提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計[含CAD高清圖紙和說明書]

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Multi-rope friction hoist with small size, light weight, safe, reliable, and strong ability to upgrade apply to the deeper mine hoist. In this paper, the braking system for JKMD type ( 4.5 meters over four-rope friction round) hoist have been designed. In the hoist brake selection process, because in recent years disc brake is used in the new brakes Its unique strengths and good safety performance recognized by the majority of users. Especially in the light of the hydraulic control system and the PLC, Hydraulic System and PLC super performance of the disc brake provides a tremendous platform 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; Multi-rope friction; Brake; Design; Hydraulic drive. 目 錄 第 1 章 礦井提升設備概述 .1 1.1 提升機的定義 .1 1.2 提升機的分類 .1 1.2.1 按用途分 1 1.2.2 按拖動方式分 1 1.2.3 按提升容器類型分 1 1.2.4 按井筒的傾角分 1 1.2.5 按提升機類型分 1 1.3 提升機的制動裝置的功用、類型 .7 1.3.1 制動裝置的功用 8 1.3.2 制動裝置的類型 8 1.4 提升機型號的選用及制動器的設計類型 8 1.4.1 提升機的選用 .8 1.4.2 制動器的設計類型 .9 第 2 章 提升機的選型計算( 4.5 米 4 多繩摩擦輪) .10 2.1 工作參數(shù) .11 2.2 速度圖 .11 2.3 變位重量 .13 2.4 力圖 .13 2.5 等效力： .15 2.6 啟動力矩與等效力的比例： .16 2.7 有效功率： .16 2.8 電機最大軸功率及選型： 16 2.9 液壓站工作原理 17 2.9.1 提升機液壓站系統(tǒng) 17 2.9.2 液壓站系統(tǒng)原理圖 17 2.9.3 控制電路圖 18 第 3 章 提升機制動裝置的結構設計 .20 3.1 制動裝置的有關規(guī)定和要求 .20 3.2 提升機制動器主要類型 .21 3.2.1 塊式制動器 21 3.2.2 盤式制動器 .22 3.3 盤式制動器的結構及工作原理 .23 3.3.1 盤式制動器的布置方式 .23 3.3.2 盤式制動器的結構 .24 3.4 制動器的設計計算 .25 3.4.1 確定在工作狀態(tài)下所需要的制動力 25 3.4.2 確定制動器數(shù)量 31 3.4.3 碟型彈簧的選型計算 35 3.4.4 制動器液壓缸的結構與設計計算 41 3.5 制動器的強度校核 .49 3.5.1 制動力整定計算 .49 3.5.2 液壓站油壓整定計算 51 第 4 章 制動器的工作可靠性評定 .53 4.1 盤式制動器的安裝要求及調整 .53 4.1.1 盤式制動器的要求（包括零部件） 53 4.1.2 盤式制動器閘瓦間隙的調整 53 4.2 制動器的故障模式及可靠性圖框 55 4.3 制動器的優(yōu)化設計及工作可靠性評定 56 4.3.1 設計變量 56 4.3.2 優(yōu)化策略 57 4.4 制動器的維護可靠性評定 58 第 5 章 結論 .60 總 結 .61 英文原文 62 中文翻譯 71 參考文獻 77 致 謝 .78 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 1 頁共 78 頁 第 1 章 礦井提升設備概述 1.1 提升機的定義 礦井提升機是礦井大型固定設備之一，它的主要任務就是沿井筒提升煤炭、 礦石和矸石；升降人員和設備；下放材料和工具等。礦井提升設備是聯(lián)系井下與 地面的紐帶，是主要的提升運輸工具，因此它整個礦井生產(chǎn)中占有重要的地位。 1.2 提升機的分類 1.2.1 按用途分 (1) 主井提升設備 主井提升設備的任務是專門提升井下生產(chǎn)的煤炭。年產(chǎn) 30 萬噸以上的礦井， 主井提升容器多采用箕斗；年產(chǎn) 30 萬噸以下的礦井，一般采用罐籠(立井)或串車 (斜井)。 (2) 副井提升設備 副井提升設備的任務是提升矸石、廢料，下放材料，升降人員和設備等。副 井提升容器采用普通罐籠(立井)和串車(斜井) 。 1.2.2 按拖動方式分 按提升機電力拖動方式分為交流拖動提升設備和直流拖動提升設備。 1.2.3 按提升容器類型分 分為箕斗、罐籠、串車等提升設備。 1.2.4 按井筒的傾角分 提升設備按井筒傾角可分為立井提升設備和斜井提升設備。