超过 2mm，否则就无法穿螺栓进行连接。这时就要通过喊话，多次“点动上行，松闸下行”来进行管路接口的对位工作，费时费力。第四是设计时对钢丝绳的塑性伸长和热胀冷缩认识不足。本身温差大，钢丝绳要热胀冷缩，而且钢丝绳在泵车的拉紧作用下本身也在缓慢地发生塑性变形。这种热胀冷缩和塑性变形导致泵车产生很小的相对位移，但因为泵车和管路的连接是刚性的，管路要阻止泵车的移动，结果就在管路中引起很大的应力，导致管路变形。表现为管路在安装时与固定管路的各个接口都是平的，但过一段时间后，泵车移动到另一个接口时，由于管口不平造成连接困难，给操作工人造成很大的麻烦，致使工作劳动强度大，连接时间长。泵车自重加上泵车内的设备总重量超过 20T，泵车以是处在一个 20的坡度上工作，而这 20T 重量仅靠缠绕在绞车两个滚筒上的单根钢丝绳牵引，钢丝绳常年暴露在外，风吹日晒雨淋，锈蚀、老化、断丝在所难免，在泵车上没有断绳后备保护装置，万一发生断绳事故泵车将直接冲入河中，而且因为在运动时的动负荷要大于静负荷，所以在泵车移动过程中发生断绳的可能性更大，这时操作工人多，更容易造成人身伤害。此外，由于泵车地处野外，冬天冷夏天热，工作环境恶劣，如果不采取相应的保温隔热措施，在严冬将会冻坏泵车内的水泵和管路等设备。所以需要采取相应保温隔热措施来改善泵车内的工作环境。81.1.2 意义一级缆车泵站主要有牵引装置，制动装置和取水装置组成，而在移动式泵车上有控制装置，抽水泵房，工作人员，因此制动装置的重要性是不言而喻的。随着社会的发展，人口的递增，取水量也将大大提高，取水设备向大功率发展，水位也将下降很快，显然泵车的移动频率也会增大，同时社会大力提倡以人为本，安全第一，因此泵车的安全性变得极为重要，任何的故障，都将直接影响取水的正常运行，同时可能造成重大的人员伤亡。另外如果泵车的制动装置不出现明显的故障，人们是无法察觉的，因此实现对制动系统的自动化监测具有重要意义。综合以上对此泵站可以概括为以下几个特点：(1) 常年暴露野外，环境条件恶劣。 (2) 随着取水量的增加，泵车移动频率增加，危险系数增大。(3) 制动系统没有监测系统。(4) 制动装置在安全方面担负着不可替代的作用，如果制动装置发生故障，损失较大。因此适应泵车工作的环境特点，研究其自动监测制动系统和控制方法是安全性的迫切要求。由于制动装置在整个系统中特殊地位，设计时根据当时的理论基础和技术条件，都开发了制动装置。然而由于当时技术条件的限制，目前现场制动装置已经不起作用，不能满足安全的需要。由于上述原因，所以准备重新对泵车的制动装置进行设计。1.1.3 设计思路本设计的制动器是用于机构或机器减速或使其停止的装置，也可用作调节或限制机构或机器的运行速度。它是保证机构或机器正常安全工作的重要部件。制动器应满足以下要求：有足够的制动转矩；制动平稳；上闸、松闸动作迅速；受力构件有足够的强度和刚度；检查、维修、调整方便；磨损小、寿命长、工作可靠；外形尺寸小、质量轻。泵房用制动器的作用是使泵房停在工作位置或在提升设备出现故障时实现紧急制动泵房提升由卷扬机和设置在坡度为 20o 的轨道提升系统组成，并通过在高速减速器出轴处设置的同步轴、联轴器、换向锥齿轮箱将主提升机连成一个矩形的封闭的传动系统。在泵房运行的轨道两侧设置工作制动器，用于配合电机控制实现泵房的正常升降运行动作，并可在高速运行状态下制动。用于实现：（1）泵房升降终止停位(由电机控制实现)后的附加上闸制动，即机械安全锁定。（2）事故状态或非正常工况下紧急制动，实现安全制动。（3）升降起动过程中，对电机施加预加转矩以及工作制动器松闸。1.2 制动器简介制动器的作用就是制动。是使机械中的运动件停止或减速的机械零件。俗称制动、闸。制动器主要由制动架、制动件和操纵装置等组成。有些制动器还9装有制动件间隙的自动调整装置。