礦井提升機(jī)盤(pán)式制動(dòng)器的整體設(shè)計(jì)及仿真含11張CAD圖

礦井提升機(jī)盤(pán)式制動(dòng)器的整體設(shè)計(jì)及仿真含11張CAD圖,礦井,提升,晉升,機(jī)盤(pán)式,制動(dòng)器,整體,總體,設(shè)計(jì),仿真,11,十一,cad 目 錄 1 緒論 1 1.1 概述 1 1.2 提升機(jī)制動(dòng)器的研究現(xiàn)狀 1 2 盤(pán)式制動(dòng)器的設(shè)計(jì) 3 2.1 盤(pán)式制動(dòng)器概述 3 2.1.1 提升機(jī)盤(pán)式制動(dòng)器的功能及可靠性要求 3 2.1.2 制動(dòng)裝置的制動(dòng)力矩儲(chǔ)備要求 3 2.1.3 制動(dòng)減速度域值要求 3 2.1.4 制動(dòng)裝置的可靠性?xún)?chǔ)備要求 4 2.1.5 制動(dòng)閘動(dòng)作靈敏性要求 4 2.1.6 分級(jí)制動(dòng)要求 4 2.1.7 影響盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)力矩的因素 4 2.1.8 盤(pán)式制動(dòng)器的故障類(lèi)型及預(yù)防措施 5 2.2 提升機(jī)盤(pán)式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式及其原理 7 2.3 提升機(jī)盤(pán)式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 8 2.3.1 盤(pán)式制動(dòng)器的計(jì)算條件 9 2.3.2 盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)力矩的確定 9 2.3.3 盤(pán)形制動(dòng)器額定正壓力計(jì)算 11 2.3.4 碟形彈簧的計(jì)算 12 2.3.5 制動(dòng)盤(pán)厚度的選取 15 3 制動(dòng)油缸的設(shè)計(jì) 16 3.1 液壓缸主要尺寸的確定 16 3.1.1 液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 的確定 16 3.1.2 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算 17 3.1.3 液壓缸工作行程的確定 18 3.1.4 缸蓋厚度的確定 19 3.1.5 缸體長(zhǎng)度的確定 19 3.1.6 活塞桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算 19 3.2 液壓缸的其它結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 3.2.1 缸體與缸蓋及活塞與襯板的聯(lián)接形式 19 3.2.2 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu) 20 3.2.3 電渦流式位移傳感器 20 3.2.4 壓力傳感器 21 3.2.5 活塞及活塞桿處密封圈的選用 21 4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22 4.1 液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì) 22 4.1.1 盤(pán)式制動(dòng)系統(tǒng)的組成 22 4.1.2 液壓站原理圖 23 4.1.3 液壓系統(tǒng)的調(diào)試 25 4.2 液壓系統(tǒng)的計(jì)算和液壓元件的選擇 26 4.2.1 液壓泵的計(jì)算與選擇 26 4.2.2 電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型 29 4.2.3 聯(lián)軸器的選型 29 4.2.4 液壓閥的選型 30 4.3 輔助元件的計(jì)算與選擇 31 4.3.1 蓄能器的選擇與安裝 31 4.3.2 過(guò)濾器的選型 32 4.3.3 管道 33 5 液壓站的設(shè)計(jì) 34 5.1 液壓控制裝置的集成設(shè)計(jì) 34 5.1.1 板式集成的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 35 5.1.2 液壓油路板的設(shè)計(jì) 36 5.2 液壓油箱的設(shè)計(jì) 38 5.2.1 液壓油箱有效容積的確定 38 5.2.2 液壓油箱的外形尺寸 39 5.2.3 液壓油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 39 5.3 液壓泵組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 43 5.3.1 液壓泵組的安裝方式 43 5.3.2 電動(dòng)機(jī)與液壓泵的連接方式 44 5.4 液壓站的總成 44 5.5 液壓站調(diào)試、使用中應(yīng)注意的幾點(diǎn) 45 5.6 液壓站常見(jiàn)故障處理 46 6 提升機(jī)盤(pán)式制動(dòng)器的仿真 48 6.1 系統(tǒng)仿真技術(shù) 48 6.2 AMESim 介紹 48 6.3 仿真模型的建立 48 6.3.1 盤(pán)式制動(dòng)器模型 49 6.3.2 液壓系統(tǒng)模型 49 6.4 仿真過(guò)程及結(jié)果分析 50 6.4.1 正常工作的松閘過(guò)程 51 6.4.2 正常工作的抱閘過(guò)程 52 6.4.3 安全制動(dòng)的井中緊急制動(dòng) 53 6.4.4 安全制動(dòng)的井口緊急制動(dòng) 55 7 總結(jié) 57 參考文獻(xiàn) 58 翻譯部分 59 英文原文 59 中文譯文 70 致 謝 79 1 緒論 1.1 概述 礦井提升設(shè)備是沿井筒提升煤炭、矸石，升降人員和設(shè)備，下放材料的大型設(shè)備，它是井下生產(chǎn)系統(tǒng)和地面工業(yè)廣場(chǎng)相連接的樞紐，是礦山運(yùn)輸?shù)难屎?。因此礦井提升設(shè)備在礦山生產(chǎn)的全過(guò)程中占有極其重要的地位。在提升過(guò)程中，礦井提升機(jī)能否安全高效的運(yùn)行以及在緊急情況下及時(shí)制動(dòng)，直接影響煤礦生產(chǎn)的安全運(yùn)行和礦工的生命。因此，礦山安全已成為礦山生產(chǎn)亟待解決的問(wèn)題，礦井提升機(jī)的可靠性運(yùn)行是安全生產(chǎn)的關(guān)鍵，而提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)則是保證提升機(jī)安全運(yùn)行以及實(shí)現(xiàn)提升機(jī)正常減速停車(chē)或者在各種故障情況下執(zhí)行緊急制動(dòng)安全停車(chē)的最終手段，以避免緊急情況下出現(xiàn)重大事故。 提升機(jī)的制動(dòng)器包括工作裝置（即制動(dòng)閘）和傳動(dòng)裝置，工作裝置直接作用于制動(dòng)輪， 產(chǎn)生摩擦力矩；傳動(dòng)裝置是使工作裝置產(chǎn)生或解除制動(dòng)摩擦力的機(jī)構(gòu)。因此按工作裝置結(jié)構(gòu)區(qū)分，制動(dòng)器可分為盤(pán)式制動(dòng)器和塊式制動(dòng)器；按傳動(dòng)裝置的動(dòng)力源區(qū)分，制動(dòng)器可分為液壓式、氣壓式和彈簧式。