立井提升時，提升 容器采用箕斗或罐籠等.斜井提升時，提升容器一般采用礦車(串車)或斜井箕斗。 串車提升適用于井筒傾角不大于；斜井箕斗提升適用于井筒傾角在 范圍0253 內。近年來大型斜井提升多采用膠帶輸送機。 1.2.5 按提升機類型分 (1) 單繩纏繞式提升設備 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 2 頁共 78 頁 單繩纏繞式提升設備目前大部分為直徑圓柱型滾筒，在個別的老礦井，還有 使用變直徑滾筒( 如雙圓柱圓錐型滾筒)提升設備。 1) KJ 型( 23m)和 BM 及 JKA 型單繩纏繞式提升機 KJ( 23m)型單繩纏繞式提升機是我國在 19581966 年生產(chǎn)的仿蘇 BM-2A 型提升機，按滾筒個數(shù)來分，有單滾筒和雙滾筒的提升機；按布置方式來分，有 帶地下室和不帶地下室的提升機，可根據(jù)設計而選用，但二者技術性能完全相同。 (A) KJ 型( 23m)提升機代號意義以 KJ2 2.5 1.2D-20 型為例說明如下： K-礦井； J-卷揚機 (提升機)； 2-雙滾筒(單滾筒時為 1)； 2.5-滾筒名義直徑，m； 1.2-每個滾筒的兩側黨繩板的距離， m； D-帶地下室(無 D 字表示不帶地下室)； 20-減速器名義傳動比。 (B) KJ 型( 23m)和 BM 型提升機的機構特點主要有： (a) 制動裝置采用角移式塊型制動器,重錘制動傳動，油壓操縱裝置； (b) 雙滾筒提升機采用手動渦輪渦桿式調繩離合器； (c) 減速器采用漸開線人字形齒輪傳動； (d) 使用機械牌坊式深度指示器； (e) 設有機械限速器。 (C) JKA 型單繩纏繞式提升機是在 KJ 型提升機的基礎上改進后制造的。JKA 型雙滾筒提升機在結構上具有下列特點： (a) 調繩裝置即離合器為電動渦輪渦桿式離合器，因而調繩工作簡便省力； (b) 采用綜合式制動器 ,改善了閘瓦的磨損情況； (c) 液壓站采用手動控制的低壓電液調節(jié)閥和電磁鐵控制的安全三通閥，分 別對工作制動和安全制動進行控制； (d) 減速器采用圓弧形人字齒輪傳動，提高了減速器的承載能力，并減輕了 重量。 2) KJ 型( 46m)和 HKM3 型單繩纏繞式提升機 蘇聯(lián)新克拉馬托爾機械制造廠生產(chǎn)的 HKM3 型提升機的結構特點： (a) 滾筒采用焊接結構； (b) 采用氣動齒輪式調繩離合器； (c) 制動器為新平移式塊閘； (d) 采用壓氣制動傳動裝置； 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 3 頁共 78 頁 (e) 使用機械牌坊式深度指示器； (f) 減速器采用漸開線人字齒輪，有一級傳動和二級傳動兩種； (g) 有電氣限速器 ,還有機械限速器。 我國現(xiàn)有煤礦礦井多數(shù)是按照五十年代的標準設計的，為了快出煤、多出煤， 當時主要是建設中、小型礦井，并且首先開采淺部煤層。五十年代，我國的礦井 提升設備主要是從蘇聯(lián)進口的 BM 型產(chǎn)品和國產(chǎn)仿蘇 KJ 型產(chǎn)品，設備的可選性 小，主要是滿足開采淺部煤層的需要。進入 80 年代以后，我國許多煤礦礦井已 逐漸轉向中深部開采，國家統(tǒng)煤礦礦井的平均深度已由 200 米延伸到 400 米，現(xiàn) 在已達 600 米、1000 米。根據(jù)國內外的實踐經(jīng)驗，落地式摩擦提升設備，是在礦 井延伸后使現(xiàn)有提升設備滿足加大提升高度要求的行之有效的辦法。 (A) 主提升鋼絲繩的選擇 (a) 鋼絲繩的結構形式 應優(yōu)先選用三角股鋼絲繩及線接觸圓股鋼絲繩，當由于供應原因，亦可以選 用普通圓股點接觸平行捻鋼絲繩。鋼絲繩公稱抗拉強度宜選用 1550 帕。610 (b) 鋼絲繩的安全系數(shù) 根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，鋼絲繩的安全系數(shù) 應符合下式：m 升降人員和物料 9.205mHc 升降物料 7 式中 提升鋼絲繩的懸垂長度，m。Hc (c) 鋼絲繩數(shù)目選擇 落地摩擦式提升機的鋼絲繩樹木以 24 繩為宜。 (B) 尾繩的選擇 目前，絕大多數(shù)使用多繩摩擦式提升機的礦井，都由原來選用扁鋼絲繩作平 衡尾繩而改為使用圓股鋼絲繩作平衡尾繩。新建的礦井，設計中也已全部選用圓 股鋼絲繩作平衡尾繩。這主要是因為扁鋼絲繩生產(chǎn)效率低、供應困難。 選用圓股鋼絲繩作平衡尾繩時，以多層股（不旋轉）圓股鋼絲繩中的 187 和 347 兩種結構較為合適。但目前這兩種產(chǎn)品尚不能滿足需要，因而當供應困難時， 也可選用普通圓股鋼絲繩，如選用 619 和 637 等。應注意的是，選用鋼絲繩股 中的鋼絲不可過細，并應盡可能選用鍍鋅鋼絲繩，以提高使用壽命。當采用兩條 平衡尾繩時，可以選用左向交互捻和右向交互捻的鋼絲繩各一條。 (a) 主導輪直徑 D 的確定 根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，主導輪直徑 D 應符合式： 無導向輪 80d 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 4 頁共 78 頁 有導向輪 10Dd 式中 主提升鋼絲繩直徑， mm； 主導輪直徑 D 除應符合上述規(guī)定外，還應按摩擦襯墊的許用比壓 q來校 核，即： sxpqnd 式中 主導輪上升（重載）側鋼絲繩靜張力，N ；s 主導輪下降（重載）側鋼絲繩靜張力，N ；x q摩擦襯墊的許用比壓，取q= ；4201帕 主繩數(shù)目。