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礦井提升機(jī)可靠盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)
摘要：制動(dòng)系統(tǒng)是礦井提升機(jī)重要的安全系統(tǒng)，制動(dòng)器則是制動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其性能好壞直接影響提升機(jī)的安全。盤式制動(dòng)器具有熱穩(wěn)定性好、反應(yīng)靈敏等優(yōu)勢(shì)，但是盤式制動(dòng)器本身也存在一些問(wèn)題。本文主要介紹的是礦井提升機(jī)盤式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)，表明了提升機(jī)制動(dòng)器的研究現(xiàn)狀以及現(xiàn)狀。在本次設(shè)計(jì)中，首先完成了液壓部分的計(jì)算：其中包括液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)，調(diào)試液壓系統(tǒng)后，根據(jù)給定的基本參數(shù)做出液壓泵、電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、蓄能器、過(guò)濾器、管道的計(jì)算并選擇出合適的液壓零件。之后完成了盤式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算：通過(guò)計(jì)算確定動(dòng)力矩，然后計(jì)算制動(dòng)器的額定正壓力，最后是碟形彈簧的計(jì)算。
關(guān)鍵詞：礦井提升、盤式制動(dòng)、研究狀況、原理圖、液壓泵、電動(dòng)機(jī)、額定正壓力
I
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｄｉｓｃ Ｂｒａｋｅ ｆｏｒ Ｍｉｎｅ Ｈｏｉｓｔ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Braking system is an important safety system of mine hoist，Brake is the actuator of the braking system.Its performance directly affects the safety of hoisting machine.Disc brake has the advantages of good thermal stability, sensitivity and so on,but there are some problems in the disc brake itself.This paper mainly introduces the design of the disc brake of mine hoist.It shows the research status and the status quo of the actuator of the lifting mechanism.In this design,first completed the calculation of the hydraulic parts: including the design of the hydraulic system schematic.Including the design of the hydraulic system schematic diagram.After commissioning the hydraulic system,according to the given basic parameters to make the hydraulic pump, motor, coupling, accumulator, filter, pipe calculation and select the appropriate hydraulic parts.After the completion of the disc brake design and calculation,determine the dynamic torque by calculation then calculate the rated positive pressure of the brake.The last is the calculation of the disc spring.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Mine hoist、disc brake、research status、schematic diagram、 Hydraulic pump、Motor、Rated normal pressure
