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提升機(jī)制動(dòng)器設(shè)計(jì)
摘要：目前我國許多煤礦礦井已經(jīng)轉(zhuǎn)向中、深部開采，礦井提升設(shè)備作為煤礦的關(guān)鍵設(shè)備，在礦井機(jī)械化生產(chǎn)中占有重要地位。制動(dòng)器是提升機(jī)(提升絞車)的重要組成部分之一，直接關(guān)系著提升機(jī)設(shè)備的安全運(yùn)行。
本文針對提升機(jī)制動(dòng)器進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先對提升機(jī)制動(dòng)器現(xiàn)況、類型、結(jié)構(gòu)等做了分析與介紹；接著結(jié)合現(xiàn)況通過對比分析選定了本次要設(shè)計(jì)的提升機(jī)制動(dòng)器的類型為液壓盤式制動(dòng)器；然后對提升機(jī)液壓盤式制動(dòng)器總體參數(shù)、蝶形彈簧、液壓油缸、液壓系統(tǒng)等進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)與校核計(jì)算，最后對本次設(shè)計(jì)的制動(dòng)器的安裝與調(diào)整、使用與維護(hù)進(jìn)行了詳細(xì)說明。
液壓盤式制動(dòng)器作為最新一種制動(dòng)器，它具有制動(dòng)力大、工作靈活性穩(wěn)定、敏感度高等特點(diǎn)，對生產(chǎn)安全具有重要意義。本次提升機(jī)液壓盤式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)代表了設(shè)計(jì)的一般過程，對今后的選型設(shè)計(jì)工作有一定的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：提升機(jī)；制動(dòng)器；蝶形彈簧；液壓缸
Hoist brake design
Abstract: At present, China has shifted in many coal mines, deep mining, coal mine hoisting equipment as key equipment, plays an important role in the production of mine mechanization. Brakes are hoist (hoist), one of the important part, is directly related to the safe operation of the hoist equipment.
Aiming hoist brake design. First, to enhance the status of the machine brakes, type, structure, and so do the analysis and presentation; followed by comparative analysis of the current situation combined with the selected type of the secondary design hoist brake is hydraulic disc brakes; then hoist hydraulic disc brake overall parameters, butterfly springs, hydraulic cylinders, hydraulic systems and other detail design and verification calculations, the final installation and adjustment of the design of the brake, use and maintenance is described in detail.
Hydraulic disc brakes as the latest of a brake, it has a large braking force, work flexibility, stability, and high sensitivity, security is of great significance to the production. The hoist hydraulic disc brake design represents a general process of design, selection of the future design work has a certain reference value.
Keywords: Hoist; Brakes; Butterfly spring; Cylinder
目 錄
第1章 緒論 1
1.1引言 1
1.2提升機(jī)制動(dòng)裝置的功用 1
1.3提升機(jī)制動(dòng)裝置的類型及發(fā)展概況 1
1.3.1塊閘制動(dòng)器 1
1.3.2液壓徑向推力平移式制動(dòng)器 3
1.3.3盤式制動(dòng)器 4
1.4提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的未來發(fā)展方向 6
第2章 提升機(jī)制動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì) 7
2.1制動(dòng)裝置的有關(guān)規(guī)定和要求 7
2.2提升機(jī)制動(dòng)裝置類型的選定 7
2.3提升機(jī)制動(dòng)裝置方案設(shè)計(jì) 9
2.3.1盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu) 9
2.3.2盤式制動(dòng)器的布置方式 9
第3章 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 11
3.1總體參數(shù)計(jì)算 11
3.1.1確定在工作狀態(tài)下所需要的制動(dòng)力 11
3.1.2確定制動(dòng)器數(shù)量 15
3.2碟型彈簧的選型計(jì)算 18
3.3制動(dòng)器液壓缸的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)計(jì)算 22
3.3.1液壓缸工作原理分析 22
3.3.2制動(dòng)器的工作特征分析 23
3.3.3液壓回路設(shè)計(jì) 23
3.3.4設(shè)計(jì)計(jì)算 24
3.4制動(dòng)器的強(qiáng)度校核 27
3.4.1 制動(dòng)力整定計(jì)算 27
3.4.2液壓站油壓整定計(jì)算 29
第4章 安裝與調(diào)整、使用與維護(hù) 30
4.1安裝與調(diào)整 30
4.1.1盤式制動(dòng)器的安裝要求 30
4.1.2盤式制動(dòng)器的安裝程序 30
4.1.3盤式制動(dòng)器的調(diào)整 31
4.2使用與維護(hù) 33
總 結(jié) 35
參考文獻(xiàn) 36
致 謝 37
39
11
第1章 緒論
1.1引言