pn 根據(jù)經(jīng)驗，現(xiàn)有 3 米以下提升機改造后的主導輪直徑 D 可取為： 滾筒直徑（m） 主導輪直徑（m ） 2.0 2.02.25 2.5 2.52.8 3.0 3.03.25 (C) 鋼絲繩間距 nA205nAm (D) 天輪直徑 w1wd (E) 鋼絲繩在摩擦襯墊上的圍包角 當井深大于 300 米時，?。?028 如圖 1-1 （a） 、 （b） 。 當井深小于 300 米時，?。?07236a 如圖 1-1 （c） 、 （d） 。 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 5 頁共 78 頁 正 常 包 圍 角 a（ 井 深 大 于 30m） 特 殊 加 大 包 圍 角 a（ 井 深 小 于 30m） 圖 1-1 纏繞式提升機摩擦襯片上的包圍角選擇 (2) 多繩摩擦式提升設備 多繩摩擦式提升設備可分為塔式和落地式（KJM 和 JKMD 型多繩摩擦輪提 升機） 。 多繩摩擦提升機的井架一般多采用鋼結構四斜腿井架。放繩掛罐后在主繩張 力水平分力作用下，使井架產(chǎn)生彈性變形、井架有傾斜現(xiàn)象。一般井筒采用凍結 施工，井架基礎隨著井筒凍結層解凍變化?；A會產(chǎn)生少量下降。井架在受主繩 張力作用下基礎下沉不均衡也會使井架傾斜。由于井架傾斜、天輪軸心線相對 位移，這種位移一般在投入使用初期產(chǎn)生，并漸漸逐于穩(wěn)定。另外，天輪繩槽摩 擦襯墊一般采用國內產(chǎn)品尼龍 1010、進口 K25，由于襯墊是磨損材料，從初期使 用到更換之前，即剩余厚度為鋼絲繩直徑一半之前，提升繩落繩點向絞車房方向 漸變位移，一般位置變化范圍 030mm。 多繩提升機由于使用了數(shù)根鋼絲繩代替一根鋼絲繩。鋼絲繩的直徑變小了， 摩擦輪的直徑因而變小，但由于有多根鋼絲繩，所以摩擦輪變?yōu)槟Σ镣?，寬度?有加寬。設采用 n 根鋼絲繩，則多繩與單繩提升機鋼絲繩直徑間有如下關系： 1ndm 同理，摩擦筒（主導輪）直徑： 1nD 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 6 頁共 78 頁 多繩摩擦提升機如圖 1-2 所示： 1-主 導 輪2天 輪3-提 升 機 鋼 絲 繩4提 升 容 器5-尾 繩 1主導輪 2天輪 3提升機鋼絲繩 4提升容器 5尾繩 圖 1-2 多繩摩擦提升機 主軸裝置的特點：它與纏繞式提升來代替木襯，由于摩擦提升是靠摩擦力來 傳遞動力的，所以襯墊擠壓固定在筒殼上。摩擦襯墊形成襯圈，其 上再車出繩槽，初車時槽深為 1/3 繩徑，槽距（即繩心距）約為繩徑的 10 倍利用熟知的柔索歐拉公式可知，摩擦輪兩側鋼絲繩拉力的極限比值為 1122uauaFee或 式中 自然對數(shù)的底，等于 2.71828；e 鋼絲繩對于摩擦輪的圍包角；a 鋼絲繩與襯墊間的摩擦系數(shù)，通常取 =0.2u u 當鋼絲繩拉力比 大于上式右端所給出的數(shù)值時，鋼絲繩對摩擦輪產(chǎn)生相對滑動。12F 為了避免這種滑動，兩側拉力不能達到其極限比值，而應有一安全系數(shù)，式改寫 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 7 頁共 78 頁 為 212()uaFe 若考慮防滑而加入防滑安全系數(shù) ，則有 12(1ua 或者 12) uaeF 式中 防滑安全系數(shù)，如果式中 和 僅計及靜力，則得防滑安全系數(shù)；如果 計算 和 時考慮了慣性力的影響，則得動防滑安全系數(shù) 。我國煤礦設計規(guī)1F2 d 范規(guī)定 1.257di 有些國家不按拉力差來考慮防滑，而是把兩側的拉力比的極限值控制在 1.5 以內，即： 12.5F 在某些特殊情況，例如進行緊急制動時，可能產(chǎn)生超前滑動，即鋼絲繩的運 動速度大于摩擦輪槽處的線速度，此時的防滑安全系數(shù)為 12() uadeF 煤礦安全規(guī)程規(guī)定，緊急制動時不能產(chǎn)生滑動，即 1。d 當下放重物進行緊急制動時，更容易繼發(fā)性滑動。 1.3 提升機的制動裝置的功用、類型 提升機的安全運行,很大程度上取決于制動器的工作可靠性。從狹義可靠性理 解,盤式制動器包含不可維修因素，如制動彈簧失效之后,影響制動力矩，需要更 換新彈簧才能使制動器可靠性達到原有水平；閘瓦與閘盤之間摩擦系衰減，也只 能靠更換新閘瓦方能維持原有可靠性水平。從廣義可靠性理解,盤式制動器含有可 維修因素，如閘瓦磨損后產(chǎn)生的間隙增大，經(jīng)調整便可達到原有可靠性液壓站零 件發(fā)生故障，修理后也能使制動器可靠性達到設計水平。由此可知，制動器的工 作可靠性是固有可靠性和使用可靠性的綜合反映。固有可靠性是由制動器設計制 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 8 頁共 78 頁 造及材料等因素決定的，在制動器產(chǎn)品出廠時便已明確，使用可靠性則是裝、維 護及操作等因素決定的，它反映了制動器固有可靠性在實際運行中的發(fā)揮程度。 因此，固有可靠性的體現(xiàn),受使用可靠性的限制，固有可靠性再高，使用可靠 性卻較低，制動器的實際工作可靠性依然不會高。 制動裝置提升機(提升絞車)的重要組成部分之一，直接關系著提升機設備的 安全運行。它由兩部分組成：制動器(通常稱做閘)和傳動裝置。