III
目 錄
摘要 I
Abstract II
目錄 III
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 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3
2.1 液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì) 3
2.1.1 盤式制動(dòng)系統(tǒng)的組成 3
2.1.2 液壓站原理圖 4
2.2液壓系統(tǒng)的計(jì)算和液壓元件的選擇 8
2.2.1液壓泵的計(jì)算與選擇 8
2.2.2電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型 11
2.2.3聯(lián)軸器的選型 12
2.3輔助元件的計(jì)算與選擇 13
2.3.1 蓄能器的選擇與安裝 13
2.3.2過(guò)濾器的選型 15
2.3.3管道 16
3盤式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 17
3.1盤式制動(dòng)器的計(jì)算條件 17
3.2盤式制動(dòng)器制動(dòng)力矩的確定 17
3.3盤形制動(dòng)器額定正壓力計(jì)算 19
3.4碟形彈簧的計(jì)算 21
參 考 文 獻(xiàn) 25
致 謝 26
IV
1 緒論
1.1 概述
礦井提升設(shè)備可以提升煤炭和工作人員。它能夠連接井下工作和地面的基地,。所以礦井提升設(shè)備對(duì)于安全是十分重要的。因此,在礦山生產(chǎn)的各種問(wèn)題中安全是最重要的，礦井提升機(jī)運(yùn)行的可靠性也是非常關(guān)鍵的,而提升機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)能夠在危險(xiǎn)的形勢(shì)下有保護(hù)的作用。
工作裝置和傳動(dòng)裝置是提升機(jī)制動(dòng)器的主要組成部分,它們的作用分別是產(chǎn)生摩擦力矩；解除或者產(chǎn)生摩擦力矩[3]。
液壓盤式制動(dòng)器的好處很多，主要有以下幾點(diǎn):①制動(dòng)力可以互相組合，結(jié)構(gòu)比較緊湊：②制動(dòng)閘可以相互交換使用，非常方便；③反映非常迅速④多副盤閘工作的時(shí)候可靠性非常高。
盤式制動(dòng)器是機(jī)電一體化設(shè)備。它主要是由制動(dòng)盤和制動(dòng)閘構(gòu)成的。動(dòng)力矩之所以會(huì)有，是因?yàn)橹苿?dòng)盤和閘瓦摩擦，因此調(diào)整一下閘瓦給制動(dòng)盤形成的的正壓力就可以,制動(dòng)器中正壓力的數(shù)值與液壓系統(tǒng)的控制油壓是成比例的。
1.2 提升機(jī)制動(dòng)器的研究現(xiàn)狀
目前,進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)的提升機(jī)大部分采用的都是液壓盤式制動(dòng)器,國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者都努力研究提升機(jī),主要有下面幾點(diǎn)。
(1)結(jié)構(gòu)的改造
制動(dòng)是非常重要的，不然會(huì)引發(fā)事故，當(dāng)然，效果低的原因也是有很多的，例如提升機(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?？梢园巡缓侠淼脑O(shè)計(jì)改進(jìn),例如外簧復(fù)位等。
(2)監(jiān)測(cè)的方法
在液壓站中監(jiān)測(cè)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)正常的監(jiān)測(cè),而且能夠掃描出殘余的壓比較高、閘瓦出現(xiàn)磨損等故障。
(3)可靠性的分析