目前，進(jìn)口提升機(jī)和國(guó)產(chǎn)新型提升機(jī)大都采用液壓盤(pán)式制動(dòng)器。 液壓盤(pán)式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)主要是：①結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便，制動(dòng)力可任意組合；②制動(dòng)閘的通用性好，具有較高的互換性；③動(dòng)作迅速，反映靈敏；④多副盤(pán)閘同時(shí)工作，滿(mǎn)足復(fù)式布置要求，可靠性較高。 盤(pán)式制動(dòng)器是機(jī)電液一體化設(shè)備，有制動(dòng)裝置、液壓站以及配套的電控系統(tǒng)。它主要有制動(dòng)盤(pán)和制動(dòng)閘組成。盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩是有閘瓦與制動(dòng)盤(pán)摩擦而產(chǎn)生的，因此調(diào)節(jié)閘瓦對(duì)制動(dòng)盤(pán)的正壓力即可改變制動(dòng)力，而制動(dòng)器的正壓力大小與液壓系統(tǒng)的控制油壓成比例。提升機(jī)正常工作時(shí)，油壓達(dá)到最大值，此時(shí)正壓力為 0，并且閘瓦與制動(dòng)盤(pán)間留有 1~1.5mm 的間隙，即制動(dòng)閘處于松閘狀態(tài)；當(dāng)提升機(jī)提升終了、調(diào)速或出現(xiàn)緊急情況需要制動(dòng)時(shí)，電液控制系統(tǒng)將根據(jù)工況發(fā)出控制指令，使制動(dòng)裝置按照預(yù)定的程序自動(dòng)減小油壓以達(dá)到制動(dòng)要求，控制油壓下降，閘瓦與制動(dòng)盤(pán)貼合，產(chǎn)生制動(dòng)力矩，制動(dòng)閘處于抱閘狀態(tài)。由于盤(pán)式制動(dòng)器采用安全型結(jié)構(gòu)，即高油壓松閘，低油壓抱閘，當(dāng)系統(tǒng)突然斷電時(shí)，仍能保證提升機(jī)平穩(wěn)的減速停車(chē)。其液壓控制系統(tǒng)采用雙回路結(jié)構(gòu)，兩回路完全對(duì)稱(chēng)， 可以互為備用。 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是近幾十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種綜合性實(shí)驗(yàn)技術(shù)，通過(guò)仿真我們可以清楚的了解提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的工作制動(dòng)和安全制動(dòng)狀況，根據(jù)計(jì)算機(jī)仿真模型，可以方便地、適時(shí)地修改模型參數(shù)，得出不同液壓元件組成系統(tǒng)的制動(dòng)腔油壓曲線(xiàn)、閘瓦位移曲線(xiàn)、制動(dòng)力變化曲線(xiàn)等，由此可以深入的分析制動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)制動(dòng)特性。 1.2 提升機(jī)制動(dòng)器的研究現(xiàn)狀 目前，進(jìn)口提升機(jī)和國(guó)產(chǎn)提升機(jī)大都采用液壓盤(pán)式制動(dòng)器，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者致力于提 升機(jī)制動(dòng)器的研究，主要有以下三個(gè)方面。 （1）結(jié)構(gòu)改造 張曉云等通過(guò)對(duì)一典型事故分析，認(rèn)識(shí)到提升機(jī)制動(dòng)力矩小、閘瓦間隙調(diào)整不均勻、閘瓦表面粗糙度大等原因都會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)效果降低，改進(jìn)舊式制動(dòng)器的不合理設(shè)計(jì)，如外簧復(fù)位，漏油易污染閘盤(pán)等。張德坤等對(duì)礦山提升機(jī)盤(pán)式制動(dòng)器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和可靠性分析， 改造原有的盤(pán)式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)，提出了實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的新型制動(dòng)力矩監(jiān)測(cè)裝置，在制動(dòng)器上增設(shè)后補(bǔ)償增壓裝置，大大提高了盤(pán)式制動(dòng)器的可靠性。對(duì)提升機(jī)制動(dòng)器的工作狀態(tài)進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和故障診斷功能的完善和增加，以確保提升機(jī)的安全可靠運(yùn)行。 （2）監(jiān)測(cè)方法 張曉云等根據(jù) PBM 監(jiān)測(cè)方法，生產(chǎn)了液壓站油壓制動(dòng)閘聯(lián)合監(jiān)測(cè)裝置，該裝置不僅具有常規(guī)的監(jiān)視功能（如制動(dòng)力矩、閘瓦同步狀態(tài)和閘瓦間隙），而且還具有一些必要的檢測(cè)功能（如檢測(cè)制動(dòng)閘空動(dòng)時(shí)間、閘瓦摩擦系數(shù)），能夠識(shí)別諸如碟簧斷裂失效、閘瓦磨損、殘壓過(guò)高、油路不暢和油缸受卡等故障。胡萬(wàn)忠等將傳統(tǒng)盤(pán)式制動(dòng)器的柱塞設(shè)計(jì)為應(yīng)變式力電轉(zhuǎn)化器，既保存原來(lái)的連接功能，又可以把閘的正壓力變?yōu)殡娦盘?hào)，該裝置能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)每副閘的正壓力，從而判斷其內(nèi)部彈簧的狀態(tài)。 （3）可靠性分析 制動(dòng)器是提升機(jī)制動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，制動(dòng)力矩不足是其主要的故障模式。由于制動(dòng)力矩是盤(pán)式制動(dòng)器碟形彈簧的正壓力和制動(dòng)盤(pán)與閘瓦之間的摩擦系數(shù)決定的，制動(dòng)力不足一方面由于閘瓦摩擦系數(shù)降低，閘瓦的材質(zhì)問(wèn)題或閘瓦受污染引起的，另一方面是制動(dòng)正壓力失效，原因是閘瓦過(guò)多磨損造成閘瓦間隙增大，碟形彈簧疲勞失效或斷裂、系統(tǒng)殘壓過(guò)大。所以為提高制動(dòng)器的可靠性，應(yīng)加強(qiáng)制動(dòng)器的日常檢修和維護(hù)力度。因此，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)盤(pán)式制動(dòng)器正壓力可以間接測(cè)量制動(dòng)力矩，精確地閘瓦間隙在線(xiàn)監(jiān)測(cè)也在不同程度上提高了制動(dòng)器的可靠度。 