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論文題目： 提升機(jī)制動系統(tǒng)設(shè)計 專 題： 液壓盤式制動器設(shè)計 提升機(jī)制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設(shè)計 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。 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。本文針對 JKMD 型( 4.5 米 4 多繩摩擦輪)提升機(jī)，對其制 動系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。 在對提升機(jī)的制動器選型過程中，因盤式制動器是近年來應(yīng)用較多的一種新 型制動器，它以其獨(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器的 應(yīng)用提供了巨大的工作平臺。制動盤的制動力，靠油缸內(nèi)充入油液而推動活塞來 壓縮盤式彈簧來實(shí)現(xiàn)。 液壓盤式制動器作為最新一種制動器，具有許多優(yōu)點(diǎn)，所以它在現(xiàn)代多種類 型提升機(jī)中獲得廣泛的應(yīng)用。它具有制動力大、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。 關(guān)鍵詞：提升機(jī)；多繩摩擦；制動器；設(shè)計；液壓傳動。 Abstract Currently many of our coal mine has turned to deep mining. Mine coal upgrading equipment as the key equipment holds an important position in mechanized production of the mine. The brakes are one of the important components of a direct bearing on Hoist the safe operation of equipment. 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(shè)備概述 ...................................................................................1 1.1 提升機(jī)的定義 .........................................................................................................1 1.2 提升機(jī)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(jī)類型分 ............................................................................................1 1.3 提升機(jī)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(jī)型號的選用及制動器的設(shè)計類型 ..............................................................8 1.4.1 提升機(jī)的選用 .................................................................................................8 1.4.2 制動器的設(shè)計類型 .........................................................................................9 第 2 章 提升機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)制動裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .....................................................20 3.1 制動裝置的有關(guān)規(guī)定和要求 ...............................................................................20 3.2 提升機(jī)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu) .........................................................................................24 3.4 制動器的設(shè)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(jié)構(gòu)與設(shè)計計算 ................................................................41 3.5 制動器的強(qiáng)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(diào)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(diào)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(shè)計及工作可靠性評定 ................................................................56 4.3.1 設(shè)計變量 ........................................................................................................56 4.3.2 優(yōu)化策略 ........................................................................................................57 4.4 制動器的維護(hù)可靠性評定 ....................................................................................58 第 5 章 結(jié)論 .............................................................................................................60 總 結(jié) ...........................................................................................................................61 英文原文 ......................................................................................................................62 