为了减小制动力矩和结构尺寸，制动器通常装在设备的高速轴上，但对安全性要求较高的大型设备(如矿井提升机、电梯等)则应装在靠近设备工作部分的低速轴上。有些制动器已标准化和系列化，并由专业工厂制造以供选用。1.2.1 制动器分类制动器分为行车制动器和驻车制动器。在行车过程中，一般都采用行车制动，便于在前进的过程中减速停车。制动系一般可以按以下几种方法分类：（1）制动器可以分为摩擦式和非摩擦式两大类。摩擦式制动器。靠制动件与运动件之间的摩擦力制动。非摩擦式制动器。制动器的结构形式主要有磁粉制动器（利用磁粉磁化所产生的剪力来制动）、磁涡流制动器（通过调节励磁电流来调节制动力矩的大小）以及水涡流制动器等。（2）按制动件的结构形式又可分为外抱块式制动器、内张蹄式制动器、带式制动器、盘式制动器等；（3）按制动件所处工作状态还可分为常闭式制动器（常处于紧闸状态，需施加外力方可解除制动）和常开式制动器（常处于松闸状态，需施加外力方可制动）。（4）按操纵方式也可分为人力、液压、气压和电磁力操纵的制动器。（5）按制动系统的作用 制动系统可分为行车制动系统、驻车制动系统、应急制动系统及辅助制动系统等。（6） 按制动操纵能源 制动系统可分为人力制动系统、动力制动系统和伺服制动系统等。以操作者的肌体作为唯一制动能源的制动系统称为人力制动系统；完全靠由发动机的动力转化而成的气压或液压形式的势能进行制动的系统称为动力制动系统；兼用人力和发动机动力进行制动的制动系统称为伺服制动系统或助力制动系统。 （7）按制动能量的传输方式 制动系统可分为机械式、液压式、气压式、电磁式等。同时采用两种以上传能方式的制动系称为组合式制动系统。 1.2.2 制动系统的工作原理制动系统的一般工作原理是，利用与车身相连的非旋转元件和与传动轴相连的旋转元件之间的相互摩擦来阻止旋转元件的转动或转动的趋势。可用一种简单的液压制动系统示意图来说明制动系统的工作原理。一个以内圆面为工作表面的金属制动鼓固定在旋转元件上，随旋转元件一同旋转。在固定不动的制动底板上，有两个支承销，支承着两个弧形制动蹄的下端。制动蹄的外圆面上装有摩擦片。制动底板上还装有液压制动轮缸，用油管与装在车架上的液压制动主缸相连通。主缸中的活塞可由操作者通过制动踏板机构来操纵。10当操作者踏下制动踏板，使活塞压缩制动液时，轮缸活塞在液压的作用下将制动蹄片压向制动鼓，使制动鼓减小转动速度，或保持不动。 1.2.3 制动器性能使机械运转部件停止或减速所必须施加的阻力矩称为制动力矩。制动力矩是设计、选用制动器的依据，其大小由机械的型式和工作要求决定。制动器上所用摩擦材料（制动件）的性能直接影响制动过程，而影响其性能的主要因素为工作温度和温升速度。摩擦材料应具备高而稳定的摩擦系数和良好的耐磨性。摩擦材料分金属和非金属两类。前者常用的有铸铁、钢、青铜和粉末冶金摩擦材料等，后者有皮革、橡胶、木材和石棉等。实际应用差别很明显，盘式制动器比鼓式制动器好用。制动鼓中的石棉材料会致癌。鼓式制动器与盘式制动器各有利弊。在制动效果上，鼓式制动器与盘式制动器的相差并不大。散热性上，盘式制动器要比鼓式制动器散热快，通风盘式制动器的散热效果更好；在灵敏度上，盘式制动器会更高些，不过在当刹盘沾了泥沙后制动效果就会大打折扣，这也是盘式制动器的缺点。费用方面，鼓式制动器较盘式制动器更低，而且使用寿命更长。随着材料科学的发展及成本的降低，盘式制动有逐渐取代鼓式制动的趋向。一般制动器都是通过其中的固定元件对旋转元件施加制动力矩，使后者的旋转角速度降低。凡利用固定元件与旋转元件工作表面的摩擦而产生制动力矩的制动器都成为摩擦制动器。目前所用的摩擦制动器可分为鼓式和盘式两大类。1.2.4 制动系的组成制动系都具有以下四个基本组成部分：（1） 供能装置，包括供给、调节制动所需能量以及改善传能介质状态的各种部件。