2 盤(pán)式制動(dòng)器的設(shè)計(jì) 2.1 盤(pán)式制動(dòng)器概述 2.1.1 提升機(jī)盤(pán)式制動(dòng)器的功能及可靠性要求 從可靠性的意義上講，提升機(jī)制動(dòng)裝置的功能就是剎住提升機(jī)卷筒，使提升機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。然而，根據(jù)提升機(jī)的具體作業(yè)情況，制動(dòng)裝置的功能有四個(gè)： （1）在提升機(jī)正常操作中，參與提升機(jī)的速度控制，在提升終了時(shí)可靠地剎住提升機(jī)，即通常所說(shuō)的工作制動(dòng)。 （2）當(dāng)發(fā)生緊急事故時(shí)，能迅速的按要求減速，制動(dòng)提升機(jī)，以防止事故的擴(kuò)大， 即安全制動(dòng)。 （3）當(dāng)提升機(jī)停車(chē)時(shí)，可靠地閘住提升機(jī)，保證任何情況下均不能夠轉(zhuǎn)動(dòng)。 （4）對(duì)于雙卷筒提升機(jī)，在調(diào)節(jié)繩長(zhǎng)、更換水平及換鋼絲繩時(shí)，應(yīng)能分別閘住提升機(jī)的活卷筒及死卷筒，以便主軸帶動(dòng)死卷筒一起旋轉(zhuǎn)時(shí)活卷筒閘住不動(dòng)（或鎖住不動(dòng)）。 從制動(dòng)器可靠性功能的分類(lèi)看，制動(dòng)器的可靠性要求應(yīng)是能在規(guī)定的制動(dòng)距離內(nèi)，保證提升機(jī)或提升容器停止運(yùn)動(dòng)，或在規(guī)定的制動(dòng)儲(chǔ)備能力及規(guī)定的減速度條件下，使重載容器保持懸掛狀態(tài)不動(dòng)或減速運(yùn)行。為了提高和保證制動(dòng)裝置的工作可靠性，有關(guān)安全規(guī)程對(duì)提升機(jī)制動(dòng)裝置的可靠性參數(shù)做了硬性要求，具體有以下基本的可靠性要求。 2.1.2 制動(dòng)裝置的制動(dòng)力矩儲(chǔ)備要求 表征提升機(jī)制動(dòng)裝置的主要特征量是制動(dòng)力矩。由于在一個(gè)制動(dòng)過(guò)程中，制動(dòng)力矩的數(shù)值并非是一成不變的恒量，因此人們使用了諸如平均制動(dòng)力矩、最大制動(dòng)力矩以及靜制動(dòng)力矩等特征量來(lái)描述制動(dòng)過(guò)程。從提升機(jī)可靠停車(chē)的要求看，制動(dòng)器只要具備提升機(jī)載荷力矩的一倍數(shù)值，就能夠產(chǎn)生阻力矩使提升機(jī)停車(chē)。然而，由于各種隨機(jī)因素的影響， 需要制動(dòng)力矩有一定儲(chǔ)備方能使可靠性得以保證?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定，制動(dòng)器最大工作靜態(tài)制動(dòng)力矩應(yīng)大于提升機(jī)最大載荷力矩的三倍，即 MZ 3 3M j max 式中 M Z ―制動(dòng)器最大靜態(tài)制動(dòng)力矩； M j max ―最大靜態(tài)載荷力矩， M j max = Qc max R ； Qc max ―提升機(jī)最大靜張力差； R ―提升機(jī)卷筒半徑。 (2-1) 2.1.3 制動(dòng)減速度域值要求 對(duì)運(yùn)行提升機(jī)施加制動(dòng)力矩以后，使提升機(jī)呈現(xiàn)減速運(yùn)行狀態(tài)。為了保證提升機(jī)能夠在一定距離內(nèi)安全停車(chē)，并且保證提升機(jī)零部件的強(qiáng)度和人員的生命安全，應(yīng)對(duì)制動(dòng)裝置 產(chǎn)生的減速度有所限制。在這里，所謂使提升機(jī)安全停車(chē)，其含義在于制止下行容器接近 井底時(shí)的運(yùn)行速度超過(guò)井底緩沖裝置所能接受的速度，同時(shí)確保上行提升容器不沖撞井架， 不至于使鋼絲繩連接裝置被拽進(jìn)天輪。 因此，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定提升機(jī)緊急制動(dòng)的減速度域值為 1.5m s2 ￡ a ￡ 5m s2 對(duì)于提升重物運(yùn)行的緊急制動(dòng)，減速度應(yīng)服從于域值的上限要求，即小于5m s2 ；對(duì)于下放重物運(yùn)行的緊急制動(dòng)，減速度應(yīng)服從于下限要求，即大于1.5m s2 。 2.1.4 制動(dòng)裝置的可靠性?xún)?chǔ)備要求 制動(dòng)裝置是提升機(jī)的最后一道安全保障機(jī)構(gòu)，一旦制動(dòng)系統(tǒng)的任何單元發(fā)生故障或失效，其后果必然導(dǎo)致這最后一道安全機(jī)構(gòu)也失效，所以除了對(duì)制動(dòng)裝置的制動(dòng)力矩儲(chǔ)備有嚴(yán)格要求外，還要求制動(dòng)裝置具有可靠性冷儲(chǔ)備，具體是： （1）應(yīng)至少有兩副以上且獨(dú)立工作的制動(dòng)閘分別在不同閘面上產(chǎn)生制動(dòng)力矩，正常情況下每幅制動(dòng)閘各承擔(dān) 50%的負(fù)載力矩，而當(dāng)其中之一發(fā)生故障時(shí)另一副制動(dòng)閘應(yīng)自動(dòng)承擔(dān)全部負(fù)載（本文設(shè)計(jì)選用 8 副制動(dòng)閘）。 （2）采用復(fù)式制動(dòng)器儲(chǔ)備方式，如液壓站有兩套電機(jī)和油泵控制閥裝置，多副盤(pán)形閘制動(dòng)系統(tǒng)等，使制動(dòng)器在任何情況下都具備后備制動(dòng)的能力。（本文采用復(fù)式制動(dòng)器儲(chǔ)備裝置即液壓雙回路系統(tǒng)） 2.1.5 制動(dòng)閘動(dòng)作靈敏性要求 提升機(jī)制動(dòng)裝置的重要功能之一便是發(fā)生突發(fā)性事故時(shí)產(chǎn)生緊急制動(dòng)，以防止事故的損害后果擴(kuò)大。從這種可靠性要求出發(fā)，就要求制動(dòng)閘的動(dòng)作非常迅速，即制動(dòng)閘動(dòng)作的無(wú)效時(shí)間應(yīng)非常短。將控制系統(tǒng)緊急停車(chē)斷電到制動(dòng)閘開(kāi)始貼于閘盤(pán)之瞬間成為制動(dòng)器的空動(dòng)時(shí)間，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定盤(pán)式制動(dòng)的空動(dòng)時(shí)間不得大于 0.3s。（本文取空動(dòng)時(shí)間為0.2s） 2.1.6 分級(jí)制動(dòng)要求 一般情況下，出于各種安全儲(chǔ)備方面的考慮，制動(dòng)器制動(dòng)力矩整定值均高于提升機(jī)靜力矩的數(shù)倍。在這種情況下，若制動(dòng)力矩全部在短時(shí)間內(nèi)施加于提升機(jī)上，勢(shì)必產(chǎn)生較大的沖擊，對(duì)纏繞式提升機(jī)的主軸、筒殼、減速器及鋼絲繩等部件的強(qiáng)度造成嚴(yán)重危害。因此，提升機(jī)制動(dòng)器必須具備分級(jí)制動(dòng)的功能，所謂分級(jí)制動(dòng)，指的是全部制動(dòng)器的制動(dòng)力矩分若干階段施加于提升機(jī)，從而達(dá)到既能使提升機(jī)迅速停車(chē)，又不對(duì)提升機(jī)產(chǎn)生過(guò)大沖擊的目的。產(chǎn)生分級(jí)制動(dòng)的方法不全一樣，有的采用靠油壓分級(jí)作用的方法，有的采用制動(dòng)閘分組的方法產(chǎn)生分級(jí)制動(dòng)，本文采用制動(dòng)閘分組的方法分級(jí)制動(dòng)。 