制動器是直接作 用于制動輪或制動盤上產(chǎn)生制動力矩的機構，傳動裝置是控制并調節(jié)制動力矩的 機構。 1.3.1 制動裝置的功用 制動系統(tǒng)是提升機不可缺少的重要組成部分。是提升機最關鍵也是最后一道 安全保障裝置，制動裝置的可靠性直接關系到提升機的安全運行。制動力矩不足 是導致提升設備過卷、放大滑等事故的直接因素。 (1) 在提升機停止工作時能可靠地閘住提升機，即正常停車； (2) 在減速階段及下放重物時,參與提升機的控制，即工作制動； (3) 當發(fā)生緊急事故或其他意外情況時，能迅速而合乎要求地閘住提升機， 即安全制動； (4)雙滾筒提升機在更換水平、調節(jié)鋼絲繩長度時，能夠閘住提升機的游動滾 筒而松開固定滾筒。 1.3.2 制動裝置的類型 制動裝置中的制動器按結構分為塊閘(角移式或評移式)和盤閘；傳動裝置按 傳動能源分為油壓(液壓) 、壓氣(氣動) 及彈簧等。 KJ 型( 23m) 和 BM 型提升機使用油壓角移式制動裝置。KJ 型( 46m) 和 HKM3 型提升機使用壓氣平移式制動裝置。JKA 型提升機使用液壓綜合式制動 裝置。XKT 型、JK 型、GKT 型( 2m)、JKD 型、JKM 型、JKMD 型提升機使用 液壓盤式制動裝置。礦用提升絞車使用手動角移式制動器作為工作制動.重錘電 磁鐵絲杠螺母操縱的角移式制動器或重錘電力液壓推桿操縱的平移式制動器作 為安全制動，但新系列 JT 型( 1.21.6m) JKM（JKMD）型提升絞車則使用液壓 盤式制動裝置。 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 9 頁共 78 頁 1.4 提升機型號的選用及制動器的設計類型 1.4.1 提升機的選用 JKMD 型（ 4.5 米 4 多繩摩擦輪）提升機是基于撓性體摩擦傳動原理實現(xiàn) 的。它利用提升鋼絲繩與驅動共同滾筒之間的摩擦力拖動提升容器在井筒中往復 運行，加之采用多根鋼絲繩共同承擔載荷的方式，因而多繩摩擦提升機具有以下 優(yōu)點： (1) 提升機體積小； (2) 鋼絲繩斷繩的危害性減小； (3) 提升高度大。 1.4.2 制動器的設計類型 盤式制動器是近年來應用較多的一種新型制動器，它以其獨特的優(yōu)點及良好 的安全性能被廣大用戶認可。我們見過的帶碟剎的摩托車，就是盤式制動器最簡 單的應用。它的制動原理與鼓閘式、抱閘式制動器的原理相同，仍為摩擦式制動， 但它卻有別于老式的鼓閘式和抱閘式制動器，特別是在結合了液壓系統(tǒng)和PLC 控 制之后，液壓系統(tǒng)和PLC 超強的控制性能為盤式制動器的應用提供了巨大的工作 平臺。 (1) 盤式制動器與其它類型制動器相比較，其優(yōu)點是：因多副制動器同時使 用，即使一副制動器失靈，也不是影響一部分制動力矩，故可靠性高，操作方便， 制動力矩可調性好，慣性小，動作快，靈敏度高；重量輕，結構緊湊，外形尺寸 小，安裝維護方便；通用性大等。由于制動器具有許多優(yōu)點，所以它在現(xiàn)代多種 類型提升機中獲得廣泛的應用。 (2) 盤式制動器的缺點：對于制動盤和制動器的制造精度要求較高；對閘瓦 的性能要求較高等。 (3)液壓盤式制動器作為最新開發(fā)出來的一種制動器，其發(fā)展前景遠大，尤其 是將液壓電氣控制結合在盤式制動器上，相信隨著液壓和電氣技術的進一步發(fā) 展，會更有利于盤式制動器的發(fā)展。 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 10 頁共 78 頁 第 2 章 提升機的選型計算( 4.5 米 4 多繩摩擦輪) 多繩摩擦提升機具有體積小、質量輕、安全可靠、提升能力強等優(yōu)點，適用 于較深的礦井提升。本文針對 JKMD 型( 4.5 米 4 多繩摩擦輪)提升機，對其制 動系統(tǒng)進行設計。 下表 2-1 為 JKMD 型提升機(圖 2-1)的型號及相關數(shù)據(jù)： 表 2-1 提升機的相關參數(shù) 型號名稱 單位 JKMD-4.54 摩擦輪直徑 鋼絲繩根數(shù) 鋼絲繩最大靜張力差 鋼絲繩最大靜張力 鋼絲繩最大直徑 鋼絲繩間距 最大提升速度 天輪直徑 質量(不包括電氣部分) m 根 KN KN mm mm m/s m t 4.5 4 270 930 45 350 14 4.5 圖 2-1 JKM（JKMD）型多繩摩擦輪提升機 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 11 頁共 78 頁 2.1 工作參數(shù) 有效載荷 32500kgNm 井筒深度： 602.4m 提升距離 600mFs 提升速度 15m/sv 加速度 b21/ms 減速度 v . 主導輪直徑 4.5mTD 主導輪轉速 601563.7/4.FTVnDrin 爬行距離 0s 爬行速度 0xv 停止時間 28spt 提升繩長度 820m 尾繩長度 640m 提升繩重量 49.08kg/m 尾繩重量 49.08kg/m 帶懸掛裝置箕斗重量 4000kg 拋物線段變加速度系數(shù) /EPFV 如無拋物線段 1 2.2 速度圖 加速時間： 1215EPFbbvtGas 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 12 頁共 78 頁 拋物線段加速時間： 120Fbpbvta 減速時間： 125.VFttAs 爬行時間： 0stv 加速度行程： 1.512.52FbGbtm 具體加速度如圖 2-2 所示： 圖 2-2 提升機加速度 變加速度行程： 1(2)03Fbpbpsvt 減速度行程： .51.9375vvtm 等速度行程： EAFdbpss 602. 