礦井提升機(jī)是礦山重要設(shè)備，它承擔(dān)礦物的提升、人員上下、材料和設(shè)備的運(yùn)送，是聯(lián)系井下與地面的樞紐設(shè)備，因此又被人們稱為礦山的“咽喉設(shè)備”。因此也就意味著提升機(jī)和一般的起重設(shè)備不同，除了提升物料，還要升降人員，一旦出現(xiàn)事故，直接關(guān)系到人員的生命。所以這就要求提升機(jī)必須具備非常高的安全性，而確保提升機(jī)安全與否的制動(dòng)系統(tǒng)是直接作用在最終的工作機(jī)構(gòu)―卷筒上，從而更加安全可靠。制動(dòng)系統(tǒng)是保證提升機(jī)安全停車的部件，任何環(huán)節(jié)失效都要由制動(dòng)器來完成最終保護(hù)。這一點(diǎn)可以從提升機(jī)的電氣保護(hù)中看出：各種事故狀態(tài)下的保護(hù)，如過卷、超速等，都和安全回路串在一起，一旦發(fā)生任何安全事故，最終的解決方法就是制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)作，將卷筒可靠地制動(dòng)住。
1.2提升機(jī)制動(dòng)裝置的功用
制動(dòng)裝置是提升機(jī)(提升絞車)的重要組成部分之一，直接關(guān)系著提升機(jī)設(shè)備的安全運(yùn)行。它由兩部分組成：制動(dòng)器(通常稱做閘)和傳動(dòng)裝置。制動(dòng)器是直接作用于制動(dòng)輪或制動(dòng)盤上產(chǎn)生制動(dòng)力矩的機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)裝置是控制并調(diào)節(jié)制動(dòng)力矩的機(jī)構(gòu)。
制動(dòng)系統(tǒng)是提升機(jī)不可缺少的重要組成部分。是提升機(jī)最關(guān)鍵也是最后一道安全保障裝置，制動(dòng)裝置的可靠性直接關(guān)系到提升機(jī)的安全運(yùn)行。制動(dòng)力矩不足是導(dǎo)致提升設(shè)備過卷、放大滑等事故的直接因素。
(1) 在提升機(jī)停止工作時(shí)能可靠地閘住提升機(jī)，即正常停車；
(2) 在減速階段及下放重物時(shí)，參與提升機(jī)的控制，即工作制動(dòng)；
(3) 當(dāng)發(fā)生緊急事故或其他意外情況時(shí)，能迅速而合乎要求地閘住提升機(jī)，即安全制動(dòng)；
(4)雙滾筒提升機(jī)在更換水平、調(diào)節(jié)鋼絲繩長度時(shí)，能夠閘住提升機(jī)的游動(dòng)滾筒而松開固定滾筒。
1.3提升機(jī)制動(dòng)裝置的類型及發(fā)展概況
提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)至今為止有三大類形式：
第一類是塊閘制動(dòng)器，屬徑向制動(dòng)器，分為角移式、平移式、綜合式三種。
第二類是液壓徑向推力平移式制動(dòng)器，利用盤型制動(dòng)器的先進(jìn)技術(shù)，采用碟形彈簧制動(dòng)，而適應(yīng)于老提升機(jī)帶閘輪的結(jié)構(gòu)。
第三類是盤型制動(dòng)器，屬軸向制動(dòng)器，分為固定式盤型閘和浮動(dòng)式盤型閘。
1.3.1塊閘制動(dòng)器
塊閘式制動(dòng)系統(tǒng)用于老產(chǎn)品KJ系列提升機(jī)上，它包括塊閘式制動(dòng)器和油壓或氣壓制動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)。塊閘式制動(dòng)器按結(jié)構(gòu)分為角移式、平移式和綜合式等。在KJ2~3m提升機(jī)上采用角移式制動(dòng)器、油壓制動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)；KJ4~6 m提升機(jī)上采用平移式制動(dòng)器、氣壓制動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)；KJ-A系列過渡型提升機(jī)采用綜合式塊閘制動(dòng)系統(tǒng)。
（1）角移式塊閘制動(dòng)器
KJ型2~3m系列提升機(jī)制動(dòng)裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是采用角移式塊閘制動(dòng)器。在雙滾筒提升機(jī)上，制動(dòng)器作用于滾筒內(nèi)側(cè)的制動(dòng)輪上；在單滾筒提升機(jī)上，則作用于滾筒兩外側(cè)的制動(dòng)輪上。如圖1-1所示。
圖1-1 角移式制動(dòng)器
1— 頂絲；2—前制動(dòng)梁；3—軸承；4—拉桿；5—三角杠桿；
6—閘瓦；7—后制動(dòng)梁； 8—調(diào)節(jié)螺母；9—制動(dòng)輪
前制動(dòng)梁2和后制動(dòng)梁7是鋼焊接結(jié)構(gòu)件，它們經(jīng)三角杠桿5，用拉桿4彼此相連接，以木質(zhì)或石棉塑料壓制的閘瓦6固定于前、后制動(dòng)梁上。利用拉桿4左端的調(diào)節(jié)螺母8來調(diào)節(jié)閘瓦6與制動(dòng)輪9之間的閘瓦間隙。兩制動(dòng)梁下端與支撐軸承3相連接。前制動(dòng)梁2的外側(cè)設(shè)有擋釘（頂絲）1用來支撐調(diào)整前制動(dòng)梁，以保證兩閘瓦對于制動(dòng)輪具有相同的閘瓦間隙。當(dāng)進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，通過制動(dòng)裝置傳動(dòng)系統(tǒng)，使三角杠桿5的右端按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)前制動(dòng)梁2，并經(jīng)拉桿4帶動(dòng)后制動(dòng)梁7，使制動(dòng)梁繞其鉸接點(diǎn)（軸承3）轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)不大的角度，使兩個(gè)閘瓦壓向制動(dòng)輪9產(chǎn)生制動(dòng)。當(dāng)三角杠桿按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)松閘。
（2）平移式制動(dòng)器
平移式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)如圖6-3 所示。
圖6-3 平移式制動(dòng)器
1—安全制動(dòng)重錘；2—安全制動(dòng)氣缸；3—工作制動(dòng)氣缸；
4—制動(dòng)拉桿；5—輔助立柱；6—三角杠桿；7—立柱；
8—制動(dòng)杠桿；9—頂絲；10—制動(dòng)梁；11—橫拉桿；
12—可調(diào)節(jié)拉桿；13—閘瓦；14—制動(dòng)輪
后制動(dòng)梁10 用鉸接軸同立柱7 相連后，又用鉸接軸支承在混凝土地基上，它的上、下端各安設(shè)一個(gè)三角杠桿6，用可調(diào)節(jié)拉桿12彼此保持聯(lián)系；前制動(dòng)梁10 亦用鉸接軸同立柱7 和輔助立柱5 鉸接，支承在混凝土地基上，基礎(chǔ)下端安設(shè)一個(gè)三角杠桿6。前、后制動(dòng)梁用橫拉桿11彼此上、下連接起來，通過制動(dòng)立桿4、制動(dòng)杠桿8，受工作制動(dòng)氣缸3或安全制動(dòng)氣缸2的控制：工作制動(dòng)氣缸充氣時(shí)抱閘，排氣時(shí)松閘；安全制動(dòng)氣缸工作情況卻與工作制動(dòng)氣缸相反，即充氣時(shí)松閘，排氣時(shí)抱閘。當(dāng)工作制動(dòng)氣缸3充氣或安全制動(dòng)氣缸2排氣時(shí)，都可使制動(dòng)立桿4向上運(yùn)動(dòng)，通過三組三角杠桿6、上下拉桿11和可調(diào)節(jié)拉桿12等，驅(qū)使前后制動(dòng)梁10而帶動(dòng)閘瓦13壓向制動(dòng)輪14產(chǎn)生制動(dòng)作用；反之，若工作制動(dòng)氣缸3排氣或安全制動(dòng)氣缸2充氣，都會(huì)使制動(dòng)立桿4向下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的松閘。這種制動(dòng)器前后制動(dòng)梁的動(dòng)作是近似平移的。前制動(dòng)梁10受立柱7和輔助立柱5的支承，形成四連桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)輔助立柱5和立柱7接近垂直位置時(shí)（制動(dòng)梁的位移僅達(dá)2mm左右），基本上可保證前制動(dòng)梁的平移性。
