礦井提升機(jī)盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)

賈玉景，代穎軍

(1.湖州師范學(xué)院，浙江湖州 313000；2.上海航天動(dòng)力技術(shù)研究所，浙江湖州 313000）

礦井提升機(jī)盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)

賈玉景1，代穎軍2

(1.湖州師范學(xué)院，浙江湖州 313000；2.上海航天動(dòng)力技術(shù)研究所，浙江湖州 313000）

介紹了礦井提升機(jī)盤式制動(dòng)器的研究現(xiàn)狀、控制系統(tǒng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一個(gè)盤式制動(dòng)器，介紹其工作原理。制動(dòng)系統(tǒng)的液壓油路，選用兩支路并聯(lián)供油，四油缸制動(dòng)，一條支路設(shè)置單向節(jié)流閥，使該支路的制動(dòng)稍微延后一些，實(shí)現(xiàn)了二級(jí)制動(dòng)，工作更平穩(wěn)。該盤式制動(dòng)器為常閉式設(shè)計(jì)，安全可靠；制動(dòng)器動(dòng)作靈敏；安裝位置靈活，使用、調(diào)整、維修簡(jiǎn)單。

盤式制動(dòng)；液壓傳動(dòng)；制動(dòng)閘；制動(dòng)管路

盤式制動(dòng)器是礦井提升機(jī)的重要安全裝置，它具有慣量小、動(dòng)作快、靈敏度高、制動(dòng)力矩可調(diào)等優(yōu)

點(diǎn)［1］。目前生產(chǎn)的礦井提升機(jī)大都采用盤式制動(dòng)器，特別是在多繩摩擦提升機(jī)上幾乎全部采用盤式制動(dòng)器。由于制動(dòng)器制動(dòng)性能與制動(dòng)力矩有關(guān)，而制動(dòng)力矩的大小又直接影響礦井提升的安全性，因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都十分重視對(duì)制動(dòng)器制動(dòng)性能的研究［1］。大多數(shù)研究?jī)H考慮如何調(diào)定制動(dòng)力矩以使系統(tǒng)緊急制動(dòng)時(shí)不發(fā)生鋼絲繩滑動(dòng)，而對(duì)制動(dòng)器本身的摩擦制動(dòng)特性研究甚少，這也是盤式制動(dòng)器研究難以進(jìn)一步深入下去的關(guān)鍵所在。

現(xiàn)有盤式制動(dòng)器種類很多，按其結(jié)構(gòu)類型可分為鉗盤式、全盤式、錐盤式和載荷自制盤式制動(dòng)器4種；按驅(qū)動(dòng)力源可分為電力液壓驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)和氣壓驅(qū)動(dòng)。

以上各類制動(dòng)器在運(yùn)行過(guò)程中，都有較好的液壓

系統(tǒng)和電力系統(tǒng)與之配合，以使制動(dòng)系統(tǒng)安全可靠、操作方便、運(yùn)行穩(wěn)定，使提升機(jī)運(yùn)行的安全性大大提高，能更好地保護(hù)工作人員的生命安全、減少安全事故發(fā)生和提高礦業(yè)生產(chǎn)效率。制動(dòng)控制器一般可用繼電器控制、微機(jī) (單片機(jī)）控制和PLC控制。繼電器控制的礦井提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)屬于“完全固定模式型”，其控制模式不可調(diào)，一旦繼電器出現(xiàn)故障，控制系統(tǒng)將完全癱瘓，制動(dòng)器停止動(dòng)作，甚至?xí)斐蓢?yán)重的后果。而用PLC控制則有著繼電器所不能達(dá)到的眾多優(yōu)點(diǎn)，所以更多采用安全可靠的PLC來(lái)控制盤式制動(dòng)器［2］。

1 盤式制動(dòng)器的工作原理與基本結(jié)構(gòu)