提升機(jī)制動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是制動(dòng)器,主要的故障時(shí)制動(dòng)力矩不足。在碟形彈簧中，碟形彈簧所受的正壓力和制動(dòng)盤與閘瓦間的摩擦系數(shù)是決定制動(dòng)力矩的關(guān)鍵。制動(dòng)力不夠的原因有兩點(diǎn)：1閘瓦間摩擦的系數(shù)變小，2在制動(dòng)時(shí)正壓力失
1
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去作用。所以我們要對(duì)制動(dòng)器的日常維修和護(hù)理，這樣就可以保證它工作時(shí)的可靠性和安全性。
2
2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
液壓系統(tǒng)是非常重要的，它在整個(gè)礦井提升機(jī)設(shè)計(jì)里面是很重要的，我們可以由機(jī)器的作用、工作的要求和特點(diǎn)，先模擬出比較適當(dāng)?shù)囊簤合到y(tǒng)圖是它的工作，然后在通過(guò)計(jì)算得出液壓系統(tǒng)的各項(xiàng)基本參數(shù)，最后從眾多的元件當(dāng)中選取合適的液壓元件來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2.1 液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)
2.1.1 盤式制動(dòng)系統(tǒng)的組成
盤式制動(dòng)器由液壓控制系統(tǒng)、機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)以及配套的電控系統(tǒng)組成。圖2-1為盤式可控制動(dòng)裝置的組成及控制框圖。
圖2-1 盤式可控制動(dòng)裝置的組成及控制框圖
（1）機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)
機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的核心是制動(dòng)油缸、制動(dòng)盤和制動(dòng)閘瓦。制動(dòng)油缸非常重要，它的作用是為制動(dòng)提供需要的正壓力。制動(dòng)盤則可以產(chǎn)生制動(dòng)力矩。在液壓控制系統(tǒng)中有比例溢流閥，通過(guò)它可以控制制動(dòng)油缸中油壓的大小，即調(diào)整正壓力，便可以將制動(dòng)力矩的大小控制。制動(dòng)盤和制動(dòng)閘瓦的材料分別用16M n鋼和無(wú)石棉環(huán)保型閘瓦。
（2）液壓控制系統(tǒng)
液壓控制系統(tǒng)的主要作用是調(diào)節(jié)制動(dòng)油缸的工作油壓。液壓控制系統(tǒng)的作用很大，它能夠快速、安全的的完成升壓和降壓，很大程度上讓系統(tǒng)的性能得到了提升。它還采用了二級(jí)制動(dòng)回路，增強(qiáng)了制動(dòng)過(guò)程的安全性。
（3）電控系統(tǒng)
電控系統(tǒng)的原理是先將程序輸入，然后根據(jù)程序控制系統(tǒng)完成工作。該制動(dòng)裝置可以與礦井提升機(jī)通訊，在較遠(yuǎn)的地方也可操作。因?yàn)殚l瓦受到了磨損，所以閘瓦的間隙就會(huì)變大，一樣當(dāng)?shù)螐椈蛇^(guò)度疲勞的時(shí)候，閘瓦間隙也會(huì)變大、制動(dòng)力矩會(huì)變少。該系統(tǒng)有距離傳感器來(lái)隨時(shí)監(jiān)測(cè)，而且還有自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，可以保證及時(shí)的修復(fù)和調(diào)節(jié)，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
礦井提升機(jī)正在工作時(shí)，如果有突發(fā)狀況導(dǎo)致停電，那么就必須實(shí)施安全的制動(dòng)。為此，系統(tǒng)有備份的電源來(lái)保證安全:在電控系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)有UPS電源，保證了突然沒(méi)有電的情況下，仍然可以及時(shí)的通電，這種情況下，我們需要控制電磁閥，來(lái)慢慢的正常的較低油壓，對(duì)制動(dòng)力矩進(jìn)行好保護(hù)措施，使得在緊急情況下能夠及時(shí)安全的停車，防止發(fā)生意外，釀成不必要的慘劇。