中文翻譯 ......................................................................................................................71 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................77 致 謝 ...........................................................................................................................78 礦井提升機(jī)制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設(shè)計 第 1 頁共 78 頁 第 1 章 礦井提升設(shè)備概述 1.1 提升機(jī)的定義 礦井提升機(jī)是礦井大型固定設(shè)備之一，它的主要任務(wù)就是沿井筒提升煤炭、 礦石和矸石；升降人員和設(shè)備；下放材料和工具等。礦井提升設(shè)備是聯(lián)系井下與 地面的紐帶，是主要的提升運(yùn)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(jī)的分類 1.2.1 按用途分 (1) 主井提升設(shè)備 主井提升設(shè)備的任務(wù)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(shè)備 副井提升設(shè)備的任務(wù)是提升矸石、廢料，下放材料，升降人員和設(shè)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(jī)電力拖動方式分為交流拖動提升設(shè)備和直流拖動提升設(shè)備。 1.2.3 按提升容器類型分 分為箕斗、罐籠、串車等提升設(shè)備。 1.2.4 按井筒的傾角分 提升設(shè)備按井筒傾角可分為立井提升設(shè)備和斜井提升設(shè)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(nèi)。近年來大型斜井提升多采用膠帶輸送機(jī)。 1.2.5 按提升機(jī)類型分 (1) 單繩纏繞式提升設(shè)備 礦井提升機(jī)制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設(shè)計 第 2 頁共 78 頁 單繩纏繞式提升設(shè)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(shè)備。 1) KJ 型( 23m)和 BM 及 JKA 型單繩纏繞式提升機(jī) KJ( 23m)型單繩纏繞式提升機(jī)是我國在 19581966 年生產(chǎn)的仿蘇 BM-2A 型提升機(jī)，按滾筒個數(shù)來分，有單滾筒和雙滾筒的提升機(jī)；按布置方式來分，有 帶地下室和不帶地下室的提升機(jī)，可根據(jù)設(shè)計而選用，但二者技術(shù)性能完全相同。 (A) KJ 型( 23m)提升機(jī)代號意義以 KJ2 2.5 1.2D-20 型為例說明如下： K--------礦井； J---------卷揚(yáng)機(jī) (提升機(jī))； 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(cè)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(jī)的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)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(jī)采用手動渦輪渦桿式調(diào)繩離合器； (c) 減速器采用漸開線人字形齒輪傳動； (d) 使用機(jī)械牌坊式深度指示器； (e) 設(shè)有機(jī)械限速器。 (C) JKA 型單繩纏繞式提升機(jī)是在 KJ 型提升機(jī)的基礎(chǔ)上改進(jìn)后制造的。JKA 型雙滾筒提升機(jī)在結(jié)構(gòu)上具有下列特點(diǎn)： (a) 調(diào)繩裝置即離合器為電動渦輪渦桿式離合器，因而調(diào)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(diào)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(jìn)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(jī) 蘇聯(lián)新克拉馬托爾機(jī)械制造廠生產(chǎn)的 HKM3 型提升機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： (a) 滾筒采用焊接結(jié)構(gòu)； (b) 采用氣動齒輪式調(diào)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(jī)制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設(shè)計 第 3 頁共 78 頁 (e) 使用機(jī)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的，為了快出煤、多出煤， 當(dāng)時主要是建設(shè)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(shè)備主要是從蘇聯(lián)進(jìn)口的 BM 型產(chǎn)品和國產(chǎn)仿蘇 KJ 型產(chǎn)品，設(shè)備的可選性 小，主要是滿足開采淺部煤層的需要。進(jìn)入 80 年代以后，我國許多煤礦礦井已 逐漸轉(zhuǎn)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(dá) 600 米、1000 米。根據(jù)國內(nèi)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，落地式摩擦提升設(shè)備，是在礦 井延伸后使現(xiàn)有提升設(shè)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(jié)構(gòu)形式 應(yīng)優(yōu)先選用三角股鋼絲繩及線接觸圓股鋼絲繩，當(dāng)由于供應(yīng)原因，亦可以選 用普通圓股點(diǎn)接觸平行捻鋼絲繩。鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)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(yīng)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(jī)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(jī)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(shè)計中也已全部選用圓 股鋼絲繩作平衡尾繩。這主要是因?yàn)楸怃摻z繩生產(chǎn)效率低、供應(yīng)困難。 