矿井提升机可靠盘式制动器设计【含2张CAD图+说明书1.1万字29页，开题报告文献综述】
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开题报告+文献综述.doc
设计说明书.doc[11000字，29页]
液压原理图.dwg
制动器.dwg
矿井提升机可靠盘式制动器设计
摘要：制动系统是矿井提升机重要的安全系统，制动器则是制动系统的执行机构，其性能好坏直接影响提升机的安全。盘式制动器具有热稳定性好、反应灵敏等优势，但是盘式制动器本身也存在一些问题。本文主要介绍的是矿井提升机盘式制动器的设计，表明了提升机制动器的研究现状以及现状。在本次设计中，首先完成了液压部分的计算：其中包括液压系统原理图的设计，调试液压系统后，根据给定的基本参数做出液压泵、电动机、联轴器、蓄能器、过滤器、管道的计算并选择出合适的液压零件。之后完成了盘式制动器的设计与计算：通过计算确定动力矩，然后计算制动器的额定正压力，最后是碟形弹簧的计算。
关键词：矿井提升、盘式制动、研究状况、原理图、液压泵、电动机、额定正压力
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｄｉｓｃ Ｂｒａｋｅ ｆｏｒ Ｍｉｎｅ Ｈｏｉｓｔ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Braking system is an important safety system of mine hoist，Brake is the actuator of the braking system.Its performance directly affects the safety of hoisting machine.Disc brake has the advantages of good thermal stability, sensitivity and so on,but there are some problems in the disc brake itself.This paper mainly introduces the design of the disc brake of mine hoist.It shows the research status and the status quo of the actuator of the lifting mechanism.In this design,first completed the calculation of the hydraulic parts: including the design of the hydraulic system schematic.Including the design of the hydraulic system schematic diagram.After commissioning the hydraulic system,according to the given basic parameters to make the hydraulic pump, motor, coupling, accumulator, filter, pipe calculation and select the appropriate hydraulic parts.After the completion of the disc brake design and calculation,determine the dynamic torque by calculation then calculate the rated positive pressure of the brake.The last is the calculation of the disc spring.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Mine hoist、disc brake、research status、schematic diagram、 Hydraulic pump、Motor、Rated normal pressure
目 录
摘要 I
Abstract II
目录 III
1 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 提升机制动器的研究现状 1
2 液压系统设计 3
2.1 液压系统原理图的设计 3
2.1.1 盘式制动系统的组成 3
2.1.2 液压站原理图 4
2.2液压系统的计算和液压元件的选择 8
2.2.1液压泵的计算与选择 8
2.2.2电动机的计算与选型 11
2.2.3联轴器的选型 12
2.3辅助元件的计算与选择 13
2.3.1 蓄能器的选择与安装 13
2.3.2过滤器的选型 15
2.3.3管道 16
3盘式制动器的设计与计算 17
3.1盘式制动器的计算条件 17
3.2盘式制动器制动力矩的确定 17
3.3盘形制动器额定正压力计算 19
3.4碟形弹簧的计算 21
参 考 文 献 25
致 谢 26
- 内容简介：
-
