提升機(jī)滾筒安全液壓制動系統(tǒng)設(shè)計

安培林 楊智鋒 葉南海 李月明 杜永權(quán)

（1.太重（天津）濱海重型機(jī)械有限公司，天津 300457；2.湖南大學(xué)，長沙 410082）

本文詳細(xì)介紹了礦井提升設(shè)備的盤式制動器的結(jié)構(gòu)和工作原理，簡單設(shè)計了其零部件如碟形彈簧等，完成盤式制動器的設(shè)計和強度校核。

1 盤式制動器的原理

盤式制動器的工作原理是靠油壓松閘、靠盤形彈簧力制動，當(dāng)壓力油充入油缸時，推動活塞，帶動筒體閘瓦移動，壓縮盤形彈簧，閘瓦離開制動盤，呈松閘狀態(tài)。當(dāng)油缸內(nèi)油壓降低時，盤形彈簧就恢復(fù)其松閘狀態(tài)時的壓縮變形，靠彈簧力推動筒體閘瓦、帶動活塞移動，使閘瓦壓向制動盤產(chǎn)生制動力，達(dá)到制動的目的。

2 盤式制動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度校核

假定參數(shù)：提升機(jī)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速1500r/min，輸出功率75kW，提升機(jī)卷筒名義直徑2m，鋼繩實際最大靜張力差△P=22kN。按三倍最大靜力矩的要求，最大制動力矩的計算M2=6600N·m，根據(jù)M值經(jīng)查《礦山提升機(jī)械設(shè)計》[1]，類比同類產(chǎn)品三倍靜力矩為M2=184kN·m，對應(yīng)的摩擦系數(shù)0.4，制動盤平均作用半徑1.14m，每個制動器能產(chǎn)生的垂直作用力FN1=63kN，碟簧剛度k'=41kN/mm，最大工作油壓6.0MPa。經(jīng)核算，取四個即兩對盤式制動器比較合適。

碟形彈簧的計算如下。

采用一系列碟形彈簧 D/d=2.0、D/σ=18、h0/σ=0.4，初算最大變形f=0.75h0，碟片數(shù)量nd=9，查《機(jī)械設(shè)計手冊》[2]，剛度 k=4100N/mm，A=7.67×10-7mm2/N。

初算松閘時每個制動器彈簧的反力F2'，有：

其中 σ=6.393mm。

查《 機(jī) 械 設(shè) 計 手 冊 》[2]， 選 用 σ=7mm、D=125mm、d=65.8mm、h0=2.6mm，參考pt=0.75h0=58740N，大于計算F2'=50570N，實際h0/σ=0.371、D/σ=17.85、D/d=1.899，查《機(jī)械設(shè)計手冊》[2]，得a=7.42×10-7，并由此反算出碟片實際剛度和片數(shù)。

單片剛度為：

松閘時實際彈簧力為：

計算可知每片彈簧變形量為1.707mm，彈簧預(yù)緊力為41460N，預(yù)壓變形量為1.484mm，需要碟片數(shù)目為nd=8.969，則9片彈簧比較合適。許用變形量fmax=0.75h0=1.95mm＞f2。

碟片強度的校核如下。

根 據(jù)D/d=1.899D/d=1.899D/d=1.899查 表， 得β=1.196、γ=1.338，按碟片使用壽命為一年計算，假定一年工作日為340天，每天工作20h，每小時提升50次，可得循環(huán)次數(shù)較多的變載荷，需要校核I處壓應(yīng)力：

I處壓應(yīng)力符合要求。由經(jīng)驗可知最大拉伸應(yīng)力是在II處。該處應(yīng)力為：

查表，可得彈簧疲勞強度上限應(yīng)力σ21=1160MPa＞1071MPa，疲勞強度也符合要求。

3 盤式制動器三維建模

盤式制動器三維建模如圖1所示。

圖1 三維建模裝配

4 結(jié)語

本設(shè)計的后置式油缸盤形制動器與前置式盤式制動器相比較有以下優(yōu)點：（1）可以減少維修員和維修次數(shù)，不用停產(chǎn)維修，只需要跟班維修；（2）有結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏、重量輕、體積不大、慣性小、安全程度高、通用性好等優(yōu)點，主軸不承受軸向附加力，還可分級使用。

[1]卜炎.中國機(jī)械設(shè)計大典[M].1版.南昌：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2002.

[2]馮敏.礦井提升機(jī)用盤式制動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].煤礦機(jī)械，2011，32（7）：1-2.