角移式制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)工作原理如圖6—4所示。
圖6—4 角移式制動(dòng)系統(tǒng)
1— 立桿；2—電磁鐵；3—制動(dòng)杠桿；4—差動(dòng)杠桿；5—四通閥；6—三通閥；7—液壓缸；8—重錘
當(dāng)司機(jī)把制動(dòng)手把拉向身邊，三通閥6活塞下降，打開制動(dòng)液壓缸通向貯油缸的通路，在重錘8的重力作用下，液壓缸內(nèi)的油液流出，重錘8下降，立桿1上移給制動(dòng)輪施加制動(dòng)力，同時(shí)由于杠桿3順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)差動(dòng)杠桿4傳動(dòng)，使三通閥6的活塞上升，直至重新把油口堵住為止。保持一定制動(dòng)力。松閘時(shí)與上述過程相反。
安全制動(dòng)時(shí)，電磁鐵2斷電，四通閥閥芯下落打開制動(dòng)油缸7通向貯油缸的通路。為了安全制動(dòng)時(shí)，液壓缸能順利出油而不受三通閥的影響，有一條管路直接與四通閥相連。
1.3.2液壓徑向推力平移式制動(dòng)器
利用盤型制動(dòng)器的先進(jìn)技術(shù)，采用碟形彈簧制動(dòng)，從而適應(yīng)于老提升機(jī)帶閘輪的結(jié)構(gòu)。這種制動(dòng)器有安全可靠、動(dòng)作靈敏、速度快、制動(dòng)平穩(wěn)、制動(dòng)力調(diào)節(jié)范圍廣、效率高、尺寸小、重量輕、基礎(chǔ)簡單等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。該種類型的改造適用于蘇制或仿蘇型、老JKA型。
這種制動(dòng)器是根據(jù)老提升機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，而開發(fā)設(shè)計(jì)的一種制動(dòng)器，但是由于結(jié)構(gòu)尺寸的限制，制動(dòng)輪寬度尺寸的影響，導(dǎo)致油缸直徑受限，制動(dòng)力無法達(dá)到很高的數(shù)值。不像盤形制動(dòng)器，只要結(jié)構(gòu)上允許，可以增加制動(dòng)器的數(shù)量。所以隨著提升機(jī)的更新?lián)Q代這種以改造老式提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)而產(chǎn)生的液壓徑向推力平移式制動(dòng)器將會(huì)逐漸淡出提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的舞臺。
1.3.3盤式制動(dòng)器
盤式制動(dòng)系統(tǒng)是應(yīng)用于礦井提升機(jī)上的新型制動(dòng)系統(tǒng)，用于XKT系列和JK系列礦井提升機(jī)及JKD型多繩摩擦輪提升機(jī)上。
盤式閘制動(dòng)系統(tǒng)包括兩部分，即盤式閘制動(dòng)器和液壓站。前者是制動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)成，后者是系統(tǒng)的控制裝置。盤式閘可分為兩類固定式盤式制動(dòng)器和浮動(dòng)式盤式制動(dòng)器。
（1）固定式盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)及工作原理
固定式盤式制動(dòng)器與塊式制動(dòng)器不同，它的制動(dòng)力矩是靠閘瓦沿軸向從兩側(cè)壓向制動(dòng)盤產(chǎn)生的，制動(dòng)器徑向布置于滾筒周邊的制動(dòng)盤上。為了使制動(dòng)盤不產(chǎn)生附加變形，主軸不承受附加軸向力，固定式盤式制動(dòng)器都是成對使用，每一對叫做一副盤式制動(dòng)器。根據(jù)所要求的制動(dòng)力矩的大小，每一臺提升機(jī)上可以同時(shí)布置兩副、四副或多副。固定式盤式制動(dòng)器各副盤式制動(dòng)器都是用螺栓安裝在支座上，支座為整體鑄鋼件，經(jīng)過墊板用地腳螺栓固定在基礎(chǔ)上。固定式盤式制動(dòng)器在制動(dòng)盤上的配置見圖6—5所示。固定式盤式制動(dòng)器工作原理圖如圖6—6所示。
圖6—5 固定式盤式制動(dòng)器在制動(dòng)盤上配置示意圖
1固定式盤式制動(dòng)器；2支座；3滾筒；4擋繩板；5制動(dòng)盤
圖6—6 固定式盤式制動(dòng)器工作原理圖
1閘瓦；2盤形彈簧；3油缸；4活塞；5后蓋；6筒體；7制動(dòng)器體；8制動(dòng)盤
固定式盤式制動(dòng)器的工作原理是靠油壓松閘、靠盤形彈簧力制動(dòng)，當(dāng)壓力油充入油缸3時(shí)，推動(dòng)活塞4，帶動(dòng)筒體6，閘瓦1移動(dòng)，壓縮盤形彈簧2，閘瓦離開制動(dòng)盤8，呈松閘狀態(tài)。當(dāng)油缸內(nèi)油壓降低時(shí)，盤形彈簧就恢復(fù)其松閘狀態(tài)時(shí)的壓縮變形，靠彈簧力推動(dòng)筒體、閘瓦，帶動(dòng)活塞移動(dòng)，使閘瓦壓向制動(dòng)盤產(chǎn)生制動(dòng)力，達(dá)到對提升機(jī)施加制動(dòng)的目的。
固定式盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)如圖6—7所示。
（2）浮動(dòng)式盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)及工作原理
浮動(dòng)式盤式制動(dòng)器與固定式盤式制動(dòng)器最大區(qū)別在于它的設(shè)計(jì)是一體式的，即不像固定式盤式制動(dòng)器那樣成對的安裝在制動(dòng)盤的兩側(cè)，浮動(dòng)式盤式制動(dòng)器通過固定螺栓安裝在支架上，然后將制動(dòng)器的鉗口放進(jìn)制動(dòng)盤內(nèi)。具體在盤上的布置見圖6—8。
圖6—8浮動(dòng)式盤式制動(dòng)器在制動(dòng)盤上配置示意圖
圖6—9浮動(dòng)式盤式制動(dòng)器工作原理圖
浮動(dòng)式盤式制動(dòng)器工作原理：固定制動(dòng)器至制動(dòng)器支架上。制動(dòng)器打開時(shí)，碟簧組件被油壓P壓縮，主動(dòng)剎車片首先脫離制動(dòng)盤，下鉗體通過滑軸上復(fù)位彈簧的Nˊ迅速離開制動(dòng)盤；當(dāng)通入缸體內(nèi)的油壓減小至P=F時(shí)，主動(dòng)剎車片貼合制動(dòng)盤，下鉗體通過Nˊ的整體位移，對制動(dòng)盤產(chǎn)生制動(dòng)力，隨著油壓P越小，制動(dòng)力會(huì)越大。