2.1.2 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
圖2-2 液壓站原理圖
液壓站有工作和備用的電機(jī)油泵裝置共兩套，手動(dòng)開(kāi)啟換向閥8即可切換。安全的制動(dòng)部分是由電磁換向閥G3、G4、G5、G6，溢流閥13、減壓閥10和蓄能器14等構(gòu)成的。裝置7來(lái)是可以調(diào)節(jié)油壓的變化比例。比例溢流閥7是由帶比例電磁鐵的先導(dǎo)閥、主閥組成。根據(jù)礦井提升機(jī)的實(shí)際工作負(fù)荷，確定最大工作油壓Pmax，比例溢流閥上的安全閥可以設(shè)定最大的工作油壓。
具體的功能和原理如下：
（1）安全制動(dòng)部分的工作原理
為了提升機(jī)的正常工作，G3、G4、G5通電，G6斷電，壓力油通過(guò)G3、G4進(jìn)入盤形制動(dòng)器，使其開(kāi)閘。在這期間，壓力油經(jīng)過(guò)10，11，14，達(dá)到一級(jí)制動(dòng)油壓值P1級(jí)。
當(dāng)?shù)V井提升機(jī)有狀況發(fā)生，安全制動(dòng)部分將會(huì)安全制動(dòng)。具體工作原理為：
3停止轉(zhuǎn)動(dòng)，供油停止，G3、G4斷電，油壓降到0壓。游動(dòng)卷筒的制動(dòng)器壓力油經(jīng)過(guò)G4，一部分經(jīng)過(guò)13流回油箱，另一部分流到14內(nèi)。讓這部分油壓值始終穩(wěn)定在一級(jí)制動(dòng)油壓值P1級(jí)，稍等之后，G5將電源斷開(kāi)、G6獲得供電電，讓油壓以最快的速度減小到0壓，讓這部分盤形制動(dòng)器也很快的進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)。
正常工作時(shí)，工作油經(jīng)10、11進(jìn)入14，油壓降為P1級(jí)，使提升機(jī)在緊急制動(dòng)時(shí)，獲得了良好的二級(jí)制動(dòng)性能，其特性見(jiàn)圖2-3：
圖2-3 二級(jí)制動(dòng)油壓特性變化曲線
由圖可知：從A點(diǎn)降到B點(diǎn)，所需時(shí)間t0為盤形制動(dòng)器閘瓦的空行程時(shí)間；在固定卷筒中，當(dāng)盤形制動(dòng)器在制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，卷筒受到0.5制動(dòng)力矩；在游動(dòng)卷筒中，如上圖由B點(diǎn)至C點(diǎn)，制動(dòng)器的油壓降到一級(jí)制動(dòng)油壓P1級(jí)，t1時(shí)間之后便可到達(dá)D點(diǎn)，在這時(shí)提升機(jī)便停止運(yùn)行，電磁換向閥G5在一段時(shí)間后自動(dòng)斷電，G6在一段時(shí)間后通電，油壓P1減小到0壓（如圖從D點(diǎn)到E點(diǎn)），二級(jí)制動(dòng)便完成了。盤形制動(dòng)器把卷筒牢固地閘住，使其完全處于制動(dòng)狀態(tài)。
減壓閥10和溢流閥13可以調(diào)定一級(jí)制動(dòng)油壓值P1級(jí)。P1級(jí)油壓的設(shè)定要求是依據(jù)制動(dòng)的減速效果，通常情況下50%的Pmax值，可以說(shuō)一級(jí)制動(dòng)力矩是二級(jí)制動(dòng)力矩的75%。
另外，緊急制動(dòng)需要區(qū)分井中和井口，在提升井口減速開(kāi)關(guān)后設(shè)置電氣開(kāi)關(guān)（具體距離有用戶根據(jù)井架高度自行決定），該電氣開(kāi)關(guān)可以解除二級(jí)制動(dòng)，使G5立刻斷電、G6立刻通電，以防止出現(xiàn)過(guò)卷。
（2）調(diào)繩工作過(guò)程：
1）電磁鐵G1、G2、G3、G4、G5、G6斷電，盤形制動(dòng)器處于全制動(dòng)狀態(tài)。打開(kāi)通往調(diào)繩油缸的兩個(gè)截止閥開(kāi)關(guān)。
2）電磁鐵G2接入電流，壓力油進(jìn)入調(diào)繩離合器油缸離開(kāi)腔，這樣主軸和游動(dòng)卷筒便分離開(kāi)來(lái)。
3）電磁鐵G2、G3接入電流，便可以通過(guò)調(diào)節(jié)高度和繩子的長(zhǎng)度來(lái)達(dá)到預(yù)期的效果。調(diào)繩結(jié)束后，電磁鐵G3斷電，使固定卷筒處于制動(dòng)狀態(tài)。