（2） 控制装置，包括产生制动动作和控制制动效果的各种部件。（3） 传动装置，包括将制动能量传输到制动器的各个部件（4） 制动器，产生阻碍旋转元件的运动或运动趋势的力（制动力）的部件，其中包括辅助制动系中的缓速装置。1.3 制动器的功用1.3.1 鼓式制动器鼓式制动也叫块式制动，是靠制动块在制动轮上压紧来实现制动的。鼓式制动是早期设计的制动系统，其制动鼓的设计 1902 年就已经使用在马车上了，直到 1920 年左右才开始在工业广泛应用。现在鼓式制动器的主流是内张式，它的制动块(制动蹄)位于制动轮内侧，在制动的时候制动块向外张开，摩擦制动轮的内侧，达到制动的目的。 相对于盘式制动器来说，鼓式制动器的制动效能和散热性都要差许多，鼓式制动器的制动力稳定性差，不易于掌控。而由于散热性能差，在制动过程中11会聚集大量的热量。制动块和轮鼓在高温影响下较易发生极为复杂的变形，容易产生制动衰退和振抖现象，引起制动效率下降。另外，鼓式制动器在使用一段时间后，要定期调校制动蹄的空隙，甚至要把整个制动鼓拆出清理累积在内的制动粉。当然，鼓式制动器也并非一无是处，它造价便宜，而且符合传统设计。 鼓式制动优点 自刹作用：鼓式制动有良好的自刹作用，由于制动来令片外张，旋转原件旋转连带着外张的制动鼓扭曲一个角度，制动来令片外张力(制动制动力)越大，则情形就越明显。成本较低：鼓式制动制造技术层次较低，也是最先用于制动系统，因此制造成本要比盘式制动低。鼓式制动缺点 由于鼓式制动制动来令片密封于制动鼓内，造成制动来令片磨损后的碎削无法散去，影响制动鼓与来令片的接触面而影响制动性能。鼓式制动器最大的缺点是下雨天沾了雨水后会打滑，造成制动失灵这才是其最可怕的 （1）鼓式制动器的制动原理 如图 1.1 鼓式制动器有增势与减势作用，设为制动鼓正向旋转。制动蹄的支承点在其前端，制动轮缸所施加的促动力作用于其后端，因而该制动蹄图 1.11 轮缸 2 回位弹簧 3 定位销 4 摩擦衬片 5 从蹄6 定位销 7 领蹄 8 制动鼓张开时的旋转方向与制动鼓的旋转方向相同。具有这种属性的制动蹄称为领蹄。与此相反，制动蹄的支承点在后端，促动力加于其前端，其张开时的旋转方向与制动鼓的旋转方向相反。具有这种属性的制动蹄称为从蹄。当制动鼓反向旋12转时，蹄 1 变成从蹄，而蹄 2 则变成领蹄。这种在制动鼓正向旋转和反向旋转时，都有一个领蹄和一个从蹄的制动器即称为领从蹄式制动器。制动时两活塞施加的促动力是相等的。因此在制动过程中对制动鼓产生一个附加的径向力。凡制动鼓所受来自二蹄的法向力不能互相平衡的制动器称为非平衡式制动器。 （2）楔式制动器的工作原理 楔式制动器中两蹄的布置可以是领从蹄式。作为制动蹄促动件的制动楔本身的促动装置可以是机械式、液压式或气压式。两制动蹄端部的圆弧面分别浮支在柱塞 3 和柱塞 6 的外端面直槽底面上。柱塞 3 和 6 的内端面都是斜面，与支于隔架 5 两边槽内的滚轮 4 接触。制动时，轮缸活塞 15 在液压作用下推使制动楔 13 向内移动。后者又使二滚轮一面沿柱塞斜面向内滚动，一面推使二柱塞 3 和 6 在制动底板 7 的孔中外移一定距离，从而使制动蹄压靠到制动鼓上。轮缸液压一旦撤除，这一系列零件即在制动蹄回位弹簧的作用下各自回位。导向销 1 和 10 用以防止两柱塞转动。图 1.2 楔式制动器鼓式制动器小结：各种鼓式制动器各有利弊。就制动效能而言，在基本结构参数和轮缸工作压力相同的条件下，自增力式制动器由于对摩擦助势作用利用得最为充分而居首位，以下依次为双领蹄式、领从蹄式、双从蹄式。但蹄鼓之间的摩擦系数本身是一个不稳定的因素，随制动鼓和摩擦片的材料、温度和表面状况(如是否沾水、沾油，是否有烧结现象等)的不同可在很大范围内变化。自增力式制动器的效能对摩擦系数的依赖性最大，因而其效能的热稳定性最差。 