毕 业 设 计 任 务 书 1毕业设计的任务和要求： 制动器关系着矿井提升机的重要安全问题，依靠蝶形弹簧的预压缩张力使闸瓦压向制动盘，从而产生制动力矩。目前国内的矿井提升机均使用盘式制动器，因此，对其的设计及校核是矿井提升机安全生产的重要一环。本课题要求学生根据制动装置基本参数设计一套矿井提升机盘形制动器，包括制动器、液压泵站等基本元件，保证系统能够稳定运行。 2毕业设计的具体工作内容： （ 1）矿井提升机制动装置基本参数：盘形闸副数： 12 副，制动缸面积： 133动半径： 瓦摩擦系数： 压站最大压力： 大流量： 600L，比例阀放大器控制信号： 0作油温： 15C，油液加热：自动电加热，油液冷却：自动风冷却，外形：封闭式。 （ 2）根据基本数据，计算盘形制动器最大正压力、最大工作油压、闸瓦最大比压等基本参数。 （ 3）设计盘形制动器结构。 （ 4）液压泵站系统设计。 毕 业 设 计 任 务 书 3对毕业设计成果的要求： （ 1）毕业设计说明书，内容须包括零部件基本参数的计算 （ 2）盘式制动器装配图 1 张 （ 3）液压原理图 1 张 （ 4）相关外文文献翻译 1 份 4毕业设计工作进度计划： 起 迄 日 期 工 作 内 容 2016 年 2 月 29 日 3 月 20 日 3 月 21 日 4 月 18 日 4 月 19 日 5 月 19 日 5 月 20 日 6 月 10 日 6 月 11 日 6 月 13 日 文献检索、撰写开题报告 盘形制动器看基本参数计算及校核 液压泵站设计 绘制零件图及装配图 设计答辩 学生所在系审查意见： 系主任： 2016 年 2 月 29 日 英文原文 : on of on on A is to is to to In is of be as or in a on A to A be or of is in of in of do of of in a of of is in a on to of no of of or of of be is in on In in to a a or or on or In on in In is a in of In is a in of to of of is A of to a a It is in a is in of a of is by of in is to to As to of of in to to of is to a in is it a a is a to of a or to in on of is it to of is As is to on or in it to on of is of of to is to to of to on or is of to of As to a of a of of a In do 外文翻译： 盘式制动器 许多汽车所有四个车轮，盘式制动器是用在大多数轿车的前轮上。制动盘安装在轮毂上随着轮胎和车轮转动。当汽车制动时，液压主缸推动摩擦片使其停止转动。 在盘式制动器的转动部件中，制动盘通常是使用铸铁制造。轮毂和制动盘可制造为一体或两部分。制动盘的每个面都要加工为制动表面。一块防护板，安装在转向节上，保护制动盘不被飞溅物污染。 制动盘可以是实心或有通风孔。拥有通风孔的制动盘表面之间设有散热片。这种结构大大提高了制动盘的散热面积。此外，当车轮在运动时，这些风扇型散热片在制动盘旋转时增大空气流通并提供更有效的制动冷却。盘 式制动器不会受热变形，即使快速、强制制动，原因就是制动盘的快速冷却。 液压和摩擦部件都安装在制动钳总成中。制动钳跨越轮毂和制动盘外径。当制动器作用时，通过活塞推动制动块在夹紧制动盘的过程中产生压力。由于在制动过程中液压压力等于应用于制动盘两侧，制动盘没有出现变形，无论过程的压力多大和持续时间。也有许多种制动钳，但他们都可以分为两大类：移动和固定卡钳。固定式卡钳是固定在一个固定的设计位置上。在移动式设计中，制动卡钳相对于制动盘移动。 大多数晚期制造的汽车使用移动式卡钳。在设计中采用一个单独的液压活塞和能够在制动过程中滑动或摆动的卡钳。在滑动设计中卡钳在导向销上移动。在摆动式设计中，卡钳在垂直表面内摆动。这两种设计的工作方式基本相同。 在单活塞浮动卡钳中，单活塞卡钳大多是由一个单一的铸件构成，其中包含一个大型钻孔作为铸件的内侧部分。内侧是指卡钳安装时靠近汽车铸件的一面。制动液入口孔和排气孔的加工成的卡钳内侧部分，直接连接到活塞孔。 制动钳缸包含一个活塞和密封圈。该密封圈具有矩形截面。它坐落在一个在缸体的加工孔槽。适合的密封活塞周围的外径， 并提供了活塞与缸壁液压密封件。长方形的密封圈提供制动盘和制动块之间的间隙自动调整。当汽车制动时，密封圈在活塞给予的摩擦力作用下变形。当液压压力释放，密封放松，并变回其原来的长方形，回缩进入气缸的正常运行提供足够的间隙活塞。由于制动器衬片的磨损，活塞行程往往超过了密封圈地挠度限制。因此，活塞密封圈能够精确对衬片的磨损进行补偿。 加工活塞的顶部孔安装一个密封防尘罩。在许多卡钳活塞是钢制造的，精密研磨，镀铬和镍，给它一个非常艰难和持久的表面。一些制造商使用的是塑料活塞。这远远比钢轻 ,提供一个更轻的制动系统。活塞的 塑料绝缘良好，并防止传递制动液的热量。每个钳包含两个背板和摩擦衬块组件。他们粘接或铆接或压嵌在一起，并在卡钳中安装在制动盘的两侧。最接近汽车中心的制动衬块被称为内侧制动衬块。另一侧称为外侧制动衬块。 正如已经提到的，浮动卡钳是在两个导向销上固定。在汽车制动时，活塞后面的液体压力增加。压力施加在活塞的底部和气缸底部。作用于活塞的压力传递到内侧制动衬块上，迫使制动盘与内侧制动块摩擦。作用于气缸孔底部的压力迫使制动卡钳向着内侧端的导向销移动。由于制动钳的移动，使外侧制动衬块与制动盘接触，迫使外侧制动衬块对制动盘摩 擦。随着制动压力的积累，内外制动块反相压紧制动盘，使汽车停了下来。 制动压力释放实际上会产生一个相对活塞和卡钳非常轻微的运动。在释放的工程中，活塞及制动卡钳只是进入到一个放松和释放的位置。在释放的位置，制动衬块从制动盘的表面收回。 