4）電磁鐵G2斷電，G1通電，壓力油進(jìn)入調(diào)繩離合器油缸的合上腔，使游動(dòng)卷筒與主軸合上。
5）電磁鐵G1斷電，G1和G2所在電磁換向閥19處于中位，切斷了壓力油進(jìn)入離合器的油路，調(diào)繩過(guò)程到此結(jié)束。關(guān)閉兩個(gè)截止閥開(kāi)關(guān)。
（3）調(diào)整閘瓦間隙：
1）電磁鐵G3通電，G1、G2、G4、G5、G6斷電，游動(dòng)卷筒的盤形制動(dòng)器處于制動(dòng)狀態(tài)，壓力油進(jìn)入固定卷筒的盤形制動(dòng)器，它們呈開(kāi)閘狀態(tài)，可以調(diào)整此處的閘瓦間隙。
2）電磁鐵G4、G5通電，G1、G2、G3、G6斷電，固定卷筒的盤形制動(dòng)器處于制動(dòng)狀態(tài)，壓力油進(jìn)入游動(dòng)卷筒的盤形制動(dòng)器，它們呈開(kāi)閘狀態(tài)，可以調(diào)整此處的閘瓦間隙。
3）電磁鐵G4、G5斷電，制動(dòng)器處于全制動(dòng)狀態(tài)，等待下次開(kāi)車。
2.1.3液壓系統(tǒng)的調(diào)試
（1）安全制動(dòng)部分的調(diào)試
1）電磁閥G3、G4、G5通電，盤形制動(dòng)器油缸都進(jìn)入壓力油，油壓達(dá)到Pmax，觀察液壓站各閥之間，連接管路是有無(wú)滲漏現(xiàn)象，若有立即處理。并觀察盤形制動(dòng)器的動(dòng)作是否正常，把閘瓦間隙調(diào)整到規(guī)定值。
2）調(diào)節(jié)減壓閥10、溢流閥13、使蓄能器14油壓為P1，在此油壓值下使電磁閥G3、G4斷電，并通過(guò)調(diào)整電氣部分的時(shí)間繼電器，使電磁閥G5延時(shí)斷電，G6延時(shí)通電，這時(shí)固定卷筒的盤形制動(dòng)器的油壓降到零，達(dá)到全制動(dòng)狀態(tài)。畫(huà)出游動(dòng)卷筒油壓―時(shí)間特性曲線，根據(jù)曲線特性，微調(diào)P1值。一級(jí)制動(dòng)油壓值P1由減壓閥10和溢流閥13配合調(diào)定，減壓閥10調(diào)定壓力要比溢流閥13小0.2～0.36MPa。一級(jí)制動(dòng)延時(shí)時(shí)間t由電控部分的延時(shí)繼電器來(lái)調(diào)定。
3）調(diào)節(jié)減壓閥10、溢流閥13，使蓄能器14油壓等于某一P1值，在此條件之下，調(diào)整電氣部分，可以分別延長(zhǎng)時(shí)間1、2、3、……9、10S，這樣可以切斷G3、G4的電源，G5一段時(shí)間后斷電，G6一段時(shí)間后通電，讓固定卷筒的盤形制動(dòng)器的油減小到0，便會(huì)處于全制動(dòng)狀態(tài)。畫(huà)出油壓―時(shí)間特性曲線。從中選擇合適的延時(shí)時(shí)間。
4）各電磁閥接線時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照液壓站的電控原理圖和接線圖進(jìn)行。而且不能將直流閥和交流閥接錯(cuò)，不然會(huì)燒掉電磁鐵。
（2）調(diào)繩部分的調(diào)試
調(diào)試時(shí)要注意安全，電器的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)要扳倒調(diào)繩的位置，然后依次照之前做描述的步驟來(lái)調(diào)試。調(diào)試完畢后，需要把電氣轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)扳回到原來(lái)的位置。
（3）連鎖要求：
為了確保使用過(guò)程中安全、可靠，各個(gè)液壓閥件還必須嚴(yán)格滿足連鎖要求。
1）安全制動(dòng)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)向閥G3、G4必須斷電；油泵電機(jī)、比例調(diào)壓裝置也斷電，電磁換向閥G5延時(shí)斷電，電磁換向閥G6延時(shí)得電，以保證二級(jí)制動(dòng)特性。提升容器工作到井口的時(shí)候，電磁換向閥G5應(yīng)當(dāng)立即切斷電源，G6必須馬上獲得電源，沒(méi)有時(shí)間推后的要求，以免發(fā)生過(guò)卷。
2）在斜面操作臺(tái)上，油泵電機(jī)必須有單獨(dú)的開(kāi)啟開(kāi)關(guān)。正常工作時(shí)，油泵電機(jī)應(yīng)一直通電運(yùn)轉(zhuǎn)，若停車時(shí)間超過(guò)30分鐘以上者應(yīng)將電機(jī)、各電磁閥件斷電。