2.1.7 影響盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)力矩的因素 影響制動(dòng)力矩的主要因素有碟形彈簧的剛度、彈簧預(yù)壓量、閘瓦間隙、活塞運(yùn)動(dòng)阻力、 工作腔殘壓、閘瓦與制動(dòng)盤(pán)之間的摩擦系數(shù)等，現(xiàn)分述如下： （1）碟形彈簧剛度 施加于制動(dòng)盤(pán)上的正壓力是依靠碟形彈簧儲(chǔ)積的壓力能產(chǎn)生的。碟形彈簧在頻繁使用中由于金屬的疲勞現(xiàn)象引起使用應(yīng)力即剛度急劇下降，致使制動(dòng)力有較大的變化。由于盤(pán)形閘中碟形彈簧數(shù)量較多，一旦有一片碟形彈簧損壞，將使整個(gè)制動(dòng)器失去制動(dòng)力，因此， 碟形彈簧是影響盤(pán)形閘能否正常工作的重要因素。 （2）彈簧預(yù)壓量和閘瓦間隙 彈簧預(yù)壓量直接決定著閘瓦作用于制動(dòng)盤(pán)上正壓力的大小，制動(dòng)器在運(yùn)行一段時(shí)間后， 閘瓦由于磨損，將使得閘瓦間隙變大，碟形彈簧預(yù)壓量將隨著閘瓦間隙的增大而減小，制 動(dòng)力也隨之減小。因此，閘瓦磨損的本質(zhì)是彈簧預(yù)壓量的減小，并通過(guò)閘瓦間隙反映出來(lái)， 閘瓦間隙的增加值即等于彈簧預(yù)壓量的減少，閘瓦間隙將決定制動(dòng)力矩的大小。 （3）運(yùn)動(dòng)阻力 由于盤(pán)形閘在制動(dòng)過(guò)程中，活塞與液壓缸之間、筒體與制動(dòng)器之間的摩擦以及卡缸等原因使得運(yùn)動(dòng)阻力比理論值大，在其它影響因素不變的情祝卜，運(yùn)動(dòng)阻力的增大將導(dǎo)致制動(dòng)力矩的降低，若出現(xiàn)卡缸將使盤(pán)形閘制動(dòng)完全失效。 （4）工作腔殘壓 如果因油質(zhì)差或被污染等因素使油路不暢或堵塞，將出現(xiàn)制動(dòng)器中油液不能完全回到油箱，從而使制動(dòng)器工作腔內(nèi)的殘壓較大。由于盤(pán)形閘是靠油液壓力松閘和碟形彈簧力制動(dòng)的，殘壓的增大將使制動(dòng)力矩降低。若出現(xiàn)油路堵塞，制動(dòng)器中油液不能回油，使碟形彈簧儲(chǔ)存的能量無(wú)法釋放，從而導(dǎo)致盤(pán)形閘制動(dòng)失效。 （5）閘瓦摩擦系數(shù) 閘瓦摩擦系數(shù)通常認(rèn)為是一個(gè)常數(shù)，實(shí)際上不同的提升速度、溫升、正壓力對(duì)摩擦系數(shù)有不同的影響，另外閘瓦和制動(dòng)盤(pán)若被油液污染或閘瓦材質(zhì)差及閘瓦過(guò)熱，則摩擦系數(shù)將大大降低，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)使制動(dòng)失效。 （6）制動(dòng)盤(pán)偏擺度 由于制動(dòng)盤(pán)本身誤差、安裝誤差、主軸軸向游隙及支撐系統(tǒng)誤差，制動(dòng)盤(pán)存在偏擺， 使幾副閘不能同時(shí)作用或在一副閘中單面先按觸。制動(dòng)盤(pán)偏擺度過(guò)大，使閘瓦與制動(dòng)盤(pán)不能很好地貼合且按觸面積減小，并使閘瓦間隙不均勻，造成制動(dòng)力不穩(wěn)定并加劇提升機(jī)卷筒軸向受力，從而造成提升機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定和疲勞損壞，同時(shí)加劇制動(dòng)器內(nèi)碟形彈簧的疲勞。反之，制動(dòng)力的不穩(wěn)定和軸向力又加劇制動(dòng)盤(pán)的變形，使其偏擺度加大，可見(jiàn)制動(dòng)盤(pán)偏擺度將影響到制動(dòng)力矩。 2.1.8 盤(pán)式制動(dòng)器的故障類(lèi)型及預(yù)防措施 有上述影響盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)力矩的因素可知，盤(pán)式制動(dòng)器常見(jiàn)的故障類(lèi)型為：1）摩擦系數(shù)降低；2）制動(dòng)閘的間隙過(guò)大或不均勻；3）碟形彈簧正壓力不足；4）液壓站殘壓過(guò)大；5）液壓系統(tǒng)故障。具體表現(xiàn)在提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)上的下列現(xiàn)象：1）不松閘；2）松閘緩慢時(shí)間長(zhǎng)；3）制動(dòng)器不能制動(dòng)；4）制動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)；5）制動(dòng)力小。詳細(xì)分析見(jiàn)圖 2-1 故障樹(shù)。 圖 2-1 提升機(jī)制動(dòng)器故障樹(shù) 雖然提升機(jī)制動(dòng)器的故障多種多樣，但是只要采取合理預(yù)防措施，就能避免盤(pán)式制動(dòng)器的上述故障，使其可靠工作。主要預(yù)防措施如下： 1）提高維護(hù)工人的業(yè)務(wù)水平，維護(hù)工人應(yīng)熟悉制動(dòng)器系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和工作原理， 熟練掌握檢修技能，熟知制動(dòng)器系統(tǒng)的檢修完好標(biāo)準(zhǔn)。 2）加強(qiáng)對(duì)提升機(jī)的管理，杜絕和防止操作失誤，如開(kāi)反車(chē)、注意力不集中、施閘不合規(guī)范等。 3）加強(qiáng)日常維護(hù)和停產(chǎn)檢修，日常維護(hù)中要檢查到位，發(fā)生異?，F(xiàn)象時(shí)及時(shí)處理， 避免故障擴(kuò)大化。合理安排和利用日檢時(shí)間。停產(chǎn)檢修時(shí)，要對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)全面檢查、檢修， 對(duì)存在隱患的部件必須更換，檢修按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定去要求。如定期測(cè)量閘瓦間隙并按要求調(diào)整; 定期測(cè)量制動(dòng)盤(pán)偏擺度，若超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)則應(yīng)采取相應(yīng)措施；若出現(xiàn)閘座松動(dòng)，則應(yīng)加固;若制動(dòng)盤(pán)上存在油污，則應(yīng)及時(shí)清理并安裝擋油板，防止鋼絲繩上的油水濺到制動(dòng)盤(pán)上。 4）提高盤(pán)形閘液壓系統(tǒng)工作制動(dòng)、安全制動(dòng)及其工作元件的可靠性。 5）確保盤(pán)式制動(dòng)器和制動(dòng)盤(pán)的安裝質(zhì)量。 6）對(duì)盤(pán)形閘各種保護(hù)裝置一方面加強(qiáng)檢查，另一方面要定期測(cè)試。 7）對(duì)易造成盤(pán)形制動(dòng)失效的零部件進(jìn)行智能控制和監(jiān)護(hù)，加強(qiáng)制動(dòng)器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。