浮動(dòng)式盤式制動(dòng)器的特點(diǎn)為：
（1） 浮動(dòng)式安裝，自動(dòng)對準(zhǔn)制動(dòng)盤；
（2） 制動(dòng)器退距均等，不會(huì)發(fā)生偏剎、干磨等現(xiàn)象；
（3） 具有自動(dòng)補(bǔ)償功能，不需人工手動(dòng)調(diào)整；
1.4提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的未來發(fā)展方向
透過以上介紹的提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展，我們可以看出盤式制動(dòng)系統(tǒng)逐漸顯現(xiàn)出其優(yōu)越的性能，而且從科學(xué)技術(shù)發(fā)展的宏觀方向來說盤式制動(dòng)系統(tǒng)的體積小、智能化高、功能多、高可靠性、低維護(hù)率等一系列的優(yōu)點(diǎn)跟科學(xué)技術(shù)發(fā)展的宏觀方向是相吻合的。
相信未來的提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)將會(huì)是以可編程控制系統(tǒng)結(jié)合液壓控制技術(shù)作為控制系統(tǒng)，以帶有摩擦襯墊自動(dòng)磨損補(bǔ)償功能的盤型閘為執(zhí)行系統(tǒng)的智能化的制動(dòng)系統(tǒng)。這套制動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)用會(huì)使提升機(jī)的安全性得到提高、使操作設(shè)備人員的工作量減少是將來傳動(dòng)系統(tǒng)必不可少的組成模塊。
第2章 提升機(jī)制動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)
2.1制動(dòng)裝置的有關(guān)規(guī)定和要求
按照《煤炭安全規(guī)程》及有關(guān)技術(shù)規(guī)范的規(guī)定，提升機(jī)(絞車)的制動(dòng)裝置必須達(dá)到下列要求。
（1）提升機(jī)(絞車)必須裝設(shè)司機(jī)不離開位置即能操縱的常用閘(即工作閘)保險(xiǎn)閘(即安全閘)。
（2）常用閘和保險(xiǎn)閘必須經(jīng)常處于良好的狀態(tài)，保證靈活可靠。
（3）保險(xiǎn)閘必須采用配重式或彈簧式的制動(dòng)裝置，常用閘必須采用可調(diào)節(jié)的機(jī)械制動(dòng)裝置。
（4）提升機(jī)（絞車）除有（常用閘和保險(xiǎn)閘）外，應(yīng)加設(shè)定車裝置。
（5）保險(xiǎn)閘（或保險(xiǎn)閘第一級）的空動(dòng)時(shí)間（由保護(hù)回路斷電時(shí)起至閘瓦剛剛接觸到閘輪上的一段時(shí)間）：壓縮空氣驅(qū)動(dòng)閘瓦式制動(dòng)器不得超過0.5秒，儲能壓縮驅(qū)動(dòng)閘瓦式制動(dòng)器不得超過0.6秒，盤式制動(dòng)器不得超過0.3秒。
（6）提升機(jī)（絞車）的常用閘和保險(xiǎn)閘制動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的力矩和實(shí)際提升最大靜載荷重旋轉(zhuǎn)力之比（K），都不得小于3。
（7）雙滾筒提升機(jī)（絞車）在調(diào)整滾筒旋轉(zhuǎn)的相對位置時(shí)（此時(shí)游動(dòng)滾筒與主軸脫離連接），制動(dòng)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(zhuǎn)力矩的1.2倍。
（8）在立井和傾角以上的傾斜井巷，提升裝置的保險(xiǎn)閘發(fā)生作用時(shí)，全部機(jī)械的減速度：下放重載（設(shè)計(jì)額定的全部重量）時(shí)，不得小于1.5米每二次方秒；提升重載時(shí)，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(shí)的制動(dòng)減速度不得小于0.75米每二次方秒，提升重載時(shí)的制動(dòng)減速度不得大于自然減速度。
= m／
式中 --------重力加速度， m／；
--------井巷傾角， （）；
--------繩端載荷的運(yùn)動(dòng)阻力系數(shù)，一般采用0.10到0.105。
（9）制動(dòng)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(diào)整時(shí)備用。
(10) 制動(dòng)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(shí)，應(yīng)重新車削或換新的。
2.2提升機(jī)制動(dòng)裝置類型的選定
本文選定的JKMD型提升機(jī)是基于撓性體摩擦傳動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)的。它利用提升鋼絲繩與驅(qū)動(dòng)共同滾筒之間的摩擦力拖動(dòng)提升容器在井筒中往復(fù)運(yùn)行，加之采用多根鋼絲繩共同承擔(dān)載荷的方式，因而多繩摩擦提升機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、安全可靠、提升能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于較深的礦井提升。
下表2-1為JKMD型提升機(jī)的型號及相關(guān)數(shù)據(jù)：
表2-1 提升機(jī)的相關(guān)參數(shù)
名稱
單位
型號
JKMD-4.5×4
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(zhì)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
工作參數(shù)：
有效載荷 32500kg
井筒深度： 602.4m
提升距離 600m
提升速度 15m/s
加速度
減速度
主導(dǎo)輪直徑 4.5m
主導(dǎo)輪轉(zhuǎn)速
爬行距離 0
爬行速度 0
停止時(shí)間 28s
提升繩長度 820m
尾繩長度 640m
提升繩重量 4×9.08kg/m
尾繩重量 4×9.08kg/m
帶懸掛裝置箕斗重量 4000kg
拋物線段變加速度系數(shù)
如無拋物線段
考慮到JKMD型提升機(jī)的這些特點(diǎn)，本次采用盤式制動(dòng)器作為本提升機(jī)的制動(dòng)裝置。盤式制動(dòng)器以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)及良好的安全性能被廣大用戶認(rèn)可。特別是在結(jié)合了液壓系統(tǒng)和PLC 控制之后，液壓系統(tǒng)和PLC 超強(qiáng)的控制性能為盤式制動(dòng)器的應(yīng)用提供了巨大的工作平臺。
(1) 盤式制動(dòng)器與其它類型制動(dòng)器相比較，其優(yōu)點(diǎn)是：可靠性高，操作方便，制動(dòng)力矩可調(diào)性好，慣性小，動(dòng)作快，靈敏度高；重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小，安裝維護(hù)方便；通用性大等。