在制动过程中，自增力式制动器制动力矩的增长在某些情况下显得过于急速。双从蹄式制动器的制动效能虽然最低，但却具有最良好的效能稳定性。领从蹄制动器发展较早，其效能及效能稳定性均居于中游，且有结构较简单等优点。131.3.2 盘式制动器盘式制动器摩擦副中的旋转元件是以端面工作的金属圆盘，被称为制动盘。其固定元件则有着多种结构型式，大体上可分为两类。一类是工作面积不大的摩擦块与其金属背板组成的制动块，每个制动器中有 24 个。这些制动块及其促动装置都装在横跨制动盘两侧的夹钳形支架中，总称为制动钳。这种由制动盘和制动钳组成的制动器称为钳盘式制动器。另一类固定元件的金属背板和摩擦片也呈圆盘形，制动盘的全部工作面可同时与摩擦片接触，这种制动器称为全盘式制动器。钳盘式制动器又可分为定钳盘式和浮钳盘式两类。 盘式制动的优点：由于制动系统没有密封，因此制动磨损的细削不到于沈积在制动上，盘式制动的离心力可以将一切水、灰尘等污染向外抛出，以维持一定的清洁。此外由于盘式制动零件独立在外，要比鼓式制动更易于维修。盘式制动的缺点：制动器和制动管路的制造要求较高，摩擦片的耗损量较大，成本高。而且由于摩擦片的面积小，相对摩擦的工作面也较小，需要的制动液压高。盘式制动器由液压控制，主要零部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。制动盘用合金钢制造并固定在旋转原件上，随旋转原件转动。分泵固定在制动器的底板上固定不动。制动钳上的两个摩擦片分别装在制动盘的两侧。分泵的活塞受油管输送来的液压作用，推动摩擦片压向制动盘发生摩擦制动，动作起来就好像用钳子钳住旋转中的盘子，迫使它停下来一样。这种制动器散热快，重量轻，构造简单，调整方便。特别是高负载时耐高温性能好，制动效果稳定，而且不怕泥水侵袭，盘式制动比鼓式制动更容易在较短的时间内制动。有些盘式制动器的制动盘上还开了许多小孔，加速通风散热提高制动效率。反观鼓式制动器，由于散热性能差，在制动过程中会聚集大量的热量。制动蹄片和轮鼓在高温影响下较易发生极为复杂的变形，容易产生制动衰退和振抖现象，引起制动效率下降。（1）定钳盘式制动器 定钳盘式制动器。跨置在制动盘 1 上的制动钳体 5 固定安装在固定元件 6上，它不能旋转也不能沿制动盘轴线方向移动，其内的两个活塞 2 分别位于制动盘 1 的两侧。制动时，制动油液由制动总泵(制动主缸)经进油口 4 进入钳体中两个相通的液压腔中，将两侧的制动块 3 压向与旋转原件固定连接的制动盘1，从而产生制动。 这种制动器存在着以下缺点：油缸较多，使制动钳结构复杂；油缸分置于制动盘两侧，必须用跨越制动盘的钳内油道或外部油管来连通，这使得制动钳的尺寸过大；热负荷大时，油缸和跨越制动盘的油管或油道中的制动液容易受热汽化。14图 1.3 定钳盘式制动器（2）浮钳盘式制动器 浮钳盘式制动器，制动钳体 2 通过导向销 6 与固定元件 7 相连，可以相对于制动盘 1 轴向移动。制动钳体只在制动盘的内侧设置油缸，而外侧的制动块则附装在钳体上。制动时，液压油通过进油口 5 进入制动油缸，推动活塞 4 及其上的摩擦块向右移动，并压到制动盘上，并使得油缸连同制动钳体整体沿销钉向左移动，直到制动盘右侧的摩擦块也压到制动盘上夹住制动盘并使其制动。与定钳盘式制动器相反，浮钳盘式制动器轴向和径向尺寸较小，而且制动液受热汽化的机会较少。15图 1.4 浮钳盘式制动器盘式制动器的特点 盘式制动器与鼓式制动器相比，有以下优点：一般无摩擦助势作用，因而制动器效能受摩擦系数的影响较小，即效能较稳定；浸水后效能降低较少，而且只须经一两次制动即可恢复正常；在输出制动力矩相同的情况下，尺寸和质量一般较小；制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小，不会象制动鼓的热膨胀那样使制动器间隙明显增加而导致制动踏板行程过大；较容易实现间隙自动调整，其他保养修理作业也较简便。