采用先進(jìn)手段，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)盤(pán)閘與制動(dòng)盤(pán)的間隙，工作腔的殘壓及碟形彈簧的疲勞程度，對(duì)制動(dòng)失效進(jìn)行預(yù)報(bào)警。 2.2 提升機(jī)盤(pán)式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式及其原理 提升機(jī)的制動(dòng)器包括工作裝置（即制動(dòng)閘）和傳動(dòng)裝置，工作裝置直接作用于制動(dòng)輪， 產(chǎn)生摩擦力矩；傳動(dòng)裝置是使工作裝置產(chǎn)生或解除制動(dòng)摩擦力矩的機(jī)構(gòu)。目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的提升機(jī)或提升絞車(chē)都使用了盤(pán)式制動(dòng)器。盤(pán)式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)主要是：①制動(dòng)力矩可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，而且容易調(diào)整；②制動(dòng)系統(tǒng)空行程小、動(dòng)作快、響應(yīng)速度快、靈敏度高； ③重量輕，外形尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊；④通用性好，可通過(guò)改變盤(pán)形閘的數(shù)量來(lái)滿(mǎn)足不同絞車(chē)的制動(dòng)要求；⑤安全可靠性高，多副盤(pán)形閘同時(shí)工作，其中少部分盤(pán)形閘失靈或故障， 其余完好盤(pán)閘一般仍可剎住絞車(chē)；而且傳動(dòng)環(huán)節(jié)（如管路破裂失壓、斷電等）均可自動(dòng)施閘。 盤(pán)式制動(dòng)器都是依靠碟形彈簧的預(yù)壓縮恢復(fù)張力使閘瓦壓向制動(dòng)盤(pán)，從而產(chǎn)生制動(dòng)力矩；當(dāng)松閘時(shí)，向活塞腔內(nèi)注入壓力油，壓力油推動(dòng)活塞后移并壓縮碟形彈簧，帶動(dòng)閘瓦離開(kāi)制動(dòng)盤(pán)，從而實(shí)現(xiàn)松閘。 目前國(guó)內(nèi)外提升機(jī)使用的盤(pán)式制動(dòng)器形式多樣，主要有前腔式盤(pán)形閘，如圖 2-2 所示； 后腔式盤(pán)形閘，如圖 2-3 所示；單缸雙作用盤(pán)形閘，鉗式盤(pán)形閘，本文主要介紹前兩種的工作原理。 1-油缸；2-閘蓋；3-油塞；4-碟形彈簧；5-活塞；6-活塞桿； 7-后蓋；8-聯(lián)接螺栓；9-調(diào)整墊片；10-緊定螺釘；11-襯板；12-閘座；13-閘瓦。圖 2-2 前腔式盤(pán)式制動(dòng)閘結(jié)構(gòu)原理圖 前腔式盤(pán)形閘是早期盤(pán)形制動(dòng)器，碟形彈簧安置在活塞后腔，當(dāng)制動(dòng)時(shí)，碟形彈簧的 壓力迫使活塞向前移動(dòng)，通過(guò)調(diào)整螺釘帶動(dòng)活塞桿，將滑套推出而使制動(dòng)閘瓦與制動(dòng)盤(pán)接觸。當(dāng)前腔注入壓力油時(shí)，活塞后移并帶動(dòng)滑套后移，此時(shí)緊定螺釘拉動(dòng)閘瓦離開(kāi)制動(dòng)盤(pán)， 達(dá)到松閘的目的。但前腔式盤(pán)形閘有兩個(gè)明顯的缺點(diǎn)：（1）前腔壓力油泄露容易沿滑套直接污染制動(dòng)閘瓦，導(dǎo)致閘瓦與制動(dòng)盤(pán)的摩擦系數(shù)降低；（2）閘瓦復(fù)位拉緊彈簧長(zhǎng)期壓縮，容易疲勞失效，因而往往是松閘壓力油注入前腔，但彈簧卻無(wú)法使閘瓦離開(kāi)閘盤(pán)，閘瓦容易磨損失效。 1.制動(dòng)盤(pán) 2.閘瓦 3.襯板 4.碟形彈簧 5.碟簧座 6.聯(lián)接螺釘 7.液壓缸 8.制動(dòng)器座 9.調(diào)節(jié)螺桿 10.密封圈組件 11.活塞圖 2-3 后腔式盤(pán)形制動(dòng)閘結(jié)構(gòu)原理圖 為了克服前腔式盤(pán)形閘的缺點(diǎn)，現(xiàn)在廣泛采用了后腔式盤(pán)形閘。這種盤(pán)形閘的碟形彈 簧前置，松閘的壓力油注入后腔，避免了閘瓦和閘盤(pán)的油污染；同時(shí)，活塞的移動(dòng)直接拉動(dòng)固定閘瓦的筒體，因而松閘過(guò)程中活塞與閘瓦的移動(dòng)有較好的一致性，克服閘瓦浮貼于盤(pán)閘的缺點(diǎn)。后腔式盤(pán)形閘的緊固螺栓只是把活塞和筒體連接起來(lái)，調(diào)整螺母則起到調(diào)節(jié)閘瓦間隙的作用。 為了不使制動(dòng)軸受到徑向力和彎矩，鉗盤(pán)式制動(dòng)缸應(yīng)成對(duì)布置。制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大時(shí)，可采用多對(duì)制動(dòng)缸，如圖 2-4 所示。 圖 2-4 多對(duì)制動(dòng)缸組合安裝示意圖 2.3 提升機(jī)盤(pán)式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 比較前腔式盤(pán)式制動(dòng)閘與后腔式盤(pán)式制動(dòng)閘的優(yōu)缺點(diǎn)，可知后腔式盤(pán)式制動(dòng)閘安全可靠性更高，故本文進(jìn)行后腔式盤(pán)型制動(dòng)閘的設(shè)計(jì)與計(jì)算。針對(duì) JK 型（2JK-2.5）提升機(jī)（見(jiàn)表 2-1），設(shè)計(jì)其盤(pán)式制動(dòng)器，從安全性方面考慮，本設(shè)計(jì)采用 8 副制動(dòng)閘，平均分配在卷筒的兩端，每端 4 副，布置方式如圖 2-4。 盤(pán)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。 表 2-1 JK 系列單繩纏繞式提升機(jī)基本參數(shù) 機(jī)器型號(hào) 卷筒 鋼繩最大靜張力差 /t 兩根鋼繩最大靜張力差 /t 最大鋼絲繩直徑 /mm 提升高度 減速器速比 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 （不大于） /r × min 機(jī)器旋轉(zhuǎn)部分變位質(zhì)量 /t 質(zhì)量 （不大 于）/t 個(gè)數(shù) 直徑D/ m 寬度B/ m 兩卷筒中心距L/mm 一層 /m 二層 /m 三層 /m 2JK-2.5 2 2.5 1.5 1590 9 5.5 31 220 500 790 20 750 12.3 37 2.3.1 盤(pán)式制動(dòng)器的計(jì)算條件 有表 2-1 可知提升機(jī)盤(pán)式制動(dòng)器計(jì)算的原始數(shù)據(jù)如下提升機(jī)卷筒半徑 R = 1.25m 提升機(jī)最大靜張力差Qc max = 53.9kN 閘瓦與閘盤(pán)的摩擦系數(shù)m = 0.37 制動(dòng)器的摩擦半徑 Rz = 1.40m 2.3.2 盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)力矩的確定 由動(dòng)力學(xué)可導(dǎo)出提升系統(tǒng)制動(dòng)力矩與制動(dòng)減速度的關(guān)系。