英文 原文 ： s on of is on is to to on of of of of in of 0% 80%, so to to of is to s of is by to to as of On to to of of of no to to on of it is of is is to be of is to a of to of is be in of of is in on in of in a on of so of of to to if in in of s of to to is of no .9 L, is s of of is of of in of so on is in to of ro/e, d to of do in of of of to of to in no be to in to of of is of is to is m , be to of in in he to by of of of of of of is is of of of in of is of so to as as nc in at of of to a as as of a in of of &is in a of as a or a as a be &is be of is an or of is or of is is in on in on 6 of at of be to by to in is s In gm in is or of to of in on so to to of is a as we in of NC to is of to to of we on NC 外文文献翻译 : 中国的 工程师和用户还停留在前盘后鼓的理念上，而前、后盘式制动器的应用才是商用车提高制动性能的最佳方案。由于后鼓式制动器在温度升高后，制动性能衰减很大，导致前轴上盘式制动器承受不应承担的过多负载，致使盘式制动器的过载，制动片寿命的缩短。因轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的 70% 80%，所以前轮制动力要比后轮大。生产厂家为了节省成本，就采用了前轮盘式制动，后轮鼓式制动的混合匹配方式。采用前盘后鼓式混合制动器，这主要是出于成本上的考虑。随着我国国民经济的快速发展，普通消费者对汽车安全和环 保要求日益提高，微型汽车行业从微型货车起步，过渡到微型客车，再提升到使用微型轿车作为代步工具，成为历史发展的必然；另一方面，所有微型汽车企业已将主要资金和力量转向微型轿车行业，推出适应消费者不同需求的微型轿车产品，一些民营企业也将微型轿车作为进入汽车市场的突破口，不断的价格大战，使得微型轿车价格已不再“曲高和寡”，开始贴近普通百姓。 盘式制动器主要有钳盘式和全盘式两种，现代汽车上应用最多的就是钳盘式制动器，它的旋转元件是制动盘，固定元件是制动钳。而根据制动钳的运动方式又可分为定钳盘式制动器、滑动钳盘式制动器 和钳盘式制动器，其中滑动钳盘式制动器应用更广。钳盘式制动器的工作原理就类似于自行车上的刹车，在制动过程中，制动钳将制动块挤压到制动盘上，随着制动盘和衬块之间的摩擦逐渐的将速度降下来。而滑动钳盘式制动器就是制动钳可以相对制动盘作轴向滑动；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。盘式制动器在使用过程中，也会出现故障，其中比较常见的有气阻、制动力不足和制动时有噪声等 。 盘式制动器的发热部位集中在很窄的制动衬块上，其单位压力又比鼓式制动器大，制动衬块和钳体的活塞直接接触，因此制动时的热量极易传给制动 液。这样，使盘式制动器容易产生气阻现象。但是，若采取相应的措施，也可防止气阻现象的发生。 微型及普及型汽车在我国有很大市场，近年来内需扩大带动了对微型汽车市场需求量的增加。有关部门认为中国经济已经进入适度增长的平台，这必将拉动汽车市场的稳定增长。去年，中国各企业效益好转，居民可支配收入增加，致使个人对汽车需求提高；国家实施西部大开发战略，对微车市场无疑也是巨大的潜在需求。从 格适合我国国情 ,适合正在发展的中国的现况。汽车制动器钳体支架是汽车重要零件之一，随着现在设计加工制造技术的发展，制 动器钳体支架的材料及加工手段等也在不断发展，确定加工工艺与装夹方案及设计，从而达到对汽车制动器钳体支架加工工艺进一步更深了解 。 主要用到的软件有 用 软件进行三维实体零件的精确建模 ,直观地再现了零件，准确体会设计意图，为零件以后的工艺安排提供帮助。 软件的 块和 件结合起来做有限元分析 ,分析加工过程中产生的最大位移和最大应力 ,为切削用量和刀具尺寸的选择提供可靠的依据。本课题利用 件编制出包括制订工艺路线和工序 设计在内的完整工艺文件，提高了工艺的标准化和规范化。早发现并解决。根据查新检索，这在加工行业里，还没有人作过相应的介绍。 E 软件可以精确地建立各种庞大复杂的模型。 件在产品制造前预先发现潜在的问题，但它的建模能力比较弱。这 2 个工具结合起来 ,扬长避短 , 充分发挥 2 种软件的优势 ,是研究开发复杂机械结构的首选方案。这也是我选择这两个软件的原因。以往工程人员利用 完成三维实体零件设计，再运用 零件结构进行有限元分析，找出结构薄弱的地方，从而进行改进。而我是将 、 用到零件的工艺过程设计当中，使得过去只有在工艺过程的实际实施中，才能暴露出来的工艺缺陷，在工艺设计阶段就能够及本工件采用误差复映法计算加工余量，其定义是：外表面加工时，其最小加工余量（ 被加工零件相邻两工步的两个最小极限尺寸之差 ;其最大加工余量（ 被加工零件相邻两工步的两个最大极限尺寸之差。内表面加工时，其最小加工余量是被加工零件相邻两工步的最大极限尺寸之差 ;其最大加工余量是被加工零件相邻两个工步的最小极限尺寸之差。 采用辅助时间与基本时间重合的方法，采用双工作台的 加工中心，使工作人员在工件切削加工过程中完成辅助工作，另外，因为工作台的面积比较大，而零件的体积相对来说又很小，所以可以采用一次加工多个零件的办法，使得零件的单件加工时间尽可能少，经查得双工作台数控加工中心的面积可以同时排布四个零件。采用旋转工作台，两个工件在加工的同时，装夹另外两个工件，工作台旋转，加工刚刚安装的两个工件。 切削用量的选择和工时定额的制定。