1.1 結(jié)構(gòu)組成

盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖

盤式制動(dòng)器主要由制動(dòng)器架體、外缸筒、油缸、活塞、密封圈、蝶形彈簧、連接軸、制動(dòng)襯墊、閘盤、液壓管路等部分組成。

1.2 工作原理

提升機(jī)制動(dòng)器一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成，主要零部件有制動(dòng)閘片、制動(dòng)襯墊、制動(dòng)缸體、活塞、碟形彈簧和液壓管路等。制動(dòng)器通過(guò)碟形彈簧和液壓動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)械部件的運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到制動(dòng)的功能。泵體固定在制動(dòng)器的底板上，部分制動(dòng)器用一個(gè)泵體控制兩側(cè)的閘片；部分制動(dòng)器用兩個(gè)泵體分別裝在制動(dòng)盤的兩側(cè)，控制各自的閘片［3］。盤式制動(dòng)器工作原理如圖2所示，提升機(jī)制動(dòng)時(shí)，蝶形彈簧的預(yù)壓力迫使活塞向制動(dòng)盤移動(dòng)，將制動(dòng)閘片推出，使閘片與卷筒的制動(dòng)盤接觸，并產(chǎn)生正壓力，形成摩擦力而產(chǎn)生制動(dòng)［4］。提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)松開閘時(shí)，油缸腔中充入壓力油，使活塞壓縮蝶形彈簧，并帶動(dòng)閘片向后移動(dòng)離開制動(dòng)盤，解除制動(dòng)力。這樣的工作方式安全可靠，保證提升機(jī)系統(tǒng)突然停電或發(fā)生其他意外時(shí)，制動(dòng)器處于制動(dòng)狀態(tài)，避免意外事故發(fā)生。制動(dòng)閘片嵌合在泵體外部的槽中，并用壓板、螺釘固定?？刂葡到y(tǒng)則是通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照預(yù)定的要求進(jìn)行操作。

圖2 盤式制動(dòng)器工作原理圖

2 制動(dòng)管路方案選擇

制動(dòng)管路將液壓泵站提供的液壓油傳遞到制動(dòng)油缸中，給活塞加壓，通過(guò)活塞壓縮蝶形彈簧，使制動(dòng)器脫離制動(dòng)狀態(tài)。制動(dòng)系統(tǒng)的液壓油路設(shè)計(jì)方式有多種［1］。在此設(shè)計(jì)中，選用兩支路并聯(lián)供油，四油缸制動(dòng)。其液壓油路布置如圖3所示，總管路分支為1、2兩個(gè)支路，每個(gè)液壓支路給斜對(duì)角的兩副制動(dòng)油缸供油，兩個(gè)支路上接單向節(jié)流閥，使得1、2兩個(gè)支路所控制的制動(dòng)油缸在制動(dòng)的時(shí)候，支路2供油的一組制動(dòng)油缸的制動(dòng)會(huì)比支路1供油的一組制動(dòng)油缸的制動(dòng)稍微延后一些，這樣就實(shí)現(xiàn)了二級(jí)制動(dòng)，設(shè)計(jì)上更加符合《煤礦安全規(guī)程》的要求。

圖3 制動(dòng)系統(tǒng)盤式制動(dòng)閘分布及液壓管路布置

3 盤式制動(dòng)器的性能要求

隨著科技的進(jìn)步，盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)也在向著安全可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、操作方便、故障率小、實(shí)用性強(qiáng)和應(yīng)用廣泛的方向發(fā)展。

驅(qū)動(dòng)方面。對(duì)于液壓驅(qū)動(dòng)的制動(dòng)器，采用雙液壓站、雙油路，具備雙液壓站并聯(lián)運(yùn)行、單液壓站之間互相備用等運(yùn)行方式。這樣不但有了良好的液壓回油油路，使液壓油流動(dòng)通暢，不易受阻，而且當(dāng)其中一個(gè)液壓站出現(xiàn)問題停止工作時(shí)，另一個(gè)液壓站會(huì)馬上響應(yīng)，進(jìn)行制動(dòng)或松閘，以保障提升機(jī)設(shè)備安全制動(dòng)和正常運(yùn)行［5］。