提升重載時(shí)的制動(dòng)減速度: 下放重載時(shí)的制動(dòng)減速度: 式中: a = M z + M j s ?mgR a = M z - M j x ?mgR  (2-2) (2-3) as ―提升重載時(shí)的制動(dòng)減速度， m/s2； ax ―下放重載時(shí)的制動(dòng)減速度，m/s2； M z ―提升機(jī)制動(dòng)力矩,，Nm； M j ―提升系統(tǒng)最大靜力矩， Nm； ?m ―提升系統(tǒng)變位質(zhì)量， kg； R ―提升機(jī)卷筒半徑，m； 提升機(jī)制動(dòng)力矩與提升系統(tǒng)最大靜力矩的關(guān)系為 M z = KM j ,提升系統(tǒng)最大靜力矩為 M j = Qc max R ,則Mz = KQc max R 式中: Qc max 提升鋼絲繩實(shí)際最大靜張力差,N。 由此可得: 式中:M―提升系統(tǒng)的質(zhì)量模數(shù), K ￡ as M -1 K 3 ax M +1 M = ?m / Qc max (2-4) (2-5) (2-6) 對(duì)不同類(lèi)型的提升系統(tǒng),其安全制動(dòng)有不同的限制要求,K 值的選取范圍有所不同,豎井 和傾角大于 30°的斜井單繩纏繞式提升系統(tǒng)《煤礦安全規(guī)程》對(duì)制動(dòng)力矩和制動(dòng)減速度作了如下規(guī)定: （1）豎井和傾角大于 30°的斜井的提升設(shè)備,安全制動(dòng)時(shí)的減速度應(yīng)滿(mǎn)足:滿(mǎn)載下放時(shí)應(yīng)不小于 1. 5 m/s2,滿(mǎn)載提升時(shí)應(yīng)不大于 5 m/s2。 （2）提升機(jī)緊急制動(dòng)和工作制動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的力矩,與實(shí)際提升最大靜荷載產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩之比 K,應(yīng)不小于 3。質(zhì)量模數(shù)較小的絞車(chē),上提重載安全制動(dòng)的減速度超過(guò)限值時(shí),可將安全制動(dòng)裝置的 K 值適當(dāng)降低,但應(yīng)不小于 2。 （3）雙卷筒提升機(jī)在調(diào)繩時(shí),制動(dòng)裝置在各卷筒上所產(chǎn)生的力矩,應(yīng)不小于該卷筒所懸掛質(zhì)量形成的旋轉(zhuǎn)力矩的 1. 2 倍。 x s 根據(jù)上述規(guī)定,制動(dòng)減速度a 3 1.5m / s2 、a ￡ 5m / s2 K ￡ 5M -1 K 31.5M +1 令 K=5M-1 和 K=1.5M+1,繪制 M-K 關(guān)系曲線(xiàn),如圖 2-5 所示: 有圖 2-5 知： 圖 2-5 質(zhì)量模數(shù)與制動(dòng)力矩的關(guān)系 （1）提升系統(tǒng)質(zhì)量模數(shù) M 越大,則滿(mǎn)足 1. 5 m/s2≤a≤5 m/s2 條件的制動(dòng)力矩倍數(shù) K 值越大,且模數(shù)必須大于 0. 57； （2）若 M>1. 33,則 K 必大于 3,見(jiàn)圖中 CDEF 區(qū)域,此時(shí)可在此區(qū)間選取 K 值 （3）若 0. 8≤M≤1. 33,則滿(mǎn)足 1. 5≤a≤5m/s2 條件的 K 值可取 K=3; （4）若 0. 572~5 0.5~0.58 鉆、鏜、車(chē)、銑床 0.7 >5~7 0.62~0.70 ― ― >7 0.7 由表 3-2 取 d=0.6D 所以求得 D 為 D =  = 91mm 活塞桿直徑可由 d 與 D 的關(guān)系求出，由計(jì)算所得的 D 與 d 值分別按表 3-3 與表 3-4 圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封元件。 表 3-3 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（GB2348—80） （mm） 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180） 200 （220） 250 320 400 500 630 注：括號(hào)內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先選用值。 表 3-4 活塞桿直徑系列（GB2348—80） （mm） 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 根據(jù)表 3-3（GB2348—80），由計(jì)算所得的 D 圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑 D=100mm，由表 3-4 查得 d=56mm。 液壓缸的面積 A = p (D2 - d 2 ) 4 =5388.34 mm2 由于 P × A = F = 29.23kN 則 P=5.43MPa。 即液壓缸的最大工作油壓為 5.43MPa。 3.1.2 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算 液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算。 液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而異。一般計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。 液壓缸的內(nèi)徑 D 與其壁厚d 的比值 D / d 310 的圓筒稱(chēng)為薄壁圓筒。起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般用無(wú)縫鋼管材料。 缸筒壁厚（按中高壓系統(tǒng)壁厚計(jì)算），采用 45 號(hào)鍛鋼，并調(diào)試到 241~285HBS d 3 Py × D 式中 d — 液壓缸壁厚，mm D — 液壓缸內(nèi)徑，mm (2.3×[s ] - Py )y + c (3-1) Py — 試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的 1.25~1.5 倍 ，MPa [s ] — 缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為： 鍛鋼： [s ] =110~120MPa ；鑄鋼： [s ] =100~110MPa；無(wú)縫鋼管：[s ] =100~110MPa；高強(qiáng)度鑄鐵：[s ] =60MPa；灰鑄鐵：[s ] =25MPa。本文采用鍛鋼[s ] =115MPa c—缸筒外徑公差和腐蝕余量 得出： Py = 5.43′1.5 = 8.45Mpa d 3 8.45′100 (2.3′115 -8.45) + c = 5mm 液壓缸壁厚算出后，即可求出缸體的外徑 D1 為 D1 3 D + 2d = 1 0 +0 ′2 =5 mm 式中 D1 值應(yīng)按無(wú)縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，或按有關(guān)要求標(biāo)準(zhǔn)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。 