選用圓股鋼絲繩作平衡尾繩時，以多層股（不旋轉(zhuǎn)）圓股鋼絲繩中的 187 和 347 兩種結(jié)構(gòu)較為合適。但目前這兩種產(chǎn)品尚不能滿足需要，因而當(dāng)供應(yīng)困難時， 也可選用普通圓股鋼絲繩，如選用 619 和 637 等。應(yīng)注意的是，選用鋼絲繩股 中的鋼絲不可過細(xì)，并應(yīng)盡可能選用鍍鋅鋼絲繩，以提高使用壽命。當(dāng)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(dǎo)輪直徑 D 的確定 根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，主導(dǎo)輪直徑 D 應(yīng)符合式： 無導(dǎo)向輪 80d 礦井提升機(jī)制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設(shè)計 第 4 頁共 78 頁 有導(dǎo)向輪 10Dd 式中 主提升鋼絲繩直徑， mm； 主導(dǎo)輪直徑 D 除應(yīng)符合上述規(guī)定外，還應(yīng)按摩擦襯墊的許用比壓 q來校 核，即： sxpqnd 式中 主導(dǎo)輪上升（重載）側(cè)鋼絲繩靜張力，N ；s 主導(dǎo)輪下降（重載）側(cè)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(yàn)，現(xiàn)有 3 米以下提升機(jī)改造后的主導(dǎo)輪直徑 D 可取為： 滾筒直徑（m） 主導(dǎo)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(dāng)井深大于 300 米時，?。?028 如圖 1-1 （a） 、 （b） 。 當(dāng)井深小于 300 米時，?。? 07236a 如圖 1-1 （c） 、 （d） 。 礦井提升機(jī)制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設(shè)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(jī)摩擦襯片上的包圍角選擇 (2) 多繩摩擦式提升設(shè)備 多繩摩擦式提升設(shè)備可分為塔式和落地式（KJM 和 JKMD 型多繩摩擦輪提 升機(jī)） 。 多繩摩擦提升機(jī)的井架一般多采用鋼結(jié)構(gòu)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(jié) 施工，井架基礎(chǔ)隨著井筒凍結(jié)層解凍變化?；A(chǔ)會產(chǎn)生少量下降。井架在受主繩 張力作用下基礎(chǔ)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(nèi)產(chǎn)品尼龍 1010、進(jìn)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(diǎn)向絞車房方向 漸變位移，一般位置變化范圍 030mm。 多繩提升機(jī)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(shè)采用 n 根鋼絲繩，則多繩與單繩提升機(jī)鋼絲繩直徑間有如下關(guān)系： 1ndm 同理，摩擦筒（主導(dǎo)輪）直徑： 1nD 礦井提升機(jī)制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設(shè)計 第 6 頁共 78 頁 多繩摩擦提升機(jī)如圖 1-2 所示： 1-主 導(dǎo) 輪2天 輪3-提 升 機(jī) 鋼 絲 繩4提 升 容 器5-尾 繩 1主導(dǎo)輪 2天輪 3提升機(jī)鋼絲繩 4提升容器 5尾繩 圖 1-2 多繩摩擦提升機(jī) 主軸裝置的特點(diǎn)：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(cè)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(dāng)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(cè)拉力不能達(dá)到其極限比值，而應(yīng)有一安全系數(shù)，式改寫 礦井提升機(jī)制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設(shè)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(shè)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(cè)的拉力比的極限值控制在 1.5 以內(nèi)，即： 12.5F 在某些特殊情況，例如進(jìn)行緊急制動時，可能產(chǎn)生超前滑動，即鋼絲繩的運(yùn) 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(dāng)下放重物進(jìn)行緊急制動時，更容易繼發(fā)性滑動。 1.3 提升機(jī)的制動裝置的功用、類型 提升機(jī)的安全運(yùn)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(dá)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(diào)整便可達(dá)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(dá)到設(shè)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(shè)計制 礦井提升機(jī)制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設(shè)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(hù)及操作等因素決定的，它反映了制動器固有可靠性在實(shí)際運(yùn)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(shí)際工作可靠性依然不會高。 制動裝置提升機(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(jī)構(gòu)，傳動裝置是控制并調(diào)節(jié)制動力矩的 機(jī)構(gòu)。 1.3.1 制動裝置的功用 制動系統(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，制動裝置的可靠性直接關(guān)系到提升機(jī)的安全運(yùn)行。制動力矩不足 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,參與提升機(jī)的控制，即工作制動； (3) 當(dāng)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(jī)， 即安全制動； (4)雙滾筒提升機(jī)在更換水平、調(diào)節(jié)鋼絲繩長度時，能夠閘住提升機(jī)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(jié)構(gòu)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(jī)使用油壓角移式制動裝置。KJ 型( 46m) 和 HKM3 型提升機(jī)使用壓氣平移式制動裝置。