对于钳盘式制动器而言，因为制动盘外露，还有散热良好的优点。盘式制动器不足之处是效能较低，故用于液压制动系统时所需制动促动管路压力较高，一般要用伺服装置。2 制动系整体方案确定设计参数：泵房20吨； 16坡度20；工作时需要制动力1 吨；制动器开口（行程）5mm；重达20吨的泵车在坡度为20 o的斜坡制动，其整体方案的确定，需要对其所需要的制动器进行选择，常用的标准系列制动器有电力液压块式制动器、电磁块式制动器、盘式制动器等等，其设计选用一般按类型选择、规格计算、校核验算步骤进行，并依据或考虑诸多相关的因素。2.1 制动器的类型选择制动器的一般选择的原则：(1) 根据主机或机构的产品标准要求和实际需要确定制动器的类型，如标准规定，起升机构必须设置常闭式制动器，行走或回转机构可选用常开式制动器。(2) 考虑应用场所，如制动器安装地点有足够的空间，可选用块式、带式制动器或臂式盘式制动器，空间受限制时，可选用内蹄式或钳形盘式制动器。(3) 考虑配套主机的使用环境，对渗漏油有严格要求的场合应选用电磁或气动制动器，对环境温度较高的冶金场合可选用绝缘等级较高的电力液压制动器或冶金型电磁制动器。在环境温度较低或较高的室外场所使用电力液压制动器时，应注意更换相应牌号的液压油；在含铁粉严重的环境中，应避免使用电磁铁制动器，防止粉尘进入磁铁间隙影响电磁铁的吸合。(4) 对于特殊或重要的场合，应根据需要增设制动器的附加功能。在温度较低的环境中，可使用电力液压推动器的加热器；对启动与制动过程转换有严格要求时，加装行程开关以了解制动器的开闭状态；对于维护、调整教难实施的环境，可加装制动间隙均等装置或摩擦片磨损自动补偿装置；增设手动松闸装置可在特殊情况下人工打开制动器。(5) 为了减缓制动器的磨损，减轻因制动过猛产生的冲击和震动，推荐支持制动和控制制动并用。控制制动一般为电力制动，如再生制动、反接制动、能耗制动和涡流制动等。电力制动仅用于消耗动能，使机构安全减速。在与电力制动并用时，支持制动器的最低安全系数应单独满足原有的规定。也可采用二次制动减少磨损和冲击，第1次制动用于消耗动能使机构安全减速并停止，第2次制动确保支持制动的安全，如用于防风制动。国家标准规定：对吊钩式提升机，当起升机构工作级别等于或高于M4 且额定起升速度等于或高于 5m/min 时，应采用电气制动方法，保证在（0.21.0）倍额定起重范围内的载荷下降时，制动前的电机转速降至1/3 以下。(6) 常规标准制动器的工作环境中不得有易燃易爆及腐蚀性气体，如环境状况超出有关规定，应选用防爆型制动器，如井下输送机用制动器。据以上综合分析，制动系统使用盘式制动器，可以在有限的设备布置空间内，尽可能多设置制动单元，使得提升系统的制动失效概率降至最小。采用对称式管路布置，以均衡各制动器之间的动作时间，保证制动的同时性和可靠性。17另外，液压泵站可采用的中高压液压驱动设计和较小的工作流量，以减少液压系统的沿程阻力损失和局部压力损失，减少管路内部油液撞击。以上各个特性可以表明：液压盘式制动系统是一套常闭制动系统，较之以往的采用块式制动器的系统具有制动原理简洁可靠，上闸响应快，多点制动同时性好等特点。盘式制动器具有结构紧凑、可调性好、动作灵敏、重量轻、惯性小、安全程度高、通用性好等优点，而且盘式制动器成对使用，制动时主轴不承受轴向附加力。故选用液压盘式制动器比较容易实现控制及安全制动。2.2 制动器方案确定液压盘式制动器是一种新型高性能制动器如图2.1，它靠液压缸的压力油松闸、靠碟簧组的弹簧力制动。当油通过油口进入液压缸时，碟型弹簧组被压缩，随着油压p的升高，碟簧组压缩并且储存弹簧力，弹簧力越大闸瓦离开钢轨的间隙越大，此时盘式制动器处于松闸状态。