3.1.3 液壓缸工作行程的確定 液壓缸工作行程長(zhǎng)度，可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來(lái)確定，并參照表 3-5 中的系列尺寸來(lái)選取標(biāo)準(zhǔn)值。 表 3-5 液壓缸活塞行程參數(shù)系列（GB2349—80） 1 25 50 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 2 40 63 90 110 140 180 220 280 360 450 550 700 900 1100 1400 1800 2200 2800 3900 3 240 260 300 340 380 420 480 530 600 650 750 850 950 1050 1200 1300 1500 1700 1900 2100 2400 2600 3000 3800 注：液壓缸活塞行程參數(shù)依 1,2,3 次序優(yōu)先選用 根據(jù)第二章的計(jì)算，每片碟形彈簧的最大壓縮量為 1mm，9 片彈簧的總壓縮量為 9mm。根據(jù)盤(pán)閘的實(shí)際工作條件，初定液壓缸行程 s=25mm。 3.1.4 缸蓋厚度的確定 液壓缸的缸蓋可選用 35、45 號(hào)鍛鋼或 ZG35、ZG45 鑄鋼或 HT200、HT350 鑄鐵等材料。 當(dāng)缸蓋本身又是活塞桿的導(dǎo)向套時(shí)（本設(shè)計(jì)初定端蓋直接導(dǎo)向），缸蓋最好選用鑄鐵。同時(shí)應(yīng)在導(dǎo)向表面上熔堆黃銅、青銅或其他耐磨材料，如果采用在缸蓋中壓入導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)時(shí)，導(dǎo)向套材料則應(yīng)為耐磨鑄鐵、青銅或黃銅等。本文采用 HT200 鑄鐵。 一般液壓缸多為平行缸蓋，其有效厚度 t 按強(qiáng)度要求可用下式進(jìn)行近似計(jì)算。 式中 t — 缸蓋有效厚度 mm D — 液壓缸內(nèi)徑 mm 得出： t 3 0.433× D (3-2) t 3 0.433′100 =12.28mm 另外，還需考慮在缸蓋上開(kāi)設(shè)連接管頭油口的大小。 3.1.5 缸體長(zhǎng)度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長(zhǎng)度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的 20~30 倍。 3.1.6 活塞桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算 液壓缸承受軸向壓縮載荷時(shí)，若活塞桿的計(jì)算長(zhǎng)度 l 與活塞桿的直徑 D 比值大于 10， 則應(yīng)對(duì)活塞桿的縱向彎曲強(qiáng)度或穩(wěn)定性進(jìn)行校核。本設(shè)計(jì)的活塞桿承受的是軸向拉力，只要滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，不會(huì)存在活塞桿的失穩(wěn)現(xiàn)象。 3.2 液壓缸的其它結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 液壓缸的主要尺寸確定以后，就進(jìn)行各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要包括：缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿導(dǎo)向部分結(jié)構(gòu)、密封裝置、緩沖裝置，排氣裝置、及液壓缸的安裝連接結(jié)構(gòu)等。由于工作條件不同，結(jié)構(gòu)形式也各不相同。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。 3.2.1 缸體與缸蓋及活塞與襯板的聯(lián)接形式 缸體端部與缸蓋的聯(lián)接形式與工作壓力，缸體材料以及工作條件有關(guān)。但由于采用后腔式盤(pán)形閘，缸體端部受力不大，而受力較大部位是活塞與襯板的連接，本文采用螺栓聯(lián)接。優(yōu)點(diǎn)是：①外形尺寸??；②重量較輕；③容易加工、便于裝拆；④強(qiáng)度較大、能承受高壓。以下為活塞與襯板連接螺栓的計(jì)算過(guò)程： 螺栓材料及性能等級(jí)： b s 選擇螺栓的材料為 45 號(hào)鋼，性能等級(jí) 6.8 級(jí)，s = 600N / mm2 ，s = 480N / mm2 。螺栓受力分析計(jì)算： 0 螺栓的最大工作拉力為碟形彈簧的最大壓縮力，F(xiàn)=29.23kN 殘余預(yù)緊力螺栓總拉力 F ￠ = 1.6F = 1.6′ 29.23 = 46.77kN 相對(duì)剛度系數(shù)  0 c1 / (c1 + c2 ) = 0.25 F? = F ￠ + F (3-3) 螺栓所需預(yù)緊力  c1 F0 = F? - c + c F  (3-4) 螺栓直徑的確定： 安全系數(shù) [S ] = 2 許用拉應(yīng)力 [s ] = ss 1 2 / [S ] = 240N / mm2 所需螺栓小徑 d1 3 = 22.9mm 查有關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè) 選粗牙六角頭螺栓 M 30′ 2′120 3.2.2 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu) 活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)可以做成端蓋整體式直接導(dǎo)向，也可以做成與端蓋分開(kāi)的導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)。后者導(dǎo)向套磨損后便于更換，所以應(yīng)用叫廣泛。導(dǎo)向套的位置可安裝在密封圈的內(nèi)側(cè)， 也可以裝在外側(cè)。機(jī)床和工程機(jī)械中一般采用裝在內(nèi)側(cè)的結(jié)構(gòu)，有利于導(dǎo)向套的潤(rùn)滑；而油壓機(jī)常采用裝在外側(cè)的結(jié)構(gòu)，在高壓下工作時(shí)，使密封圈有足夠的油壓將唇邊張開(kāi)，以提高密封性能。 活塞桿處的密封形式有 O 形、V 形、Y 形和YX 形密封圈。為了清除活塞桿處外漏部分沾附的灰塵，保證油液的清潔以及減少磨損，在端蓋外側(cè)加防塵圈。常用的有無(wú)骨架防塵圈和 J 形橡膠密封圈，也可用毛氈圈防塵。本設(shè)計(jì)采用可滑動(dòng)筒體對(duì)活塞桿外部進(jìn)行防塵處理。并且在活塞桿處增加YX 形密封圈進(jìn)行密封。 3.2.3 電渦流式位移傳感器 電渦流式位移傳感器是以高頻電渦流效應(yīng)為原理的非接觸式位移、振動(dòng)傳感器。本設(shè)計(jì)采用 330801A-60-03-01-02 型 3300 系列傳感器探頭，無(wú)螺紋長(zhǎng)度為 3mm、螺紋規(guī)格為 M10X1、殼體長(zhǎng)度為 60mm，電纜為鎧裝的 8mm 探頭，量程 2mm，工作溫度為-30～150℃，電壓-22V～-26V。 3.2.4 壓力傳感器 MPM388 型壓阻式壓力傳感器是將硅壓阻式敏感元件封裝在不同的壓力接口內(nèi)構(gòu)成， 被測(cè)壓力通過(guò)壓力接口作用在硅敏感元件上，實(shí)現(xiàn)了所加壓力與輸出電壓信號(hào)的線(xiàn)性轉(zhuǎn)換， 經(jīng)激光修調(diào)的厚膜電阻網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償了傳感器的零點(diǎn)和溫度性能，本文選用的為 07Ⅱ型，量程0～7MPa，供電 1.5mADC，工作溫度-40～120℃。 