3975 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 13 頁共 78 頁 等速段時間： 39.7526.1dFstvs 總的運行時間： 0251.053.7FsEAbGpVttttAs0sEsA其 中 2.3 變位重量 有效載重 32500kgmN 兩個帶懸掛裝置箕斗總重量 80000kg240 提升繩重量： 29782 kg 尾繩重量： 23245 kg 滾筒變位重量： 22222 kg22154esJTrDA 天輪： 12827 kg70Sesm ：不包括電機和減速器的變位重量： 20175 kgSJ 電機： 5792 kg 2241465MesirDTA 不帶減速器直接傳動時 i 減速器： 2GesiJmr 電機轉矩（包括電機聯(lián)軸節(jié)）GJ 總變位重量： 207368 千克 2.4 力圖 提升機載物時載重力如圖 2-3 所示： 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 14 頁共 78 頁 圖 2-3 提升機載物力圖 負荷力： 332509.8175.09.LnFg千 牛 頓NSSm主 尾 繩 重 量 差=0.5 摩擦力： 1()(0.85)37.96.2nRLLFg千 牛 頓 啟動力： 37.924Ab千 牛 頓 加速力： 1bam千 牛 頓 減速力： .0.8.rvF千 牛 頓 制動力： 375924165BL千 牛 頓 提升機實際速度如圖 2-4 所示： 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 15 頁共 78 頁 米 米 米 圖 2-4 提升機實際力圖 提升機實際力圖如圖 2-5 所示： 圖 2-5 提升機實際速度圖 2.5 等效力： 注：（1）礦井效率取 0.85，一般在 8096%之間 （2）傳動效率直接傳動取 1，間接傳動取 9698%之間。 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 16 頁共 78 頁 2.6 啟動力矩與等效力的比例： 582.46173AefF 2.7 有效功率： 1.45972FeffV千 瓦 2.8 電機最大軸功率及選型： 時， =1max582.63.FAP千 瓦 時， 22(1)(05).)Vbaab 其中 ； 0bA2) 當 時， amaxFAP 只有當 時， 而且bbpt0bpt （ ）224()()33aa01 由于電機為短時工作，可以充分利用電機的過載能力，以減少電機的容量， 降低機器的成本和尺寸。 電機型號：ZKTD250 45P 直流電動機 額定功率 ：1500kW 效率：92e 額定轉速 ：56rmin 重量：620kgn 8.1 0.2額 定 扭 矩堵 轉 扭 矩額 定 扭 矩最 大 扭 矩 6.5堵 轉 電 流額 定 電 流:106830m電 機 外 形 尺 寸 （ 長 寬 高 ） 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 17 頁共 78 頁 280Hm電 機 中 心 高 ： 6514電 機 軸 直 徑 長 度 ： .1.432.0jeN過 載 系 數(shù) ： 注：由于電機為短時工作，可以充分利用它的過載能力，以減少電機的容 量，降低機器的成本和尺寸。因此選擇 ZKTD25045P 型直流電動機即可。 2.9 液壓站工作原理 2.9.1 提升機液壓站系統(tǒng) 最大工作油壓 油泵最大供油量max6.5aPMmax9/inQL 殘壓 一級制動油壓值 可調0.5 一級制動延遲時間 可調 液壓站用油牌號40#稠化液壓油 2.9.2 液壓站系統(tǒng)原理圖如圖 2-6 所示： 1電動機；2油泵；3粗濾油器；4電液比例溢流閥；5精濾油器；6液控閥；7油箱； 8油壓表；9溢流閥；10電接點壓力表；11單向節(jié)流閥；12單向順向閥；13蓄能器； 14油缸；G1G7二位二通電磁閥； G8G9三位四通電磁閥 圖2-6 液壓站系統(tǒng)原理圖 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 18 頁共 78 頁 2.9.3 控制電路圖如圖 2-7 所示： 圖2-7 控制電路圖 (1)正常工作制動：啟動液壓站電動機后即為正常工作狀態(tài)，其制動力的大小， 通過調節(jié)電液比例溢流閥4的電流大小來調整系統(tǒng)壓力。液壓站中電磁閥的控制 由電磁閥的控制狀況表確定。 (2)井中緊急制動：它是在提升容器還沒有到位，即井口容器到位信號閉合前， AC接點信號閉合，為滿足制動減速度的要求，采用二級制動，液壓站中電磁閥的 控制由電磁閥的控制狀況表確定。 (3)井口緊急制動：它是在提升容器到位信號已經(jīng)閉合，AC 接點信號又閉合， 這時采用緊急制動情況，以防止惡性事故的發(fā)生。液壓站中電磁閥的控制由電磁 閥的控制狀況表確定。 (4)調繩：在調繩狀態(tài)時，轉換打開開關并推動?？烧{閘手柄，把調繩離合器 打開，然后轉到調繩狀態(tài)，壓力油進入B管，打開提升機固定卷筒制動器，提升 機即可開車進行調繩。調繩完畢后轉到離合器合上狀態(tài)，指導調繩離合器合上。 (5)電磁閥檢測信號：液壓站中每一個電磁閥都有一個閥芯檢測傳感器，當電 磁閥正常工作時，而閥芯沒有到位，這時會發(fā)出故障信號，并通過PLC報警或顯 示。