(2)液壓盤式制動(dòng)器作為最新開發(fā)出來的一種制動(dòng)器，其發(fā)展前景遠(yuǎn)大，尤其是將液壓—電氣控制結(jié)合在盤式制動(dòng)器上，相信隨著液壓和電氣技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，會(huì)更有利于盤式制動(dòng)器的發(fā)展。
2.3提升機(jī)制動(dòng)裝置方案設(shè)計(jì)
2.3.1盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)
盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)如圖所示。兩個(gè)制動(dòng)油缸3位于滾筒制動(dòng)盤的兩側(cè)，均裝在支座2上。支座2為整體鑄鋼件，一副盤式制動(dòng)器通過支座及墊板1用地腳螺栓固定在基座上。制動(dòng)油缸3內(nèi)裝有活塞5柱塞13調(diào)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(nèi)孔往復(fù)移動(dòng)。閘瓦與襯板的連接，可用銅螺釘連接或用黏結(jié)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(dāng)閘瓦磨損或閘瓦與制動(dòng)盤的間隙過大時(shí)，可用調(diào)整螺栓6調(diào)節(jié)筒體9的位置，使閘瓦間隙保持在1~1.5mm 。柱塞13與銷子14的連接采用榫槽結(jié)構(gòu)，在擰動(dòng)螺釘7時(shí)不致使柱塞13轉(zhuǎn)動(dòng)，以便調(diào)整閘瓦間隙。壓向制動(dòng)盤的制動(dòng)力，由盤式彈簧產(chǎn)生。解除制動(dòng)力，靠線油缸內(nèi)充入油液而向右推動(dòng)活塞5，壓縮盤式彈簧來實(shí)現(xiàn)。
盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)如圖3-4所示：
圖3-4 盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)圖
2.3.2盤式制動(dòng)器的布置方式
盤式制動(dòng)器又稱盤型閘，它與閘塊不同，其制動(dòng)力矩是靠盤瓦沿軸向兩側(cè)壓向滾筒上的制動(dòng)盤而產(chǎn)生的。為了使制動(dòng)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(dòng)器都成對地裝設(shè)使用，每一對盤式制動(dòng)器叫做一副，如圖所示。根據(jù)所需制動(dòng)力矩的大小，一臺提升機(jī)可以同時(shí)布置兩副四副或更多副盤式制動(dòng)器。
盤式制動(dòng)器的布置方式如圖3-3所示：
圖3-3 盤式制動(dòng)器的布置圖
第3章 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1總體參數(shù)計(jì)算
3.1.1確定在工作狀態(tài)下所需要的制動(dòng)力
盤式制動(dòng)器的基本參數(shù)如表3-1所示：
表3-1 盤式制動(dòng)器的基本參數(shù)
確定工作所需要的制動(dòng)力
主導(dǎo)輪直徑
制動(dòng)盤的平均直徑
制動(dòng)器數(shù)量
天輪直徑
閘瓦與閘盤摩擦系數(shù)
鋼繩與滾筒摩擦系數(shù)
圍包角
(1) 工作參數(shù)
提升高度
提升速度（提物）
有效載物（提物）
(2) 超載計(jì)算
1) 質(zhì)量的確定
提升鋼絲繩懸垂長度：
提升時(shí)：在井下
在井上
尾繩懸垂長度：
提升時(shí)：在井下
在井上
主繩提升單位重量
鋼絲繩根數(shù)
尾繩單位重量
繩數(shù)
鋼絲繩重量S
(從主導(dǎo)輪到導(dǎo)向輪鋼絲繩重量)
鋼絲繩重量
有效載重
空罐籠
2) 運(yùn)行載荷
有載重
無載重
3) 天輪主導(dǎo)輪電機(jī)轉(zhuǎn)子和聯(lián)軸節(jié)的變位重量計(jì)算
A、天輪
數(shù)量
天輪直徑
慣性矩
相對鋼絲繩中心的變位重量
Z個(gè)天輪的變位重量
B、主導(dǎo)輪
按鋼絲繩中心計(jì)算的主導(dǎo)輪直徑
慣性矩
變位重量
電機(jī)轉(zhuǎn)子慣性矩
變位重量
4) 運(yùn)動(dòng)部分的重量如表3-2所示：
表3-2 礦井提升機(jī)的部分工件重量
項(xiàng)目
有效載重（t）
無效載重（t）
鋼絲繩
23.1
23.1
鋼絲繩
22.9
22.9
有效載荷
32.5
32.5
提升容器 FW
40.25
40.25
天輪
14.49
14.49
主導(dǎo)輪
25.697
25.697
電機(jī)轉(zhuǎn)子
5.494
5.494
滾筒與天輪之間繩
4.21
總重量
208.89
176.39
鋼絲繩滑動(dòng)極限的計(jì)算：
A、下降時(shí)加速度
B、提升時(shí)加速
C、空運(yùn)行時(shí)加速度
圍包角，
表3-3 鋼絲繩與摩擦輪包圍角基本參數(shù)
弧度
圍包角
角度
175
0.97π
2.15
180
1.00π
2.19
185
1.03π
2.24
190
1.05π
2.29
195
1.08π
2.34
200
1.11π
2.39
205
1.14π
2.45
210
1.17π
2.50
215
1.20π
2.56
220
1.22π
2.61
5) 相對于滾筒軸中心制動(dòng)力的確定
A、運(yùn)動(dòng)制動(dòng)力
制動(dòng)安全系數(shù)
因此：
下降時(shí)工作超載的情況所需要的制動(dòng)減速度
所以：
工作制動(dòng)所允許的最小制動(dòng)力
B、安全制動(dòng)力
a、下降時(shí)減速度，制動(dòng)力
極限值 （鋼絲繩滑動(dòng)極限）
極限值：
b、提升時(shí)的加速度
減速度，制動(dòng)力
極限值（鋼絲繩滑動(dòng)極限）
c、空載時(shí)加速度：
減速度，制動(dòng)力
極限值（鋼絲繩滑動(dòng)極限）
d、極限值
由于上述的要求不能被滿足，所以使用了安全制動(dòng)器以保證對于
有的提升機(jī)工作方式采用的恒定減速度。
C、作為停車閘的安全制動(dòng)器
（制動(dòng)器安全系數(shù)）
因此：
3.1.2確定制動(dòng)器數(shù)量
(1) 確定使用8SM7622型盤式制動(dòng)器
釋放空間：最小1毫米
最大2毫米（需要調(diào)節(jié)）
制動(dòng)力發(fā)生器裝置的彈性拉力包括效率
最大釋放間隙
最小放間隙
整個(gè)間隙釋放力
活塞直徑
活塞面積
制動(dòng)盤直徑(mm)參數(shù)如表5-4所示：
表5-4 制動(dòng)盤直徑參數(shù)
制動(dòng)器直徑尺寸
350
400
410
450
460
500
560
630
700
注：括號內(nèi)為非優(yōu)先選用尺寸
(2) 確定制動(dòng)閘的數(shù)量Z
工作制動(dòng)閘所需要的制動(dòng)力
取Z=8 *制動(dòng)裝置之規(guī)定E27L41119
工作制動(dòng)閘和安全制動(dòng)閘可以作為停車制動(dòng)使用，它們相對鋼絲繩中心的工作制動(dòng)力和安全制動(dòng)力
= =969KN
靜態(tài)安全系數(shù)
在超負(fù)荷下降時(shí)，工作制動(dòng)閘產(chǎn)生的制動(dòng)減速速度為：
(3) 安全制動(dòng)控制器
安全制動(dòng)閘使提升機(jī)在任何工作狀態(tài)下其減速度保持在恒定不變，這個(gè)值低于第一部分中使用鋼絲繩滑動(dòng)的減速度。