正确地选择切削用量，对提高切削效率，保证必要的刀具耐用度和经济性，保证加工质量，具有重要的作用。合理选择加工时切削用量应该首先选择一个尽量大的背吃刀量， 其次选择一个较大的进给量，最后在刀具耐用度，工艺系统刚度，机床功率许可的条件下 ,选择合理的切削速度。工时定额也称时间定额是在一定的技术组织条件下制定出来的完成单位产品（例如一个零件）或某项工作（如一个工序）所必须消耗的时间。工时定额不仅是衡量生产率的指标，也是安排生产计划，计算生产成本的重要依据，也是新建或扩建工厂（或车间）时计算设备和工人数量的依据。 制动钳体是轿车盘式制动器上的关键件，制动动作是在钳体上最终完成的。安装在钳体上的零件有 11 种共 16 件。其中比较重要的零件有：制动钳活塞，制动钳支架，活塞密封 圈，摩擦块，制动钳轴销，弹簧片与放气螺塞等。工作室，制动液通过钳体进油口将压力传给制动钳活塞，然后由制动活塞将压力传给前摩擦块，压紧制动盘，并使钳体在制动钳轴销上滑动，带动后摩擦，也压紧制动盘，完成制动动作。轿车盘式制动器制动钳体外形复杂，结构特殊，材料为 度为 工余量为 3位公差要求较严。该产品是汽车重要零部件，并关系到我国汽车盘式制动器实现国产化的问题。在现有通用机床上完成或加工难度较大的制动钳体，尤其是内腔槽型的加工，就必须确定合理的工艺流程，采用工装来保证 加工的质量。因为在通用机床上加工，所以毛坯基准面定位要重复使用，就要求有精确的定位基准面，这与用加工中心加工是有很大差异的。如槽型加工我们是在 控机床上用单刀精车内腔，来保证槽型精度，检测是用解剖投影和投影后修正的方法。 目前正进行大批量生产的工艺准备工作，根据汽车工业“高起点，大批量，专业化”的方针，我们确定了立足国内设备，节省资金投入，选用了 控铣床。 毕 业 设 计 开 题 报 告 文 献 综 述 现代工程施工、建筑与矿山开采离不开提升机械。矿井提升机担负着沿井筒提矿石、下放物料、升降人员和设备的任务，在采矿生产活动中占有极其重要的地位。矿井提升的作用决定了提升机必须具备安全可靠、高效经济等特点。矿井生产要求提升设备能长期连续可靠运转，并最大限度的降低事故发生率和检修时间；同时，提升机属于大型矿山设备，其功率大、耗电多，造价和运转费用影响矿井生产技术经济指示。尤为重要的是提升机的安全可靠性，不仅影响整个矿井 生产，而涉及人员的生命和财产安全，因此，世界各国都对矿井提升机的安全可靠性提出了极其严格的要求。 盘式制动器是矿井提升机的重要安全装置，它具有惯量小、动作快、灵敏度高、制动力矩可调等优点。目前生产的矿井提升机大都采用盘式制动器，特别是在多绳摩擦提升机上几乎全部采用盘式制动器。由于制动器制动性能与制动力矩有关，而制动力矩的大小又直接影响矿井提升的安全性，因此，国内外学者都十分重视对制动器制动性能的研究。大多数研究仅考虑如何调定制动力矩以使系统紧急制动时不发生钢丝绳滑动，而对制动器本身的摩擦制动特性研究甚少，这 也是盘式制动器研究难以进一步深入下去的关键所在。 盘式制动器主要由制动器架体、外缸筒、油缸、活塞、密封圈、蝶形弹簧、连接轴、制动衬垫、闸盘、液压管路等部分组成。 1 工作原理 提升机制动器一般由执行系统、驱动系统、控制 系统等组成，主要零部件有制动闸片、制动衬垫、制动缸体、活塞、碟形弹簧和液压管路等。制动器通过碟形弹簧和液压动力来驱动机械部件的运转，达到制动的功能。泵体固定在制动器的底板上，部分制动器 用一个泵体控制两侧的闸片；部分制动器用两个泵体分别装在制动盘的两侧，控制各自的闸片。盘式制动器工作原 理如图所示，提升机制动时，蝶形弹簧的预压力迫使活塞向制动盘移动，将制动闸片推出，使闸片与卷筒的制动盘接触，并产生正压力，形成摩擦力而产生制动。提升机制动系统松开闸时，油缸腔中充入压力油，使活塞压缩蝶形弹簧，并带动闸片向后移动离开制动盘，解除制动力。这样的工作方式安全可靠，保 证提升机系统突然停电或发生其他意外时，制动器处于制动状态，避免意外事故发生。制动 闸片嵌合在泵体外部的槽中，并用压板、螺钉固定。 控制系统则是通过对驱动系统进行控制，使执行系统按照预定的要求进行操作。 盘式制 动器工作原理图 2 制动管路方案选择 制动管路将液压泵站提供的液压油传递到制动油缸中，给活塞加压，通过活塞压缩蝶形弹簧，使制动器脱离制动状态。制动系统的液压油路设计方式有多种。在此设计中，选用两支路并联供油，四油缸制动。其液压油路布置如图所示，总管路分支为 1、 2 两个支路，每个液压支路给斜对角的两副制动油缸供油，两个支路上接单向节流阀，使得1、 2 两个支路所控制的制动油缸在制动的时候，支路 2 供油的一组制动油缸的制动会比支路 1 供油的一组制动油缸的制动稍微延后一些，这样就实现了二级制动，设计上更加符 合煤矿安全规程的要求。 制动系统盘式制动闸分布及液压管路布置 3 盘式制动器的性能要求 随着科技的进步，盘式制动器设计也在向着安全可靠、运行稳定、操作方便、故障率小、实用性强和应用广泛的方向发展。驱动方面，对于液压驱动的制动器，采用双液压站、双油路，具备双液压站并联运行、单液压站之间互相备用等运行方式。这样不但有了良好的液压回油油路，使液压油流动通畅，不易受阻，而且当其中一个液压站出现问题停止工作时，另一个液压站会马上响应，进行制动或松闸，以保障提升机设备安全制动和正常运行。制动 方面，结构的设计要求越来越高，在制动力矩方面，要求静态制动安全系数大于等于 3 倍的最大静张力。这样可使正常停车时制动稳定、安全，在制动时，提升吊笼加速度值适中，冲击力小，运行平稳。在施工安全方面，具有各种载荷和提升状态下的无滑绳设计，即当吊笼突然下坠或紧急制动时，要达到应有的制动效果，保障施工人员的生命安全。在制动平稳和运行可靠方面，具有恒减速和恒力矩的安全制动，系统可根据工况自动切换，能够在不同载荷、 不同运行方向、不同位置情况下，自动实现预定减速度的安全制动。