各電磁閥工作狀況見表2-2?？烧{閘手柄，把調繩離合器打開，然后轉到調繩 狀態(tài)，壓力油進入B管，打開提升機固定卷筒制動器，提升機即可開車進行調繩。 調繩完畢后轉到離合器合上狀態(tài)，指導調繩離合器合上。 電磁閥工作狀況表： 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 19 頁共 78 頁 表2-2 電磁閥工作狀況 工作類型 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 備注 正常工作 + + + + + + + + 井中緊急制動 延時 延時 + 井中緊急制動 打開 + 固定卷 筒轉動 + + + + 調繩 離合 器 合上 + + 表示 通電 表示 斷電 (6)殘壓保護信號：殘壓保護信號需要和停車信號共同作用，如果停車信號閉合， 同時殘壓高于設定的壓力值，這時實施緊急制動。 (7)溫度報警信號、壓差報警信號：當油溫過高或濾油器壓差過高時，溫度報警信號或壓 差報警信號閉合，并通過PLC報警或顯示。 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 20 頁共 78 頁 第 3 章 提升機制動裝置的結構設計 3.1 制動裝置的有關規(guī)定和要求 按照煤炭安全規(guī)程及有關技術規(guī)范的規(guī)定，提升機(絞車)的制動裝置必 須達到下列要求。 （1）提升機(絞車) 必須裝設司機不離開位置即能操縱的常用閘(即工作閘)保險 閘( 即安全閘 )。保險閘必須能在緊急時自動發(fā)生作用。 常用閘和保險閘共同使用一套閘瓦制動時，操縱部分必須分開。雙滾筒提升 機（絞車）的兩套閘瓦的傳動裝置必須分開。 （2）常用閘和保險閘必須經(jīng)常處于良好的狀態(tài)，保證靈活可靠。在工作中， 司機不準離開工作崗位，也不準擅自調節(jié)制動閘。 對具有兩套閘瓦只有一套傳動裝置的舊雙滾筒提升機（絞車） ，應加強閘瓦 間隙和傳動系統(tǒng)的檢查和維護。 （3）保險閘必須采用配重式或彈簧式的制動裝置，除由司機操縱外，還必須 具有能自動抱閘的作用，并且在抱閘同時使提升裝置自動斷電。 常用閘必須采用可調節(jié)的機械制動裝置。 （4）提升機（絞車）除有（常用閘和保險閘）外，應加設定車裝置，以便調 整滾筒的位置（鋼絲繩的長度）或修理制動裝置時使用。 （5）保險閘（或保險閘第一級）的空動時間（由保護回路斷電時起至閘瓦剛 剛接觸到閘輪上的一段時間）：壓縮空氣驅動閘瓦式制動器不得超過 0.5 秒，儲 能壓縮驅動閘瓦式制動器不得超過 0.6 秒，盤式制動器不得超過 0.3 秒。 保險閘施閘時，在杠桿和閘瓦上不得發(fā)生顯著的彈性擺動。 （6）提升機（絞車）的常用閘和保險閘制動時，所產(chǎn)生的力矩和實際提升最 大靜載荷重旋轉力之比（K） ，都不得小于 3。 （7）雙滾筒提升機（絞車）在調整滾筒旋轉的相對位置時（此時游動滾筒與 主軸脫離連接） ，制動裝置在各滾筒閘輪上所發(fā)生的力矩，不得小于該滾筒所懸 重量（鋼絲繩重量與提升容器重量之比）形成的旋轉力矩的 1.2 倍。 計算制動力矩時，閘輪和閘瓦摩擦系數(shù)根據(jù)實測確定，一般采用 0.3 到 0.35；常用閘和保險閘的力矩應分別計算。 （8）在立井和傾角 以上的傾斜井巷，提升裝置的保險閘發(fā)生作用時，全03 部機械的減速度：下放重載（設計額定的全部重量）時，不得小于 1.5 米每二次 方秒；提升重載時，不得超過 5 米每二次方秒。 傾角在 以下是傾斜井巷，下放重載時的制動減速度不得小于 0.75 米每二03 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 21 頁共 78 頁 次方秒，提升重載時的制動減速度不得大于自然減速度 。cA = mcAsincos),gf2s 式中 -重力加速度， m ；g2 -井巷傾角， （ ） ；0 -繩端載荷的運動阻力系數(shù)，一般采用 0.10 到 0.105。f 摩擦輪式提升裝置，常用閘或保險閘發(fā)生作用時，全部機械的減速度，不得 超過鋼絲繩的滑動極限（上提重物加速度階段及下放重物減速度階段的動防滑安 全系數(shù)不得小于 1.25，靜防滑安全系數(shù)不得小于 1.75） 。 下放重載時，必須檢查減速度的最底極限。在提升重載時，必須檢查減速度 的最高極限。 （9）制動器的工作行程不得超過全程的四分之三，必須留有四分之一作為調 整時備用。司機操縱臺制動手把的移動應當靈活，在抱閘位置時，應有定位器來 固定手把，防止手把從抱閘位置自動向前移動。 (10) 制動輪的橢圓度在使用前（新安裝或大修后）不得超過 0.5 至 1mm；使 用中如超過 1.5mm 時，應重新車削或換新的。 3.2 提升機制動器主要類型 提升機的制動器包括工作裝置(即制動閘)和傳動裝置,工作裝置直接作用于制 動輪，產(chǎn)生摩擦力矩；傳動裝置是工作裝置產(chǎn)生或解除制動摩擦力的機構。因此， 按工作裝置裝置結構區(qū)分，制動器可分為盤式制動器和塊式制動器；按傳動裝置 的動力源區(qū)分，制動器可分為液壓式、氣壓式和彈簧式。目前，進口提升機和國 產(chǎn)新型提升機大都采用液壓盤式制動器，而舊提升機(70 年代以前產(chǎn)品)多采用液 壓或氣壓塊式制動裝置，但近年也對這些制動器進行了較大規(guī)模的改造。 3.2.1 塊式制動器 塊式制動器一般都是閘塊壓在提升機滾筒的制動輪上而產(chǎn)生制動力矩，出于 閘塊與制動輪的作用方式差別，塊式制動器有角移式、平移式和綜合式之分。 