制動(dòng)控制器保證鋼絲繩有效直徑所需要的制動(dòng)力。
準(zhǔn)確的減速度
(4) 如果一個(gè)制動(dòng)器發(fā)生了故障，根據(jù)TSA超載運(yùn)行的靜態(tài)安全系數(shù)
至少要達(dá)到1.5，其減速度應(yīng)符合下面之說明。
下表為提升機(jī)工作狀態(tài)下的參數(shù)如圖5-5所示：
表5-5 提升機(jī)工作狀態(tài)下的參數(shù)
工作狀態(tài)
下降負(fù)載
提升負(fù)載
空罐籠
減速度
超載U
質(zhì)量m
安全制動(dòng)力
32.7t
208．9t
634KN
32.7t
208．9t
634KN
0．2t
176．39t
262KN
1) 工作制動(dòng)
工作制動(dòng)的制動(dòng)力
靜態(tài)安全系數(shù)
下降時(shí)的減速度
2) 用作固定閘的安全制動(dòng)閘
制動(dòng)力
靜態(tài)安全系數(shù)
3) 在安全制動(dòng)的情況下制動(dòng)控制器能對制動(dòng)器的故障進(jìn)行補(bǔ)償。下降運(yùn)行時(shí)，安全制動(dòng)所需要的最大制動(dòng)力為634KN，由于它比總的有效制動(dòng)力872KN要小，它可以由制動(dòng)控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)。
(5) 如果減速度達(dá)不到，就要預(yù)先調(diào)節(jié)安全制動(dòng)力，使它達(dá)到第3節(jié)中對下降運(yùn)行計(jì)算得到的保險(xiǎn)制動(dòng)力，這樣它才能正?？刂?。
利用恒定制動(dòng)力可以得到如下的減速度值如表5-6所示：
表5-6 在恒定制動(dòng)力下提升的減速度
工作狀態(tài)
下降負(fù)載
提升負(fù)載
空載
超載U
質(zhì)量m
安全制動(dòng)閘的制動(dòng)力
減速度
32.7t
208．89t
634KN
32.7t
208．89t
634KN
0．2t
176．39t
634KN
在液壓裝置中，產(chǎn)生所需要的恒定剩余壓力計(jì)算如下：
（鋼絲繩有效直徑的安全制動(dòng)力）
根據(jù)下圖的壓力/制動(dòng)力曲線可以發(fā)現(xiàn)對制動(dòng)力，其剩余壓
壓力/制動(dòng)力曲線如表5-7所示：
表5-7 壓力/制動(dòng)力曲線
，蓄能器壓力=。
釋放間隙1毫米，制動(dòng)器的制動(dòng)力有4MPa到。
盤式制動(dòng)器的性能參數(shù)包括制動(dòng)力矩、彈簧剛度、液壓站油壓等。另外制動(dòng)器的強(qiáng)度參數(shù)還有支架強(qiáng)度、螺栓強(qiáng)度、液壓缸強(qiáng)度等。
3.2碟型彈簧的選型計(jì)算
盤形閘制動(dòng)力是由碟形彈簧產(chǎn)生的，因此碟形彈簧的失效或疲勞損壞都會(huì)對制動(dòng)工作產(chǎn)生影響。碟形彈簧的壽命制造廠是按4×106循環(huán)次數(shù)設(shè)計(jì)的，根據(jù)使用工況我們驗(yàn)算其壽命如下：
在使用中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定盤式彈簧的使用壽命：
式中 —盤式彈簧使用年限，；
—每年工作時(shí)數(shù)，（=300×16=4800h）；
—每小時(shí)提升次數(shù)，(28勾)；
—每提升一次松閘次數(shù)（2次）。
代人公式得
碟型彈簧猶如一個(gè)圓盤，從其支承面來區(qū)分，可劃分為A型和B型。A型彈簧呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)錐臺形狀，如圖a；B型彈簧在錐臺上表面加工出一個(gè)平面，利于多片碟簧的疊放支承，如圖b。碟簧的剛度和強(qiáng)度與碟片外徑D，內(nèi)徑 d，碟片厚度δ，碟片內(nèi)錐自由高度等參數(shù)有很大關(guān)系。其中，系數(shù)C=D/d對碟型彈簧的特性有主要影響，C值越大，剛度越小，但C值過小會(huì)給加工制造帶來困難。一般情況下，C值取在1.7~2.5范圍較為適宜，初值時(shí)可取C=2.0。
比值和比值的變化，會(huì)得到碟簧各異的特性；這兩個(gè)比值越小，彈簧的線規(guī)律越好?！稒C(jī)械設(shè)計(jì)手冊》中列有標(biāo)準(zhǔn)碟型彈簧的尺寸及參數(shù)。
(1) 碟型彈簧的剛度及使用片數(shù)計(jì)算
單片碟型彈簧的剛度可按下式計(jì)算
(1)
式中 —與C值相對應(yīng)的系數(shù)；
—單片彈簧的剛度；
碟型彈簧的設(shè)計(jì)尺寸、參數(shù)如表5-8所示：
表5-8 碟型彈簧的設(shè)計(jì)尺寸、參數(shù)
—碟型彈簧在最大載荷（即松閘）時(shí)的變形量，mm。
式中的剛度算式與碟簧的變形量是有關(guān)的。因?yàn)閱纹傻淖冃问怯邢薜摹?
為滿足松閘間隙或提高承載能力的要求，碟型彈簧一般都成組使用，故計(jì)算剛度時(shí)的值還與碟簧使用片數(shù)有關(guān)，因而為簡化計(jì)算起見，初算碟簧剛度可暫取=0.75。
計(jì)算出剛度之后，制動(dòng)時(shí)每片碟簧的預(yù)壓縮量為
(2)
松閘時(shí)碟簧還會(huì)繼續(xù)壓縮，但由于閘瓦間隙大都控制在1~1.5mm之間，故圖（b）的組合形式，得單片彈簧的壓縮量（取間隙為Δ=1mm）為
(3)
從碟型彈簧線性度考慮，要求單片碟簧的最大變形量不超過，因此有
(4)
即 (5)
據(jù)此可估算出碟型彈簧的使用片數(shù)（應(yīng)取整數(shù)），得：
=21.3，取=22。
(2) 碟型彈簧強(qiáng)度驗(yàn)算
碟簧承載后，截面內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)力有差別，其中1、2、3和4處是最薄弱環(huán)節(jié)，它們的應(yīng)力計(jì)算為
(6)
(7)
(8)
(9)
1和4處承受壓縮應(yīng)力，2和3處承受拉伸應(yīng)力，再大應(yīng)力通常在1處。對承受靜載荷或服務(wù)期間載荷變化次數(shù)不超過的工作狀態(tài)，僅校核1處的應(yīng)力即可。在的條件下，碟簧的許用應(yīng)力可取在1960~2350。
因?yàn)槔?huì)引發(fā)疲勞裂紋擴(kuò)展，故對于承受較高循環(huán)次數(shù)的碟型彈簧，2和3處有可能出現(xiàn)疲勞裂紋，應(yīng)對此處進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校驗(yàn)。由下圖可知，碟簧的裂紋或疲勞危險(xiǎn)位置取決于比值和。校核2和3處的疲勞強(qiáng)度，是校驗(yàn)碟簧內(nèi)錐面的最大拉伸應(yīng)力和應(yīng)力幅，根據(jù)碟片厚度、循環(huán)次數(shù)的壽命，按制動(dòng)時(shí)碟片產(chǎn)生預(yù)壓變形量所應(yīng)對的應(yīng)力下極限，在碟簧疲勞極限應(yīng)力圖中查取許用力。若碟片為非對合型組合，或片數(shù)大于6，或厚度大于16mm時(shí)，還應(yīng)考慮安全系數(shù)，酌情降低許用應(yīng)力，安全系數(shù)可取1.2~1.5。
圖5-5 彈簧結(jié)構(gòu)示意圖
碟型彈簧的三種組合方式如圖5-6所示：
圖 圖 5-6 碟型彈簧的三種組合方
彈簧破壞位置的判別：，C=D/d
圖5-7 A型彈簧破壞位置的判別
碟型彈簧下的應(yīng)力極限如圖5-8所示：