监测方面，要求制动系统具有自动测试、监测重要液压阀和储能器的功能，并为每个制动器配置模拟 气隙传感器，准确在线监测闸片气隙，以便及时发现制动潜在问题；具有友好的人机界面，显示系统各种重要参数，如油压、闸气隙、弹簧疲劳、油位、油 温、制动状态和故障信息等，并可方便地进行系统测试。机械结构方面，采用组合阀块，使液压站器件连接简单，结构优化，易于维护。 参考文献 ： 1 贾玉景，代颖军 J. 机床与液压 , 2014（ 10） . 2 冯敏 J. 煤矿机 械 , 07） . 3 冯树旭 D. 长沙： 中南大学 ， 2005. 4 苏长胜 矿自动化 M. 2013. 5 彭佑多，张永忠 J. 中国安全科学学报 ， 2002， 12（ 6） . 6 杨晓明 ,邱清盈 ,冯培恩 ,潘双夏 J 中国机械工程， 2005. 7 陶林裕 D. 长春： 吉林大学 ，2011. 8 汝岑 J. 中小企业管理与科技 (上旬刊 ),2011. 9 刘峰 J. 机电产品开发与创新 ,2011. 10程广振 ,江桂兰 . 矿井提升机润滑油压力和油箱液位指示报警系统的设计J 工矿自动化 ， 2010(9) 11张德坤 ， 葛世荣 ， 张明 ， 郑如意 J. 矿山机械 ， 1997. 12 of in WM 2013,18(2):587 13 An of in 994,30(5):132614,000:56815 ,of to 2003,36(1):217 毕 业 设 计 开 题 报 告 指导教师意见 ： 闫帅同学学习态度较为认真，态度端正，在开题报告写作工程中，能够与导师反复沟通讨论，对毕业设计任务书中的要求能够较为深刻的理解。 文献综述部分阐明了课题的最新研究动态，工作时间安排较为合理，需要进一步神话对其研究内容的理解，并且需要对研究方案细化。 指导教师： 2016 年 3 月 20 日 所在系审查意见： 同意开题 系主任： 2016 年 3 月 22 日 I 矿井提升机可靠盘式制动器设计 摘要： 制动系统是矿井提升机重要的安全系统，制动器则是制动系统的执行机构，其性能好坏直接影响提升机的安全。盘式制动器具有热稳定性好、反应灵敏等优势，但是盘式制动器本身也存在一些问题。本文主要介绍的是矿井提升机盘式制动器的设计，表明了提升机制动器的研究现状以及现状。在本次设计中，首先完成了液压部分的计算：其中包括液压系统原理图的设计，调试液压系统后，根据给定的基本参数做出液压泵、电动机、联轴器、蓄能器、过滤器、管道的计算并选择出合适的液压零件。之后完成了盘式制动器的设计与计算： 通过计算确定动力矩，然后计算制动器的额定正压力，最后是碟形弹簧的计算。 关键词： 矿井提升、盘式制动、研究状况、原理图、液压泵、电动机、额定正压力 ： is an of is of of of so on,in of of of of of of of to to of by of is of ： 录 摘要 . I . 录 . 绪论 . 1 述 . 1 升机制动器的研究现状 . 1 2 液压系统设计 . 3 压系统原理图的设计 . 3 式制动系统的组成 . 3 压站原理图 . 4 和液压元件的选择 . 8 . 8 . 11 . 12 . 13 能器的选择与安装 . 13 . 15 . 16 3 盘式制动器的设计与计算 . 17 . 17 . 17 . 19 . 21 参 考 文 献 . 25 致 谢 . 26 1 1 绪论 述 矿井提升设备可 以提升煤炭和工作人员。它能够连接井下工作和地面的基地 ,。所以矿井提升设备对于安全是十分重要的 。 因此 ,在矿山生产的各种问题中安全是最重要的，矿井提升机运行的可靠性也是非常关键的 ,而提升机的 制 动系统能够在危险的形势下有保护的作用。 工作装置和传动装置是提升机制动器的主要组成部分 ,它们的作用分别是产生摩擦力矩；解除或者产生摩擦力矩 3。 液压盘式制动器的好处很多，主要有以下几点 :制动力可以互相组合，结构比较紧凑：制动闸可以相互交换使用，非常方便；反映非常迅速多副盘闸工作的时候可靠性非常高。 盘式制动器是 机电一体化设备。它主要是由制动盘和制动闸构成的。动力矩之所以会有，是因为制动盘和闸瓦摩擦，因此调整一下闸瓦给制动盘形成的的正压力就可以 ,制动器中正压力的数值与液压系统的控制油压是成比例的。 升机制动器的研究现状 目前 ,进口和国产的提升机大部分采用的都是液压盘式制动器 ,国内外很多学者都努力研究提升机 ,主要有下面几点。 (1)结构的改造 制动是非常重要的，不然会引发事故，当然，效果低的原因也是有很多的，例如提升机制动力矩小、闸瓦间隙调整不均匀、闸瓦表面粗糙度大等。可以把不合理的设计改进 ,例如外簧复位等 。 (2)监测的方法 在液压站中监测装置能够实现正常的监测 ,而且能够扫描出残余的压比较高、闸瓦出现磨损等故障。 (3)可靠性的分析 提升机制动的执行机构是制动器 ,主要的故障时制动力矩不足。在碟形弹簧中，碟形弹簧所受的正压力和制动盘与闸瓦间的摩擦系数是决定制动力矩的关键。制动力不够的原因有两点： 1闸瓦间摩擦的系数变小， 2在制动时正压力失 2 去作用。所以我们要对制动器的日常维修和护理，这样就可以保证它工作时的可靠性和安全性。 3 2 液压系统设计 液压系统是非常重要的，它在整个矿井提升机设计里面是很重要的 ，我们可以由机器的作用、工作的要求和特点，先模拟出比较适当的液压系统图是它的工作，然后在通过计算得出液压系统的各项基本参数，最后从众多的元件当中选取合适的液压元件来进行设计。 压系统原理图的设计 式制动系统的组成 盘式制动器由液压控制系统、机械制动系统以及配套的电控系统组成。图2 图 2式可控制动装置的组成及控制框图 （ 1）机械制动系统 机械制动系统的核心是制动油缸、制动盘和制动闸瓦。制动油缸非常重要，它的作用是为制动提供需要的正压力。制动盘则可以产生制动力矩。在液压控制系统中有比例溢流阀，通过它可以控制制动油缸中油压的大小，即调整正压力，便可以将制动力矩的大小控制。