圖(a)是角移式塊閘的原理圖,兩個閘瓦塊始終繞基座上的固定鉸接點轉動，故 名為角移式。當制動動力向上拉三角塊杠桿時，杠桿的聯(lián)動會產(chǎn)生連桿拉力，從 而迫使塊閘壓向制動輪，產(chǎn)生制動力；當外動力使三角塊向下壓時，連桿的壓力 則使塊閘分離開制動輪，即達到松閘的目的。 圖(b)是常見平移式塊閘的原理圖，兩個閘瓦始終由一連桿在其中心鉸接，連 桿的另一端則與基座鉸接。兩個閘瓦塊的端頭用杠桿系統(tǒng)約束起來，在三角塊杠 桿是上提作用下，各連桿內部的拉力使兩閘塊壓向制動輪，從而產(chǎn)生制動力；當 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 22 頁共 78 頁 三角塊杠桿下放時，各連桿內部的壓力迫使閘塊與制動輪分離。由于閘塊是在連 桿轉動時壓向制動輪的，故閘塊是整體平移運動，故稱之為平移式。 圖(c)是綜合式閘塊的一種形式，由于閘塊與角移桿鉸接，又與基座連桿鉸接， 故有些相似于四連桿平行移動機構，但閘塊壓向制動輪的運動都是靠角移杠桿帶 動的，所以綜合式塊閘是介于角移式和平移式之間的一種閘塊。 塊式制動器原理如圖 3-1 所示：制動力源制動力源 工 作 制動 彈 簧工 作 制動 缸 安 全 制動 缸塊 式 制 動 器 力 學 原 理 圖（ a） 角 移 式 ； （ b） 平 移 式 ； （ c） 綜 合 式 (a)角移式；(b)平移式；(c)綜合式 圖 3-1 塊式制動器原理 3.2.2 盤式制動器 盤式制動器是為了克服塊式制動器的可靠性不高的缺點而發(fā)展的新型制動裝 置，目前國內外生產(chǎn)的提升機或提升絞車都使用了盤式制動器.盤式制動器具有以 下： 制動力矩可在較大范圍內調節(jié)，而且容易調整； 制動系統(tǒng)空行程小、動 作快、響應速度快、靈敏度高；重量輕，外形尺寸小，結構緊湊； 通用性好， 可通過改變盤形閘的數(shù)量來滿足不同絞車的制動要求；安全可靠性高，多副盤 形閘同時工作，其中少數(shù)部分盤形閘失靈或故障，其余完好盤閘一般仍可剎住絞 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 23 頁共 78 頁 車；而且傳動環(huán)節(jié)(如管路破裂失、壓斷電等)均可自動施閘。 盤式制動器都是依靠碟形的預壓縮恢復張力使閘塊壓向制動盤，從而產(chǎn)生制 動力矩；當松閘時，向活塞腔內注入壓力油，壓力油推動活塞后移并壓縮碟形彈 簧，帶動閘瓦離開制動盤，從而實現(xiàn)松閘。 目前國內外提升機使用的盤式制動器形式多樣，主要有前腔式盤形閘，后腔式盤 形閘單缸雙作用盤形閘，以及鉗式盤形閘。 盤式制動器原理如圖 3-2 所示： 圖 3-2 盤式制動器原理圖 目前，國內進口的安全盤式制動器主要來自德國、法國。各國生產(chǎn)的盤式制動器原理上 基本相同，都是碟簧上閘、液壓松閘，高壓油通過液壓泵站產(chǎn)生，但是結構上有些差異，從 而性能也略有不同。 3.3 盤式制動器的結構及工作原理 3.3.1 盤式制動器的布置方式 盤式制動器又稱盤型閘，它與閘塊不同，其制動力矩是靠盤瓦沿軸向兩側壓 向滾筒上的制動盤而產(chǎn)生的。為了使制動盤不產(chǎn)生附加變形，主軸不承受附加軸 向力，因而盤式制動器都成對地裝設使用，每一對盤式制動器叫做一副，如圖所 示。根據(jù)所需制動力矩的大小，一臺提升機可以同時布置兩副四副或更多副盤式 制動器。 盤式制動器的布置方式如圖 3-3 所示： 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 24 頁共 78 頁 A管 B管 A管 B管A管 B管（ a） (b)(c) 圖 3-3 盤式制動器的布置圖 3.3.2 盤式制動器的結構 盤式制動器的結構如圖所示。兩個制動油缸 3 位于滾筒制動盤的兩側，均裝 在支座 2 上。支座 2 為整體鑄鋼件，一副盤式制動器通過支座及墊板 1 用地腳螺 栓固定在基座上。制動油缸 3 內裝有活塞 5 柱塞 13 調整螺栓 6 螺釘 7 盤式彈簧 4 及彈簧套筒 8 等。筒體 9 襯板 11 和渣瓦 15 一齊可沿支座的內孔往復移動。閘 瓦與襯板的連接，可用銅螺釘連接或用黏結劑粘貼，但大多數(shù)是以燕尾槽的形式 將閘瓦固定在襯板上。在使用中當閘瓦磨損或閘瓦與制動盤的間隙過大時，可用 調整螺栓 6 調節(jié)筒體 9 的位置，使閘瓦間隙保持在 11.5mm 。柱塞 13 與銷子 14 的連接采用榫槽結構，在擰動螺釘 7 時不致使柱塞 13 轉動，以便調整閘瓦間隙。 壓向制動盤的制動力，由盤式彈簧產(chǎn)生。解除制動力，靠線油缸內充入油液而向 右推動活塞 5，壓縮盤式彈簧來實現(xiàn)。 螺釘 12 是放空氣用的。在第一次向制動油缸 3 充油，或在使用中發(fā)現(xiàn)送閘的 時間教長時，可將放氣螺釘 12 旋松，把制動油缸中的空氣排出，以免影響制動 油缸的正常工作。 塞頭 20 是排油用的。在使用中制動油缸可能有微量的滲油，因而要定期將塞 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 25 頁共 78 頁 頭 20 旋開排油。在排油時，應避免滲出的油玷污閘瓦及制動盤。 