制動(dòng)方面。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求越來(lái)越高，在制動(dòng)力矩方面，要求靜態(tài)制動(dòng)安全系數(shù)大于等于3倍的最大靜張力。這樣可使正常停車時(shí)制動(dòng)穩(wěn)定、安全，在制動(dòng)時(shí)，提升吊籠加速度值適中，沖擊力小，運(yùn)行平穩(wěn)。在施工安全方面，具有各種載荷和提升狀態(tài)下的無(wú)滑繩設(shè)計(jì)，即當(dāng)?shù)趸\突然下墜或緊急制動(dòng)時(shí)，要達(dá)到應(yīng)有的制動(dòng)效果，保障施工人員的生命安全。在制動(dòng)平穩(wěn)和運(yùn)行可靠方面，具有恒減速和恒力矩的安全制動(dòng)，系統(tǒng)可根據(jù)工況自動(dòng)切換，能夠在不同載荷、不同運(yùn)行方向、不同位置情況下，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)預(yù)定減速度的安全制動(dòng)。

監(jiān)測(cè)方面。要求制動(dòng)系統(tǒng)具有自動(dòng)測(cè)試、監(jiān)測(cè)重要液壓閥和儲(chǔ)能器的功能，并為每個(gè)制動(dòng)器配置模擬氣隙傳感器，準(zhǔn)確在線監(jiān)測(cè)閘片氣隙，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)制動(dòng)潛在問題；具有友好的人機(jī)界面，顯示系統(tǒng)各種重要參數(shù)，如油壓、閘氣隙、彈簧疲勞、油位、油溫、制動(dòng)狀態(tài)和故障信息等，并可方便地進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，采用組合閥塊，使液壓站器件連接簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，易于維護(hù)。

4 結(jié)論

(1）該制動(dòng)器為常閉式設(shè)計(jì)，提升機(jī)不工作狀態(tài)，制動(dòng)器處于制動(dòng)狀態(tài)，防止意外事故發(fā)生，安全可靠。

(2）制動(dòng)器靠特制碟簧施加制動(dòng)力，液壓驅(qū)動(dòng)松閘。制動(dòng)器制動(dòng)動(dòng)作靈敏，制動(dòng)閘片閉合時(shí)間短。

(3）制動(dòng)閘片材料選用石棉硬質(zhì)摩擦襯墊，摩擦因數(shù)穩(wěn)定，不損傷制動(dòng)盤且對(duì)水介質(zhì)和鹽霧不敏感。

(4）安裝位置靈活，使用、調(diào)整、維修簡(jiǎn)單。

［1］聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè):第3卷［M］.5版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［2］程廣振，鄭運(yùn)廷.托輥加工專用機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2006(1）:152-153.

［3］許福玲，陳堯明.液壓與氣壓傳動(dòng)［M］.3版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［4］濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.8版.北京:高等教育出版社，2006.

［5］程廣振，江桂蘭.礦井提升機(jī)潤(rùn)滑油壓力和油箱液位指示報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)［J］.工礦自動(dòng)化，2010(9）:97－99.

［6］賈玉景.回轉(zhuǎn)工作臺(tái)槽輪分度機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.機(jī)床與液壓，2011，39(8）:56－57.

Design of Disc Brake for Mine Hoist

JIA Yujing1，DAIYingjun2
(1.Huzhou Teachers College，Huzhou Zhejiang 313000，China；2.Shanghai Institute of Space Power Technology，Huzhou Zhejiang 313000，China）

The research status and the features of the disc brakes ofmine hoist were described.A kind of disc brake was designed.The hydraulic circuit of the braking system was chose two-way parallel oil supply and four oil cylinder brake.In one oil-way，a one-way throttle was set，making the oil-way brake slightly delayed，so two stage braking was achieved and work wasmore stable.This disc brake is normally closed，it is safe and reliable，sensitive in action and has flexible installation location.It is easy to use，adjust and maintain.

Disc brake；Hydraulic transmission；Brake；Brake lines

TH136

A

1001－3881(2014）10－057－2

10.3969/j.issn.1001-3881.2014.10.017

2013－04－22

賈玉景 (1962—），學(xué)士，副教授，主要從事力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)與控制方面的教學(xué)和科研工作。E－mail:jyjng@126.com。