JKA 型提升機(jī)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(jī)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(jī)制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設(shè)計 第 9 頁共 78 頁 1.4 提升機(jī)型號的選用及制動器的設(shè)計類型 1.4.1 提升機(jī)的選用 JKMD 型（ 4.5 米 4 多繩摩擦輪）提升機(jī)是基于撓性體摩擦傳動原理實(shí)現(xiàn) 的。它利用提升鋼絲繩與驅(qū)動共同滾筒之間的摩擦力拖動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)具有以下 優(yōu)點(diǎn)： (1) 提升機(jī)體積??； (2) 鋼絲繩斷繩的危害性減?。?(3) 提升高度大。 1.4.2 制動器的設(shè)計類型 盤式制動器是近年來應(yīng)用較多的一種新型制動器，它以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)及良好 的安全性能被廣大用戶認(rèn)可。我們見過的帶碟剎的摩托車，就是盤式制動器最簡 單的應(yīng)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(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器的應(yīng)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(diǎn)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(diào)性好，慣性小，動作快，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。由于制動器具有許多優(yōu)點(diǎn)，所以它在現(xiàn)代多種 類型提升機(jī)中獲得廣泛的應(yīng)用。 (2) 盤式制動器的缺點(diǎn)：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(yuǎn)大，尤其 是將液壓電氣控制結(jié)合在盤式制動器上，相信隨著液壓和電氣技術(shù)的進(jìn)一步發(fā) 展，會更有利于盤式制動器的發(fā)展。 礦井提升機(jī)制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設(shè)計 第 10 頁共 78 頁 第 2 章 提升機(jī)的選型計算( 4.5 米 4 多繩摩擦輪) 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。本文針對 JKMD 型( 4.5 米 4 多繩摩擦輪)提升機(jī)，對其制 動系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。 下表 2-1 為 JKMD 型提升機(jī)(圖 2-1)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) 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(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 圖 2-1 JKM（JKMD）型多繩摩擦輪提升機(jī) 礦井提升機(jī)制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設(shè)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(dǎo)輪直徑 4.5mTD 主導(dǎo)輪轉(zhuǎn)速 601563.7/4.FTVnDrin 爬行距離 0s 爬行速度 0 xv 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(jī)制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設(shè)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(jī)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(jī)制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設(shè)計 第 13 頁共 78 頁 等速段時間： 39.7526.1dFstvs 總的運(yùn)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(jī)和減速器的變位重量： 20175 kgSJ 電機(jī)： 5792 kg 2241465MesirDTA 不帶減速器直接傳動時 i 減速器： 2GesiJmr 電機(jī)轉(zhuǎn)矩（包括電機(jī)聯(lián)軸節(jié)）GJ 總變位重量： 207368 千克 2.4 力圖 提升機(jī)載物時載重力如圖 2-3 所示： 礦井提升機(jī)制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設(shè)計 第 14 頁共 78 頁 圖 2-3 提升機(jī)載物力圖 負(fù)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： 37.92..4Ab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(jī)實(shí)際速度如圖 2-4 所示： 礦井提升機(jī)制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設(shè)計 第 15 頁共 78 頁 米 米 米 圖 2-4 提升機(jī)實(shí)際力圖 提升機(jī)實(shí)際力圖如圖 2-5 所示： 圖 2-5 提升機(jī)實(shí)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(jī)制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設(shè)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(jī)最大軸功率及選型： 時， =1max582.63.FAP千 瓦 時， < 22(1)(05).)Vbaab 其中 ； 0bA2) 當(dāng) 時， amaxFAP 只有當(dāng) 時， 而且bbpt0bpt （ ）224()()33aa01 由于電機(jī)為短時工作，可以充分利用電機(jī)的過載能力，以減少電機(jī)的容量， 降低機(jī)器的成本和尺寸。 電機(jī)型號：ZKTD250 45P 直流電動機(jī) 額定功率 ：1500kW 效率：92e 額定轉(zhuǎn)速 ：56rmin 重量：620kgn 8.1 0.2額 定 扭 矩堵 轉(zhuǎn) 扭 矩額 定 扭 矩最 大 扭 矩 6.5堵 轉(zhuǎn) 電 流額 定 電 流:106830m電 機(jī) 外 形 尺 寸 （ 長 寬 高 ） 礦井提升機(jī)制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設(shè)計 第 17 頁共 78 頁 280Hm電 機(jī) 中 心 高 ： 6514電 機(jī) 軸 直 徑 長 度 ： .1.432.0jeN過 載 系 數(shù) ： 注：由于電機(jī)為短時工作，可以充分利用它的過載能力，以減少電機(jī)的容 量，降低機(jī)器的成本和尺寸。