制动盘和制动闸瓦的材料分别用 16M n 钢和无石棉环保型闸瓦。 （ 2）液压控制系统 液压控制系统的主要作用是调节制动油缸的工作油压。液压控制系统的作用很大，它能够快速、安全的的完成升压和降压，很大程度上让系统的性能得到了提升。它还采用了二级制动回路，增强了制动过程的安全性。 （ 3）电控系统 4 电控系统的原理是先将程序输入，然后根据 程序控制系统完成工作。该制动装置可以与矿井提升机通讯，在较远的地方也可操作。因为闸瓦受到了磨损，所以闸瓦的间隙就会变大，一样当碟形弹簧过度疲劳的时候，闸瓦间隙也会变大、制动力矩会变少。该系统有距离传感器来随时监测，而且还有自动报警系统，可以保证及时的修复和调节，保证系统的安全运行。 矿井提升机正在工作时，如果有突发状况导致停电，那么就必须实施安全的制动。为此，系统有备份的电源来保证安全 :在电控系统中，应当有 证了突然没有电的情况下，仍然可以及时的通电，这种情况下，我们需要控制电磁阀，来慢慢的正常 的较低油压，对制动力矩进行好保护措施，使得在紧急情况下能够及时安全的停车，防止发生意外，酿成不必要的惨剧。 压站原理图 目前常用提升机制动器的液压站原理图如下： 1 油箱 2网式过滤器 3电动机 4齿轮泵 5 电接点温度计 6纸质过滤器 7比例溢流阀 8 手动换向阀 9压力表 10减压阀 11单向阀 12电磁换向阀 13溢流阀 14 蓄能器 15压力表开关 16电磁换向阀 17 电磁换向阀 18 电磁换向阀 图 2压站原理图 5 液压站有工作和备用的电机油泵装置共两套，手动开启换向阀 8即可 切换。安全的制动部分是由电磁换向阀 流阀 13、减压阀 10和蓄能器 14等构成的。装置 7来是可以调节油压的变化比例。比例溢流阀 7是由带比例电磁铁的先导阀、主阀组成。根据矿井提升机的实际工作负荷，确定最大工作油压 例溢流阀上的安全阀可以设定最大的工作油压。 具体的功能和原理如下： （ 1）安全制动部分的工作原理 为了提升机的正常工作， 力油通过 其开闸。在这期间，压力油经过 10， 11， 14，达到一级制动油压值 当矿井提升机有状况发生，安全制动部分将会安全制动。具体工作原理为： 3停止转动，供油停止， 压降到 0压。游动卷筒的制动器压力油经过 部分经过 13流回油箱，另一部分流到 14内。让这部分油压值始终稳定在一级制动油压值 等之后， 电源断开、 油压以最快的速度减小到 0压，让这部分盘形制动器也很快的进入制动状态。 正常工作时，工作油经 10、 11进入 14，油压降为 提升机在紧急制动时，获得了良好的二级制动性能，其特性见图 2 图 2级制动油压特性变化曲线 由图可知：从 点，所需时间 固定卷筒中，当盘形制动器在制动状态时，卷筒受到 游动卷筒中，如上图由 B 点至 动器的油压降到一级制动油压 点，在这时提升机便停止运行，电磁换向阀 断电， 压 压（如图从 点），二级制动便完成了。盘形制动器把卷筒牢固地闸住，使其完全处于制动状态。 减压阀 10和溢流阀 13可以调定一级制 动油压值 常情况下 50%的 以说一级制动力矩是二级制动力矩的 75%。 另外，紧急制动需要区分井中和井口，在提升井口减速开关后设置电气开关（具体距离有用户根据井架高度自行决定），该电气开关可以解除二级制动，使防止出现过卷。 （ 2）调绳工作过程： 1）电磁铁 形制动器处于全制动状态。打开通往调绳油缸的两个截止阀开关。 2）电磁铁 力油进入调绳离合器油缸离开腔，这 样主轴和游动卷筒便分离开来。 3）电磁铁 可以通过调节高度和绳子的长度来达到预期的效果。调绳结束后，电磁铁 固定卷筒处于制动状态。 4）电磁铁 电， 力油进入调绳离合器油缸的合上腔，使游动卷筒与主轴合上。 5）电磁铁 电， 2所在电磁换向阀 19处于中位，切断了压力油进入离合器的油路，调绳过程到此结束。关闭两个截止阀开关。 （ 3）调整闸瓦间隙： 1）电磁铁 电， 动卷筒的盘形制动器处于制动状态，压力油进入固定卷筒的盘形 制动器，它们呈开闸状态，可以调整此处的闸瓦间隙。 2）电磁铁 定卷筒的盘形制动器处于制动状态，压力油进入游动卷筒的盘形制动器，它们呈开闸状态，可以调整此处的闸瓦间隙。 3）电磁铁 动器处于全制动状态，等待下次开车。 压系统的调试 （ 1）安全制动部分的调试 7 1）电磁阀 电，盘形制动器油缸都进入压力油，油压达到 察液压站各阀之间，连接管路是有无渗漏现象，若有立即处理。并观察盘形制动器的动作是否正常，把闸瓦间隙调整到 规定值。 2）调节减压阀 10、溢流阀 13、使蓄能器 14 油压为 此油压值下使电磁阀 通过调整电气部分的时间继电器，使电磁阀 时断电，时固定卷筒的盘形制动器的油压降到零，达到全制动状态。画出游动卷筒油压时间特性曲线，根据曲线特性，微调 级制动油压值0和溢流阀 13配合调定，减压阀 10调定压力要比溢流阀 13小 级制动延时时间 3）调节减压阀 10、溢流阀 13，使蓄能器 14油压等于某一 此条 件之下，调整电气部分，可以分别延长时间 1、 2、 3、 9、 10S，这样可以切断段时间后断电， 固定卷筒的盘形制动器的油减小到 0，便会处于全制动状态。画出油压时间特性曲线。从中选择合适的延时时间。 4）各电磁阀接线时，应严格按照液压站的电控原理图和接线图进行。而且不能将直流阀和交流阀接错，不然会烧掉电磁铁。 （ 2）调绳部分的调试 调试时要注意安全，电器的转换开关要扳倒调绳的位置，然后依次照之前做描述的步骤来调试。调试完毕后，需要把电气转换开关扳回到原来的位置。 （ 3）连锁要求： 为了确保使用过程中安全、可靠，各个液压阀件还必须严格满足连锁要求。 1）安全制动时，电磁转向阀 泵电机、比例调压装置也断电，电磁换向阀 磁换向阀 保证二级制动特性。提升容器工作到井口的时候，电磁换向阀 当立即切断电源， 须马上获得电源，没有时间推后的要求，以免发生过卷。 2）在斜面操作台上，油泵电机必须有单独的开启开关。