盤式制動器的結構如圖 3-4 所示： 圖 3-4 盤式制動器的結構圖 3.4 制動器的設計計算 滾筒直徑：4.55 米 3.4.1 確定在工作狀態(tài)下所需要的制動力 盤式制動器的基本參數(shù)如表 3-1 所示： 表 3-1 盤式制動器的基本參數(shù) 確定工作所需要的制動力 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 26 頁共 78 頁 主導輪直徑 4.5dT米 制動盤的平均直徑 0B米 制動器數(shù)量 1Z 天輪直徑 .6s米 閘瓦與閘盤摩擦系數(shù) 24 鋼繩與滾筒摩擦系數(shù) 10.5 圍包角 837 (1) 工作參數(shù) 提升高度 9.4米 提升速度（提物） 15/米 秒 有效載物（提物） 32.噸 (2) 超載計算 1) 質量的確定 提升鋼絲繩懸垂長度： 提升時：在井下 162.4L米 在井上 3米 尾繩懸垂長度： 提升時：在井下 2.7米 在井上 461L米 主繩提升單位重量 9.08 千 克 /米 鋼絲繩根數(shù) 1Z 尾繩單位重量 . 千 克 /米 繩數(shù) 24 鋼絲繩重量 S121233340.57.80.279ssLgZLgZSAA噸噸 噸 噸 噸 噸 (從主導輪到導向輪鋼絲繩重量)316.841噸 鋼絲繩重量 120.SU噸 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 27 頁共 78 頁 有效載重 32.5N噸 空箕斗 40噸 2) 運行載荷 有載重 1.7aU噸 無載重 5b噸 3) 天輪主導輪電機轉子和聯(lián)軸節(jié)的變位重量計算 A、天輪 數(shù)量 Z=8 天輪直徑 4.6sd米 慣性矩 2975J噸 米 相對鋼絲繩中心的變位重量 241.8/sssJGd噸（ ） Z 個天輪的變位重量 14.9sGAZ噸 B、主導輪 按鋼絲繩中心計算的主導輪直徑 .5dT米 慣性矩 213J噸 米 變位重量 24.697/TGd噸（ ） 電機轉子慣性矩 21.J噸 米 變位重量 24.7/Md噸（ ） 4) 運動部分的重量如表 3-2 所示： 表 3-2 礦井提升機的部分工件重量 項目 有效載重（噸） 無效載重（噸） 鋼絲繩 1S23.1 23.1 鋼絲繩 222.9 22.9 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 28 頁共 78 頁 有效載荷 N32.5 32.5 提升容器 FWG40.25 40.25 天輪 sZA14.49 14.49 主導輪 T25.697 25.697 電機轉子 M5.494 5.494 滾筒與天輪之間繩 Ss4.211 208.89總重量 2 176.39 鋼絲繩滑動極限的計算： A、下降時加速度 21( FW)(1)sGSeUagAA 2 40.5.932.79.81(74(6米 /秒 B、提升時加速 1122( F)()WsGSeUea gAA 2 40.5.9(32.79).81(74)(.) 米 /秒 C、空運行時加速度 123( F)()sGSeagA 2 40.5.99.81(74)(.2). 米 /秒 圍包角 0183. 9e 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 29 頁共 78 頁 表 3-3 鋼絲繩與摩擦輪包圍角基本參數(shù) 弧度 10.25 圍包角 角度 e 175 0.97 2.15 180 1.00 2.19 185 1.03 2.24 190 1.05 2.29 195 1.08 2.34 200 1.11 2.39 205 1.14 2.45 210 1.17 2.50 215 1.20 2.56 220 1.22 2.61 5) 相對于滾筒軸中心制動力的確定 A、運動制動力 制動安全系數(shù) 3FSUgA倍 因此： 32.79816F最 小 千 牛 頓 下降時工作超載的情況所需要的制動減速度 1 2.5FfgmA米 /秒 所以： 2.5.08.93.781634FU最 小 千 牛 頓 工作制動所允許的最小制動力 最 小 =963千 牛 頓 B、安全制動力 sch a、下降時減速度 ，制動力11schF 極限值 12.5sch米 /秒 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 30 頁共 78 頁 2.5米 /秒 （鋼絲繩滑動極限）109 1schFmUgA 極限值： .528.3.7981634千 牛 頓 123 0.9.2.sch千 牛 頓 千 牛 頓 b、提升時的加速度 減速度 ，制動力2sch2schF 極限值 （鋼絲繩滑動極限）0.9 21mUgA . c、空載時加速度： 減速度 ，制動力3sch3schF 極限值 （鋼絲繩滑動極限） 32schmSUgA .5176.390.818千 牛 頓 d、極限值 1634schschFKNF12323468059schsch千 牛 頓千 牛 頓千 牛 頓千 牛 頓 由于上述的要求不能被滿足，所以使用了安全制動器以保證對于所有的提升 礦井提升機制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設計 第 31 頁共 78 頁 機工作方式采用 的恒定減速度。21.5米 /秒 C、作為停車閘的安全制動器 （制動器安全系數(shù)）3SsFUgA 因此： 2.798163S千 牛 頓 3.4.2 確定制動器數(shù)量 (1) 確定使用 8SM7622 型盤式制動器 釋放空間：最小 1 毫米 最大 2 毫米（需要調節(jié)） 制動力發(fā)生器裝置的彈性拉力包括效率 最大釋放間隙 max14F千 牛 頓 最小釋放間隙 in0千 牛 頓 整個間隙釋放力 i8L千 牛 頓 活