因此選擇 ZKTD25045P 型直流電動機(jī)即可。 2.9 液壓站工作原理 2.9.1 提升機(jī)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(diào)0.5 一級制動延遲時間 可調(diào) 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(jī)；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(diǎn)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(jī)制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設(shè)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(jī)后即為正常工作狀態(tài)，其制動力的大小， 通過調(diào)節(jié)電液比例溢流閥4的電流大小來調(diào)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(diǎn)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(diǎn)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(diào)繩：在調(diào)繩狀態(tài)時，轉(zhuǎn)換打開開關(guān)并推動。可調(diào)閘手柄，把調(diào)繩離合器 打開，然后轉(zhuǎn)到調(diào)繩狀態(tài)，壓力油進(jìn)入B管，打開提升機(jī)固定卷筒制動器，提升 機(jī)即可開車進(jìn)行調(diào)繩。調(diào)繩完畢后轉(zhuǎn)到離合器合上狀態(tài)，指導(dǎo)調(diào)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(dāng)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。可調(diào)閘手柄，把調(diào)繩離合器打開，然后轉(zhuǎn)到調(diào)繩 狀態(tài)，壓力油進(jìn)入B管，打開提升機(jī)固定卷筒制動器，提升機(jī)即可開車進(jìn)行調(diào)繩。 調(diào)繩完畢后轉(zhuǎn)到離合器合上狀態(tài)，指導(dǎo)調(diào)繩離合器合上。 電磁閥工作狀況表： 礦井提升機(jī)制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設(shè)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(zhuǎn)動 + + + + 調(diào)繩 離合 器 合上 + + 表示 通電 表示 斷電 (6)殘壓保護(hù)信號：殘壓保護(hù)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(shè)定的壓力值，這時實(shí)施緊急制動。 (7)溫度報警信號、壓差報警信號：當(dāng)油溫過高或?yàn)V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(jī)制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設(shè)計 第 20 頁共 78 頁 第 3 章 提升機(jī)制動裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1 制動裝置的有關(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 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(jī)（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(jī)不準(zhǔn)離開工作崗位，也不準(zhǔn)擅自調(diào)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(jī)（絞車） ，應(yīng)加強(qiáng)閘瓦 間隙和傳動系統(tǒng)的檢查和維護(hù)。 （3）保險閘必須采用配重式或彈簧式的制動裝置，除由司機(jī)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(diào)節(jié)的機(jī)械制動裝置。 （4）提升機(jī)（絞車）除有（常用閘和保險閘）外，應(yīng)加設(shè)定車裝置，以便調(diào) 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(hù)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(qū)動閘瓦式制動器不得超過 0.5 秒，儲 能壓縮驅(qū)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(jī)（絞車）的常用閘和保險閘制動時，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（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(zhuǎn)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(shí)測確定，一般采用 0.3 到 0.35；常用閘和保險閘的力矩應(yīng)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(jī)械的減速度：下放重載（設(shè)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(jī)制動系統(tǒng)(液壓盤式制動器)設(shè)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(yùn)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(jī)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(diào) 整時備用。司機(jī)操縱臺制動手把的移動應(yīng)當(dāng)靈活，在抱閘位置時，應(yīng)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(yīng)重新車削或換新的。 3.2 提升機(jī)制動器主要類型 提升機(jī)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(jī)構(gòu)。因此， 按工作裝置裝置結(jié)構(gòu)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(jìn)口提升機(jī)和國 產(chǎn)新型提升機(jī)大都采用液壓盤式制動器，而舊提升機(jī)(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(jìn)行了