3.2.5 活塞及活塞桿處密封圈的選用 活塞及活塞桿處的密封圈的選用，應(yīng)根據(jù)密封的部位、使用的壓力、溫度、運(yùn)動(dòng)速度的范圍不同而選擇不同類(lèi)型的密封圈。本文均采用YX 形密封圈。 表 3-6 YX 形密封圈屬性 類(lèi)型 密封部位 截面簡(jiǎn)圖 材料 壓力范圍 （MPa） 速度范圍 （m/s） 活塞用 活塞桿用 YX 形圈 可用 可用 NBR+夾 纖維 ￡ 25 ￡ 0.5 4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整個(gè)機(jī)器設(shè)計(jì)的一部分，它的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器的用途、特點(diǎn)和要求， 利用液壓傳動(dòng)的基本原理，擬定出合理的液壓系統(tǒng)圖，在經(jīng)過(guò)必要的計(jì)算來(lái)確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后按照這些參數(shù)來(lái)選取液壓元件的規(guī)格和進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 4.1 液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì) 4.1.1 盤(pán)式制動(dòng)系統(tǒng)的組成 盤(pán)式可控制動(dòng)裝置是機(jī)電液一體化產(chǎn)品，由機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)以及配套的電控系統(tǒng)組成。圖 4-1 為盤(pán)式可控制動(dòng)裝置的組成及控制框圖。 （1）機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng) 圖 4-1 盤(pán)式可控制動(dòng)裝置的組成及控制框圖 機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)由底座、制動(dòng)油缸座、制動(dòng)油缸、制動(dòng)盤(pán)、制動(dòng)閘瓦等部件組成。其中制動(dòng)油缸、制動(dòng)盤(pán)和制動(dòng)閘瓦是其核心，制動(dòng)油缸座內(nèi)裝多片碟形彈簧，以提供制動(dòng)所需的正壓力。為了避免產(chǎn)生附加的軸向力，制動(dòng)油缸在制動(dòng)盤(pán)兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置。當(dāng)對(duì)制動(dòng)盤(pán)施加正壓力時(shí)，即可在制動(dòng)盤(pán)表面產(chǎn)生制動(dòng)力矩。通過(guò)液壓控制系統(tǒng)中比例溢流閥調(diào)整制動(dòng)油缸中油壓的大小可以調(diào)整正壓力，從而調(diào)整制動(dòng)力矩的大小。制動(dòng)盤(pán)材料采用16M n 鋼， 制動(dòng)閘瓦采用了無(wú)石棉環(huán)保型閘瓦，此類(lèi)閘瓦現(xiàn)己廣泛應(yīng)用于煤礦用提升機(jī)上。該閘瓦摩擦系數(shù)高，力學(xué)強(qiáng)度好，熱衰退效果好，磨耗低，使用周期長(zhǎng)；閘瓦材料因無(wú)高硬度摩擦劑和鋼棉，運(yùn)行中無(wú)高頻噪音，不產(chǎn)生火花，不易損傷盤(pán)閘；材料中不含石棉，綠色環(huán)保。 （2）液壓控制系統(tǒng) 液壓控制系統(tǒng)是根據(jù)所需要的制動(dòng)力矩，通過(guò)比例溢流閥來(lái)調(diào)節(jié)制動(dòng)油缸的工作油壓。該系統(tǒng)采用了電液比例壓力控制，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)壓，使升壓、降壓過(guò)程平穩(wěn)目迅速， 提高了系統(tǒng)的性能。另外，為保證制動(dòng)減速度要求，采用了二級(jí)制動(dòng)回路，使制動(dòng)過(guò)程更平穩(wěn)安全。 （3）電控系統(tǒng) 用于控制液壓系統(tǒng)的電控系統(tǒng)，其原理是 PLC 接受開(kāi)機(jī)、制動(dòng)指令以及各個(gè)保護(hù)裝置 （傳感器）反饋回來(lái)的信號(hào)，根據(jù)事先輸入的程序來(lái)控制液壓系統(tǒng)完成所要求的動(dòng)作。該制動(dòng)裝置可以與礦井提升機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)控。由于系統(tǒng)的制動(dòng)力矩是靠閘瓦與制動(dòng)盤(pán)之間的摩擦產(chǎn)生的，因此閘瓦受到磨損就會(huì)導(dǎo)致閘瓦間隙增大，同樣由于碟形彈簧疲勞也會(huì)造成閘瓦間隙增大、制動(dòng)力矩減少。該系統(tǒng)采用了距離傳感器來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控閘瓦磨損量以及閘瓦與制動(dòng)盤(pán)之間的間隙，并配有自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，以便及時(shí)更換閘瓦或?qū)﹂l瓦與制動(dòng)盤(pán)之間的間隙進(jìn)行調(diào)節(jié)，以確保系統(tǒng)制動(dòng)的穩(wěn)定可靠。 正在工作的礦井提升機(jī)，如果遇到停電，由于系統(tǒng)物料慣性及自身的慣性，需要進(jìn)行安全制動(dòng)。為此，系統(tǒng)采用了控制系統(tǒng)備份電源的安全措施保證停電工況下的安全制動(dòng): 在電控系統(tǒng)中采用了 UPS 電源，保證停電狀態(tài)下，依然能對(duì)控制系統(tǒng)中的各電磁閥及 PLC 進(jìn)行供電，通過(guò)控制電磁閥，保證油壓的正常降低，控制系統(tǒng)的制動(dòng)力矩，保證系統(tǒng)的制動(dòng)減速度，從而安全停車(chē)，避免出現(xiàn)重大事故。 4.1.2 液壓站原理圖 目前常用提升機(jī)制動(dòng)器的液壓站原理圖如下： 1 油箱 2 網(wǎng)式過(guò)濾器 3 電動(dòng)機(jī) 4 齒輪泵 5 電接點(diǎn)溫度計(jì) 6 紙質(zhì)過(guò)濾器 7 比例溢流閥 8 手動(dòng)換向閥 9 壓力表 10 減壓閥 11 單向閥 12 電磁換向閥 13 溢流閥 14 蓄能器 15 壓力表開(kāi)關(guān) 16 電磁換向閥 17 電磁換向閥 18 電磁換向閥 19 電磁換向閥 20 截止閥 圖 4-2 液壓站原理圖 液壓站有兩套電機(jī)油泵裝置，一套工作、一套備用，兩套油泵替換工作時(shí)，由手動(dòng)換向閥 8 切換。安全制動(dòng)部分由電磁換向閥 G3、G4、G5、G6，溢流閥 13、減壓閥 10、蓄能器 14 等器件組成。液壓站為盤(pán)形制動(dòng)器提供不同的壓力油，油壓的變化由比例調(diào)壓裝 置 7 來(lái)調(diào)節(jié)。比例調(diào)壓裝