当油压p降低时，弹簧力释放，推动活塞、活塞杆及闸瓦向钢轨方向移动，当闸瓦间隙为为零后，弹簧力作用在钢轨上，并产生正压力，随着油压p的降低正压力加大，当油压p为零时，正压力最大，在正压力的作用下，闸瓦与钢轨间产生摩擦力，即制动力最大。该盘式制动器结构简单，易加工，易修理，给工人降低了劳动强度，同时它的可靠性非常高。图 2.1 液压盘式制动器2.2.1 液压缸盘式制动器有碟型弹簧和液压缸组成。液压缸由缸体组件(缸筒、端盖等)、活塞组件(活塞、活塞杆等)、密封件和连接件等某本部分组成。此外，一般液压缸还设有缓冲装胃和排气装置在进行液压缸设计时应根据工作压力、运动速度、工作条件、加工工艺及装拆检修等方面的要求综合考虑缸的各部分结构。不同的液压缸有不同的设计内容和要求，般在设计液压缸的结构时应注意以下几个问题：18(1) 尽量使液压缸的活塞杆在受拉状态下承受最大负载，或在受压状态下具有良好的纵向稳定性。(2) 考虑液压缸行程终了处的制动问题和液压缸的排气问题。缸内如无缓冲装置和排气装置，系统中需有相应的措施，但是并非所有的液压缸都要考虑这些问题。(3) 根据主机的工作要求和结构设计要求，正确确定浓压缸的安装、固定方式。但液压缸只能一端定位。(4) 液压缸各部分的结构需根据推荐的结构形式和设计标准进行设计，尽可能做到结构简单、紧凑、加工、装配和维修方便。2.2.2 碟形弹簧蝶形弹簧是用金属板料或锻压而成的截锥形截面的垫圈式弹簧。1、碟形弹簧的材料及成型后的处理：碟形弹簧的材料应具有高的弹性极限、屈服极限、耐冲击性能和足够大的塑性变形性能。目前我国常用 60Si2MnA 和 50CrVA 或机械性能与此接近的弹簧钢制造。（1）弹簧盛成型后，必须进行了热处理，即淬火、回火处理淬火次数不得超过两次。碟簧淬火、回火后的硬度必须在 4352HRC 范围内。（2）经热处理后的碟簧，其单面脱层的深度，对于厚度小于 1.2mm 的碟簧，不得超过其厚度的 5%；对于不少于 1.25mm 的碟簧，不得超过其厚度的 3%，其最小值允许为 0.06mm（3）碟簧应全部进行强压处理。处理方法为：一次压平，持续时间不少于12%，或短时压平，压平次数不少于 5 次，压平力不小于 2 倍的 F。碟簧经强压处理后，自由高度尺寸应确定。在试验的条件下，其自由高度应在规定的极限偏差范围内。（4）对于承受变载荷的碟簧，内锥面推荐进行表面强化处理，例如喷丸处理等（5）根据需要碟簧表面应进行防腐处理。经电镀处理后的碟簧必须进行去氢处理。对于承受变载荷作用的碟簧应避免采用电镀的方法（6）碟簧表面不允许有毛剌，裂纹，斑疤等缺陷。2、碟形弹簧的特点是：（1）刚度大，缓冲吸振能力强，能以小变形承受大载荷，适合于轴向空间要求小的场合。（2）具有变刚度特性，可通过适当选择碟形弹簧的压平时变形量和厚度 t之比，得到不同的特性曲线。其特性曲线可以呈直线型、渐减形或是它们的组合，这种弹簧具有很广范围的非线性特性。（3）用同样的碟形弹簧采用不同的组合方式，能使弹簧特性在很大范围的变化。可采用对合、叠合的组合方式，也可采用复合不同厚度，不同片数等的19组合方式2.3 液压系统方案设计液压系统选择开式供油回路，液压泵从油箱吸油输入供油管路，进入液压缸推动活塞，完成制动器松闸。制动时，液压油通过电磁换向阀排回油箱，由碟形弹簧完成制动。1、液压传动与控制的优点：（1）同其他传动方式比较，传动功率相同，液压传动装置的重量轻，体积紧凑。（2）可实现无级变速，调速范围大。（3）运动件的惯性小，能够频繁迅速换向；传动工作平稳；系统容易实现缓冲吸震，并能自动防止过载。（4）与电气配合、容易实现动作和操作自动化；与微电子技术和计算机配合，能实现各种自动控制工作。（5）元件已基本上系列化、