正常工作时，油泵电机应一直通电运转，若停车时间超过 30 分钟以上者应将电机、各电磁阀件断电。 8 3）长期使用，若滤油器 6被 堵塞，油泵侧的油压升高到一定数值时，装置在该滤油器上的压差发讯器动作，操作台上的指示灯亮。若提升容器在井中，等提到地面上后，停止运行，更换新的滤芯。滤芯更换后，才允许继续进行。 4）对双筒提升机在调节水平时，应有如下连锁要求： 、需要调节水平时，司机必须将操作台上的转换开关扳到调绳工作位置。此时，电磁铁 、电磁铁 电，压力油进入调绳离合器油缸的离开腔，合上腔回油，外齿轮往外移动，调绳连锁装置的电气开关 时电磁铁 5、 到电气开 关 出离合器全部离开的信号，此时只允许电磁铁 还未通电）。 、电磁铁 电， 时，司机可以转动固定卷筒进行调节水平。 、水平调节完毕，电磁铁 力油进入调绳离合器油缸的合上腔，离开腔回油，外齿轮向合上方向移动，调绳连锁装置的电气开关 离合器合上，电气开关 转换开关扳到正常开车位置。此时，调绳连锁全部解除。 压系统的计算和液压元件的选择 压泵的计算与选择 （ 1） 确定泵的最大工 作压力 泵的压力的确认。想到到正常的工作当中进油管路会有压力损失，所以泵的工作压力为： + P (2式中 P = P + P 失 P P 9 首先，我们要选定液压元件并且画出分布图，这样才能够准确的算出 P=（ 管路复杂或有调速阀调速时，取 P=（ 管路复杂或有调速阀调速时，取 P=（ 所以 + P=（ 2）泵的流量确定 。 1）当泵处于制动状态的时候，活塞杆自动探出，煤矿安全标准规定空动时间 塞运动的范围称为闸瓦间隙，由国家安全标准初定闸瓦间隙=1 图 2动器受力分析图 盘闸制动闸瓦从全开闸状态到贴闸状态时，液压站的油压慢慢降低，制动盘受力如图 2塞杆的伸出速度 v=1/mm/s，经过 瓦和闸盘正好碰在一起，闸瓦与制动盘处于还未连接的临界状态，制动器内的油压变成 贴闸油压，即： (2在公式中： 好贴上时 = = 8 8 0 9 0 =10 2）松闸状态时 带式的输送机系统开始工作之前，务必要取消制动效果，开启液压站，将压力油注入制动器的工作腔中，推动活塞使其压缩蝶形弹簧，闸瓦与制动盘分开，变为松闸状态。制动器受力如图 2 制动闸瓦的力平衡方程为： F=K* + 式中 压 在松闸的时候，当有压力 型弹簧运动时的阻力和压力慢慢的失效。不过 动时候正压力为 0，在此情况下，闸瓦和制动盘的状态还未脱离，开闸油压为： =液压站中，当油压继续上升的时候，弹簧的压缩也越来越强。当液压站中油压达到最大值 压缸储油量为： V=A s (2式中 s 活塞杆的行程，初步定为为 s=25压缸储油量随着松闸油压的增大而增大， s为有杆腔活塞可运动长度由设计得s=10闸所需油量 21 8 8 本设计的盘形制动器共 8副制动闸， 16 个制动油缸，全部松闸共需油量 2 11 暂定从开始到最终开闸为 t=5S，则泵提供的制动流量为 qp m p 液压泵的规格选择需要从两个方面入手：压力和流量。根据以上算得的 为 量轻、工作稳定、使用寿命长等，使用齿轮泵的液压制动回路，结构不会很复杂、修理简便、时间较长、价位也很合适。其技术规格如下： 型号： 排量： 16（ ml/r） 额定压力 16( 最大压力： 20（ 容积效率 91% 总效 率 82% 动机的计算与选型 当液压系统载荷循环图和流量循环图比较平稳时，电机功率为： （ 2则 式中 根据电动机的额定功率和液压泵的转速，查设计手册，选用 Y 系列1500r/电动机的牌号为： 技术规格如下： 12 型号： 功率： 电流： 电压： 380V 额定转速：1430r/效率： 87% 座带底脚、端盖上无凸缘的结构型式。 座不带底脚、端盖上带大于基座的凸缘的结构型式。 座带底脚，端盖上带大于基座的凸缘的结构 形式。本文采用的是 盖上带大于基座的凸缘的结构形式。 轴器的选型 液压泵中有传动轴，它不可以承受径向和轴向载荷，可是泵轴和电动机轴又需要有很高的同轴度，所以我们通常情况下都会选择弹性联轴器的方法来连接。联轴器的选择要看转矩的最大值才能合适的选择。如果选择不常见的轴端带内花键连接孔的同心，那么选取的主轴是花键的液压泵。它们进行组装。如此一来既能够保证两轴同心，又能够不使用联轴器，缩减了泵组的尺寸。 由公式 M=(2在式中 2 1430/60=s M=P 额 / =2200/m 根据电动机的转矩，查阅资料，选用 20025272:25220 6228 压阀的选型 由上文拟定的液压系统图，液压元件的规格的选择需要通过各元件的最大流量和压力来考虑。想到为了集 成阀板简便，阀要尽可能选用一个系列，本设计中大部分元件为力士乐阀，选定的液压元件如表 213 表 2压阀选型表 助元件的计算与选择 能器的选择与安装 （ 1）蓄能器的型号选择 根据本设计液压系统对压力的要求所选蓄能器的型号为：0蓄能器与减压阀溢流阀相连。蓄能器的主要功能是在系统进行二级制动时，保持一级制动时的油压。蓄能器在接入系统前应预先充气，根据出厂技术文件规定及设计要求，充氮压力为 系统油压建立后，充气内胆随油压 的增加而体积缩小，当刚容器内的油压增加到最大值时（ 充气内胆体积缩至最小，则蓄能器充油量达到最大值，所以蓄能器的充油量与内胆的预充气量成反比，即内胆充气量愈小则蓄能器的充油量就愈大。 （ 2）蓄能器相关参数的计算 14 由本设计的要求，蓄能器的最高工作压力为 能器的最低工作压力为 能器的充气压力为 前面的选型得知蓄能器的容积 克拉 常量002211 2 则 1V =2V =此可知二级制动时，进入蓄能器的油量为 上面的最高工作油压是一级制动时游动卷筒制动闸泄油一部分经溢流阀回油箱，一部分充入蓄能器的，其压力有溢流阀的调定压力决定。最低工作油压为减压阀的调定压力，即正常工 作时，蓄能器的充油压力。 当系统采用二级制动时，蓄能器吸收部分闸盘泄油能量，并保持 电磁换向阀 荷，此时盘闸为全部制动力，将卷筒牢牢闸住 【 3】 。 （ 3） 蓄能器使用要则： 1）安装要点 a、蓄能器应就近安装在对其服务的泵、缸、阀、马达等元件附近，但不能妨碍巡回操作，还应便于检查、维修，要远离热源。 b、由于活塞式蓄能器瞬时可以释放出大量油液，安装时最好使释放方向和工作成一线。 c、装在管路上的蓄能器承受着油压压力的作用，因此，必须有牢固的固定装置，防止蓄能器从固定部位脱开，引 起事故。但不得用焊接方法来固定。 d、用于吸收液压冲击，压力脉动和减低噪音的蓄能器，应尽可能靠近震源处。 e、使用蓄能器的系统与液压泵间应安装单向阀，以防止液压泵停止时，蓄能器的压力油倒流而使液压泵反转。 f、蓄能器与系统管路之间应安装截止阀，以供充气、检查、维修使用。 2）使用注意事项 15 a、 蓄能器属于压力容器，应执行压力容器使用规定，不能在蓄能器上进行焊接，不许敲打。 b、在有压状态下，不得拆卸；在安装拆卸前，应把内部的气液安全放掉。 c、蓄能器绝对禁止充氧气，以免引起爆炸。 d、蓄能器不能充空气，空气压缩 后水蒸气析出引起锈蚀，损伤密封件和蓄能器孔壁。 e、在正常工作情况下，最多每隔六个月要检查一次压力，保证经常保持的预压力。 f、长期停止使用前应截止蓄能器油口与管路系统间的截止阀，保持蓄能器内的油压在充气油压以上，以便下一次的重新开车、使用。 滤器的选型 选择滤油器时，主要考虑滤油器的通流能力、过滤精度和承压能力。滤油器的通流能力，一般应为液压泵流量的两倍以上。过滤器的过滤精度，主要取决于液压系统所用元件的类型、系统压力的高低以及滤油器的安装位置。选择滤油器的过滤精度时可参照下表 2 2压元件的过滤精度要求（ 表 2压系统压力对过滤精度的要求（ 表 2装部位对过滤精度的要求（ 根据本设计要求选用的滤油器如下表 2 16 表 2滤器的性能参数 道 在液压传动装置中，常用的管子有钢管、铜管、胶管、尼龙管和塑料管等。 钢管能承受较高的压力，价廉；但弯制比较困难，弯曲半径不能太小，多用在压力较高、装配位置比较方便的地方。一般采用无缝钢管，可用焊接钢管。 紫铜管能 承受的压力较低（ p 0经过加热冷却处理后，紫铜管软化，装配时可按需要进行弯曲；但价格贵且抗震能力较弱。 尼龙管用在低压系统；塑料管一般只做回油管用。 胶管用作联接两个相对运动部件之间的管道。胶管分高低压两种。高压胶管顾名思义，能够在压力比较高的回油路中工作，它的主要部分是钢丝编织体或者钢丝缠绕体。低压胶管顾名思义，能够在压力比较低的回油路中工作，它的主要部分是由麻线或者棉线编织体组成的。因为胶管的生产很不容易，而且造价非常高，所以不到万不得已时尽量不要使用。 根据本设计具体情况，选用通径 为 12、 8的管路。 液压泵的吸油管和系统的回油管是系统的主管路，要分别进入隔板隔开的吸油区和回油区，管端应加工成朝向内壁的 45斜口，这样既可以增加开口面积，又有利于沿箱壁环流。为了防止从吸油管吸入空气，以免搅动或吸入箱底沉积物，管口上缘至少要低于最低液面 75倍管径，管口下缘至少离开箱底最高点50油管口与油箱侧壁距离应大于吸油管径的 3倍。回油管管口至少要低于最低液面 200油箱底面距离应大于 23 倍回油管径。 17 3 盘式制动器的设计与计算 比较前腔式盘式制动闸与后腔式盘式制动闸的优 缺点，可知后腔式盘式制动闸安全可靠性更高，故本文进行后腔式盘型制动闸的设计与计算。针对 升机（见表 3设计其盘式制动器，从安全性方面考虑，本设计采用 8副制动闸，平均分配在卷筒的两端，每端 4副，布置方式如图 3 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。 表 3列单绳缠绕式提升机基本参数 式制动器的计算条件 有表 3提升机卷简 半径 R=升机最大静张力差 瓦与闸盘的摩擦系数 =动器的摩擦半径 式制动器制动力矩的确定 由动力学可导出提升系统制动力矩与制动减速度的关系。 提升重载时的制动減速度： （ 3 下放重载时的制动减速度 : 18 （ 3 式中 m/度 ,m/, m. 提升机制动力矩与提升系统最大静力矩的关系为 升系统最大静力 矩为 中 : N。 由此可得 : K （ 3 K （ 3 令 K=5=,绘制 如图 3 图 3量模数与制动力矩的关系 有图 3 19 （ 1）提升系统质量模数 则满足 1. 5 m/a 5 m/件的制动力矩倍数 且模数必须大于 0. 57； （ 2）当 M1. 33 时 ,大 ,如上图阴影部分 时能够在这个阴影区间来确定 （ 3）当 0. 8 M 1. 33,那么 满足 1. 5 a 5m/的取值为 K=3; （ 4）当 0. 57M0. 8,那么满足 1. 5 a 5m/的取值是小于 3的 ,那么 ,制动力矩的倍数与制动的减速度的要求很高，因为一级制动不可能使其满足条件，并且要保证安全性，所以要选用二级制动。二级制动器有很大的作用 ,当遇到特殊情况的时候 ,第一步我们要加上第一级制动力矩 ,5m/使得提升机能够在很短的距离停下 ,以免发生意外。当速度减小到 0的时候 ,再加第二级制动力矩 ,也就是最大的制动力矩 ,用来确保提升完成时可以保证提升 机的安全。如上图阴影部分 1 的值就在其中。第二级制动力矩的倍数按 K 3来确定。 对于 40035升系统的重量估计是 37吨，综上所述可知： 当第四个情况适用时，即当 K 3时，达不到预期的减速效果，在这时候，我们要用二级制动，取 K=3，第一级制动力矩就是第二级的 75%。 形制动器额定正压力 计算 如图 3是制动器力学原理的示意图，活塞分别承受了一下几个个轴向力： 2， 1， 3。当制动闸和盘闸相互靠近的时候， 1方向是一样的；但是闸瓦和闸盘分开的时候， 2的方向是相同的。 施闸的情况下，制动器的正压力如下所示 N= (3松闸的情况下，正压力如下所示 N =3 (3
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