提升機滾筒安全液壓制動系統設計

安培林 楊智鋒 葉南海 李月明 杜永權

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

本文詳細介紹了礦井提升設備的盤式制動器的結構和工作原理，簡單設計了其零部件如碟形彈簧等，完成盤式制動器的設計和強度校核。

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。當油缸內油壓降低時，盤形彈簧就恢復其松閘狀態時的壓縮變形，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生制動力，達到制動的目的。

2 盤式制動器的結構設計與強度校核

假定參數：提升機電機輸出轉速1500r/min，輸出功率75kW，提升機卷筒名義直徑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M值經查《礦山提升機械設計》[1]，類比同類產品三倍靜力矩為M2=184kN·m，對應的摩擦系數0.4，制動盤平均作用半徑1.14m，每個制動器能產生的垂直作用力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，碟片數量nd=9，查《機械設計手冊》[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 械 設 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《機械設計手冊》[2]，得a=7.42×10-7，并由此反算出碟片實際剛度和片數。

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，彈簧預緊力為41460N，預壓變形量為1.484mm，需要碟片數目為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，可得循環次數較多的變載荷，需要校核I處壓應力：

I處壓應力符合要求。由經驗可知最大拉伸應力是在II處。該處應力為：

查表，可得彈簧疲勞強度上限應力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 結語

本設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點：（1）可以減少維修員和維修次數，不用停產維修，只需要跟班維修；（2）有結構緊湊、動作靈敏、重量輕、體積不大、慣性小、安全程度高、通用性好等優點，主軸不承受軸向附加力，還可分級使用。

[1]卜炎.中國機械設計大典[M].1版.南昌：江西科學技術出版社，2002.

[2]馮敏.礦井提升機用盤式制動器的結構設計[J].煤礦機械，2011，32（7）：1-2.