圖5-8 碟型彈簧下的應(yīng)力極限圖
3.3制動(dòng)器液壓缸的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)計(jì)算
3.3.1液壓缸工作原理分析
按照設(shè)計(jì)規(guī)范，液壓盤式制動(dòng)器是起重機(jī)必備的最后一道安全防線。
液壓盤式制動(dòng)器機(jī)械結(jié)構(gòu)示意如圖5-9(1圖)所示，盤式制動(dòng)器4的作用是抱緊主起升卷筒上的制動(dòng)盤，制動(dòng)器的制動(dòng)力由碟型彈簧產(chǎn)生；松閘力由與制動(dòng)器相配套的液壓站提供動(dòng)力。當(dāng)液壓原理圖5-9(2圖)中電磁閥10得電后，液壓力將制動(dòng)器打開；當(dāng)電磁閥失電后卸壓，制動(dòng)器制動(dòng)。
盤式制動(dòng)器液壓系統(tǒng)如圖5-9所示：
(1) 盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖 (2) 盤式制動(dòng)器液壓系統(tǒng)圖
(圖1) 1—電纜壓蓋；2—液壓管接頭； 3—摩擦片；4—制動(dòng)盤
(圖2) 1-制動(dòng)盤；2-制動(dòng)器；3-壓力表；4-壓力表開關(guān)；5-壓力繼電器；6-測壓點(diǎn)；7-球閥；8-單向閥；9-手動(dòng)泵；10-磁閥；11-溢流閥；12-電機(jī)；13-泵；14-過濾器；15-空氣濾清器
圖 5-9 盤式制動(dòng)器液壓系統(tǒng)圖
3.3.2制動(dòng)器的工作特征分析
1) 超速上閘： 當(dāng)下降速度超定的比較值—額定速度的15%—20%，監(jiān)測主起升卷筒轉(zhuǎn)速的超速開關(guān)發(fā)出指令，電磁閥失電，盤式制動(dòng)器失去液壓張開動(dòng)力后在蝶簧的作用下立即上閘。
2) 定時(shí)上閘：液壓盤式制動(dòng)器還可以依據(jù)一個(gè)工作循環(huán)時(shí)間間隔實(shí)現(xiàn)定時(shí)上閘。
3）斷電上閘：不論在任何情況下，只需主起升電機(jī)斷電，盤式制動(dòng)器就應(yīng)處于制動(dòng)狀態(tài)。
3）提前松閘：當(dāng)起升機(jī)構(gòu)在工作開始或一個(gè)工作循環(huán)開始時(shí)，主提升電機(jī)與盤式制動(dòng)器之間的連鎖功能是盤式制動(dòng)器總是比起升電機(jī)先啟動(dòng)，提前松閘。
4）滯后停止：當(dāng)起升機(jī)構(gòu)在工作停止或一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束時(shí)，電機(jī)與盤式制動(dòng)器之間的連鎖要求盤式制動(dòng)器總是滯后于安裝在主起升高速軸上的制動(dòng)器制動(dòng)上閘。
3.3.3液壓回路設(shè)計(jì)
對重型機(jī)械的盤式制動(dòng)器來說，除了機(jī)械設(shè)計(jì)上的高可靠性以外，對液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也提出了高可靠性的要求：
A、雙路安全卸荷回路：如圖5-10(1)示并聯(lián)設(shè)計(jì)，避免了單一回路可能出現(xiàn)的控制故障，增加了系統(tǒng)的可靠性。兩個(gè)電磁換向閥可同時(shí)得電。
B、手動(dòng)卸載調(diào)節(jié)系統(tǒng)：與球閥2并聯(lián)安裝，在失電情況下用手動(dòng)泵可將負(fù)載安全放下如圖5-10(2)所示。
(1) 雙路安全卸荷回路 (2) 手動(dòng)卸荷調(diào)節(jié)系(3) 手動(dòng)控制下降負(fù)載
圖5-10 制動(dòng)器液壓回路
C、手動(dòng)控制下降負(fù)載：原理與手動(dòng)卸載調(diào)節(jié)系統(tǒng)相近，只不過用電磁換向閥13替代了手動(dòng)換向閥8，該電磁換向閥由備用電路控制。閥13的位置由閥2的位置控制，并進(jìn)行電氣聯(lián)鎖（如圖2)。
D、過濾器裝有堵塞報(bào)警開關(guān)。若發(fā)出信號應(yīng)更換濾芯，液壓站必須采用全封閉式，以適應(yīng)冶金廠的高粉塵)大濕度及高溫。
3.3.4設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）制動(dòng)力的調(diào)節(jié)
盤式制動(dòng)器的閘瓦（如圖1）在制動(dòng)盤上產(chǎn)生的
制動(dòng)力等于：
式中 —閘瓦壓向制動(dòng)盤上的正壓力，N；
—閘瓦對制動(dòng)盤的摩擦系數(shù)，=0.35~0.5。
由圖可知，閘瓦壓向制動(dòng)盤的正壓力等于：（1）
式中 —壓力油產(chǎn)生的推力；
—盤式彈簧推力，N；
—活塞移動(dòng)阻力；N。
液壓盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖如圖5-11所示：
1—制動(dòng)盤；2—閘瓦；3—活塞；4—彈簧
圖5-11 液壓盤式制動(dòng)器
式中 —作用在活塞上的油壓，；
—油缸直徑，；
—柱塞直徑，。
將式帶入，則得：
活塞移動(dòng)阻力大會(huì)降低制動(dòng)器對閘盤的正壓力，使制動(dòng)力矩降低，活塞移動(dòng)阻力的太小可以通過測試信號分析，當(dāng)閘瓦問隙剛好為零時(shí)，橙閘過程的閘瓦剛剛開閘盤時(shí)的油壓 稱為橙閘油壓；合閘過程的閘瓦與閘盤剛剛貼上的油壓稱為貼閘油壓。根據(jù)油缸內(nèi)活塞運(yùn)動(dòng)方向的不同，和的表達(dá)式：
（2）
（3）
式中 —油缸有效作用面積；
，—松阿和貼閘阻力。
由式(2)、式(3)得合阻力：
（4）
顯然，按式，當(dāng)P=0時(shí)：，則為最大值（按=），提升機(jī)制動(dòng)盤在盤式彈簧的正壓力的作用下，獲得最大制動(dòng)力；
當(dāng)，且時(shí)：，；或，，則閘瓦向右移動(dòng)，提升機(jī)解除制動(dòng)；
當(dāng)時(shí)：，則在零至最大值之間變化。
由上述可以得出：調(diào)節(jié)制動(dòng)油缸內(nèi)的油液壓力，則可調(diào)節(jié)制動(dòng)力。在制動(dòng)或松閘過程中，制動(dòng)力的可調(diào)級數(shù)在30級以上，這樣可以保證提升機(jī)制動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)和調(diào)速性能要求。通常制動(dòng)油缸內(nèi)的油壓的最小值不等于零，而為全制動(dòng)時(shí)油缸內(nèi)的殘壓，其殘壓值最大達(dá)。解除制動(dòng)時(shí)需要的最大油壓，應(yīng)根據(jù)提升機(jī)實(shí)際靜張力差來計(jì)算。
液壓缸的設(shè)計(jì)參數(shù)如表5-9所示：
表5-9 液壓缸的設(shè)計(jì)參數(shù)
液壓缸直徑及活塞外徑尺寸d
50
63
70
75
80
制動(dòng)器正壓力KN
設(shè)計(jì)摩擦系數(shù)
設(shè)計(jì)閘瓦比壓MPa
10，20，25，32，40，50，
0.4
≦1.0
63，80，120，150
≦1.0
尺寸系列
(制動(dòng)盤直徑×液壓缸直徑mm)
有效制動(dòng)半徑m
制動(dòng)力矩，N·m
液壓缸油壓，MPa
7
10
7
10
7
10
單活塞
雙向?qū)χ檬?
雙活塞
雙向?qū)χ檬?
三活塞
雙向?qū)χ檬?
360×50
0.154
1480
2120
2960
4230
4440
6350
400×50
0.174
1670
2390
3350
4780
5020
7170
(410×50)
—
—
—
—
—
—
—
450×50
0.199
1910
2730
3830
5470
5740
8200
360×63
0.147
2245
3210
4490
6410
6735
9620
400×63
0.167
2550
3640
5100
7290
7650
10930
450×63
0.192
2930
4190
5860
8380
8800
12570
450×70
0.189
—
5090
—
10130
—
15270
500×70
0.214
—
5760
—
11530
—
17290
560×70
0.244
—
6570
—
13145
—
19720
450×75
0.186
—
5750
—
11500
—
17260
(460×75)
—
—
6525
—
—
500×75
0.211
—
7450
—
13050
—
19590
560×75
0.241
—
8010
—
14110
—
22300
560×80
0.239
—
9640
—
16820
—
25200
630×80
0.274
—
10870
—
19280
—
28930
700×80
0.309
—
—
—
21750
—
32620
活塞工作需要的最小壓力（效率）
安全制動(dòng)閘的最小調(diào)整釋放壓力
已知液壓缸：工作油壓—P=21.9；
活塞直徑—D=8.5cm
活塞面積—A=56.7
制動(dòng)器液壓缸如圖5-12所示：
圖5-12 盤式制動(dòng)器液壓缸示意圖
計(jì)算下列數(shù)值：
= P， ——總阻力損失率，=0.7~0.8
當(dāng)活塞<0.2 m/s時(shí)，取=0.8；當(dāng)活塞>0.2 m/s時(shí)，取=0.7，所以=21.90.7，得=87KN。
由于0.5m/s，查表〈〈液壓與氣壓傳動(dòng)〉〉 得0.3，取=0.3，得=，所以==2.61KN即移動(dòng)負(fù)載為m=261Kg。
在一般工況下=0.2~0.3，取d=0.2D，得d=1.7cm ，壁厚與內(nèi)徑之比往往為，所以取=8cm
（2）盤式制動(dòng)器所需的最大工作油壓的確定
盤式閘制動(dòng)系統(tǒng)液壓站的工作油壓為5．2MPa，一級制動(dòng)油壓為1．7MPa，殘壓為0．3MPa，10副制動(dòng)器；
盤式制動(dòng)器實(shí)際需要的最大工作油壓，應(yīng)當(dāng)根據(jù)礦井實(shí)際最大靜張力差按下式計(jì)算和調(diào)整；
式中 —實(shí)際需要的最大工作油壓；
—提升機(jī)設(shè)計(jì)最大靜張力差時(shí)的油壓值（查表得《提升機(jī)司機(jī)》）；
—提升機(jī)實(shí)際最大靜張力差，N；
—提升機(jī)設(shè)計(jì)最大靜張力差，N；
—克服盤式制動(dòng)器各阻力之和所需要油壓，C值為：；
—提升機(jī)全松閘時(shí)，為了保證閘瓦的必要的間隙而壓縮盤式彈簧之力，折算成油壓值；
—油缸、密封圈、拉緊彈簧等阻力，折算成油壓值；
—液壓站在提升機(jī)制動(dòng)狀態(tài)時(shí)的殘壓，按最大殘值計(jì)算，；
查表得： ；；
求得
3.4制動(dòng)器的強(qiáng)度校核
3.4.1 制動(dòng)力整定計(jì)算
圖（a）是制動(dòng)器力學(xué)原理示意圖，活塞承受三個(gè)軸向力，一是碟型彈簧推力，二是壓力油作用產(chǎn)生的推力，三是活塞運(yùn)動(dòng)阻力。當(dāng)制動(dòng)閘向制動(dòng)盤施壓時(shí)，阻力與油壓推力同方向；而閘瓦離開閘盤時(shí)，阻力與彈簧力同向。
施閘時(shí)，制動(dòng)器的正壓力可表達(dá)為
(1)
松閘時(shí)，真壓力可表達(dá)為
(2)
由此可見，同樣正壓力的情況下（=），松閘油壓比施閘油壓要高，其原因是兩種情況的運(yùn)動(dòng)阻力作用方向不同；制動(dòng)器的正壓力與油壓的關(guān)系如圖(b)所示，從圖中可以看出：①制動(dòng)器的正壓力與油壓變化成反比；②松閘過程與制動(dòng)過程的曲線不重合；③兩條曲線重合性好，說明盤式制動(dòng)器的控制靈敏性高。
盤式制動(dòng)器力學(xué)原理如下圖(a)；盤式制動(dòng)器正壓力與油壓關(guān)系如下圖(b)所示：
(a)、1—制動(dòng)盤；2—閘瓦；3—活塞；4—碟型彈簧 (b)、盤式正壓力與油壓關(guān)系
圖3-13 液壓盤式制動(dòng)器壓力
所有盤閘在提升機(jī)卷筒上產(chǎn)生的制動(dòng)力矩為
(3)
示中 N—閘瓦的正壓力；
—閘瓦與閘盤的摩擦系數(shù)；
—制動(dòng)器的摩擦半徑；
—制動(dòng)閘副數(shù)。
另一方面，制動(dòng)力矩應(yīng)滿足大于三倍最大靜力矩的要求。提升機(jī)的最大靜力矩是最大靜張力差與鋼絲繩纏繞半徑之積，即
(4)
或
示中 Q—有效提升載荷；
—提升鋼絲繩數(shù)量；
—尾繩數(shù)量；
—提升鋼絲繩單位長度重量；
—尾繩單位長度重量；
—鋼絲繩懸掛長度；
—卷筒半徑。
因?yàn)橐?，故制?dòng)閘的最大正壓力應(yīng)達(dá)到
(5)
或
3.4.2液壓站油壓整定計(jì)算
盤式制動(dòng)器松閘時(shí)，油缸上的推力必須克服三部分反作用力，即：①碟型彈簧的預(yù)定力壓縮力，其值等于正壓力；②為保持閘瓦間隙，而使碟型彈簧再壓縮的反力；③油缸活塞松閘時(shí)的運(yùn)動(dòng)阻力。
當(dāng)閘瓦與閘盤分離之后，式中的，而其中彈簧力則是
(6)
示中 K—碟型彈簧的剛度；
—閘瓦與閘盤之間的間隙；
—盤閘內(nèi)碟型彈簧的片數(shù)。
于是，盤閘活塞上的液壓推力為
(7)
在實(shí)際計(jì)算中，可近似取為=0.1N；同時(shí)，采用適當(dāng)方法也可以實(shí)測出阻力。
將示(4)代入上式，便有
(8)
或
液壓站的最大油壓為
(9)
或
式中 —制動(dòng)器油缸直徑；
—活塞柱銷直徑。
由以上公式計(jì)算得出所設(shè)計(jì)的制動(dòng)器滿足強(qiáng)度要求，可以安全工作。
第4章 安裝與調(diào)整、使用與維護(hù)
4.1安裝與調(diào)整
在安裝