3）長(zhǎng)期使用，若濾油器6被堵塞，油泵側(cè)的油壓升高到一定數(shù)值時(shí)，裝置在該濾油器上的壓差發(fā)訊器動(dòng)作，操作臺(tái)上的指示燈亮。若提升容器在井中，等提到地面上后，停止運(yùn)行，更換新的濾芯。濾芯更換后，才允許繼續(xù)進(jìn)行。
4）對(duì)雙筒提升機(jī)在調(diào)節(jié)水平時(shí)，應(yīng)有如下連鎖要求：
①、需要調(diào)節(jié)水平時(shí)，司機(jī)必須將操作臺(tái)上的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)扳到調(diào)繩工作位置。此時(shí)，電磁鐵G3、G4、G5、G6均應(yīng)斷電。
②、電磁鐵G2通電，壓力油進(jìn)入調(diào)繩離合器油缸的離開(kāi)腔，合上腔回油，外齒輪往外移動(dòng)，調(diào)繩連鎖裝置的電氣開(kāi)關(guān)Q1斷開(kāi)，此時(shí)電磁鐵G1、G3、G4、G5、G6不準(zhǔn)通電，直到電氣開(kāi)關(guān)Q2被外齒輪碰上后，發(fā)出離合器全部離開(kāi)的信號(hào)，此時(shí)只允許電磁鐵G1、G3通電（但還未通電）。
③、電磁鐵G3通電，G4、G5、G6仍斷電，此時(shí)，司機(jī)可以轉(zhuǎn)動(dòng)固定卷筒進(jìn)行調(diào)節(jié)水平。
④、水平調(diào)節(jié)完畢，電磁鐵G1通電，G3、G4、G5、G6斷電，壓力油進(jìn)入調(diào)繩離合器油缸的合上腔，離開(kāi)腔回油，外齒輪向合上方向移動(dòng)，調(diào)繩連鎖裝置的電氣開(kāi)關(guān)Q2斷開(kāi)，等離合器合上，電氣開(kāi)關(guān)Q1合上，將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)扳到正常開(kāi)車位置。此時(shí)，調(diào)繩連鎖全部解除。
2.2液壓系統(tǒng)的計(jì)算和液壓元件的選擇
2.2.1液壓泵的計(jì)算與選擇
（1） 確定泵的最大工作壓力
泵的壓力的確認(rèn)。想到到正常的工作當(dāng)中進(jìn)油管路會(huì)有壓力損失，所以泵的工作壓力為：
PP=P+∑ΔP (2-1)
式中 PP--液壓泵最大工作壓力;
P--液壓缸最大工作壓力;
∑ΔP--進(jìn)油路上管路的總沿程損失;
∑ΔP =∑ΔPλ+∑ΔP ζ+∑ΔP ν
∑ΔPλ--進(jìn)油路上管路的總沿程損失
∑ΔP ζ--進(jìn)油管路上的總局部損失
∑ΔP ν--進(jìn)油路上閥的總損失
首先，我們要選定液壓元件并且畫(huà)出分布圖，這樣才能夠準(zhǔn)確的算出∑ΔP的值 。初算時(shí)，可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選?。寒?dāng)管路簡(jiǎn)單或有調(diào)速閥調(diào)速時(shí)，取SDP=（0.2～0.5）MPa；當(dāng)管路復(fù)雜或有調(diào)速閥調(diào)速時(shí)，取∑ΔP=（0.2～0.5）MPa；當(dāng)管路復(fù)雜或有調(diào)速閥調(diào)速時(shí)，取∑ΔP=（0.5～1.5）MPa。
所以PP=P+∑ΔP=（5.43+1.5）MPa=6.93MPa
（2）泵的流量確定。
1）當(dāng)泵處于制動(dòng)狀態(tài)的時(shí)候，活塞桿自動(dòng)探出，《煤礦安全標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定空動(dòng)時(shí)間0.2s，活塞運(yùn)動(dòng)的范圍稱為閘瓦間隙，由國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)初定閘瓦間隙Δ=1mm。
圖2-4制動(dòng)器受力分析圖
盤閘制動(dòng)閘瓦從全開(kāi)閘狀態(tài)到貼閘狀態(tài)時(shí)，液壓站的油壓慢慢降低，制動(dòng)盤受力如圖2-4，活塞桿的伸出速度v=1/0.2=5mm/s，經(jīng)過(guò)0.2s后，閘瓦和閘盤正好碰在一起，閘瓦與制動(dòng)盤處于還未連接的臨界狀態(tài)，制動(dòng)器內(nèi)的油壓變成貼閘油壓，即：
Pi= (2-2)
在公式中： Pi----鐵閘油壓；
K-----碟簧壓縮量，剛好貼上時(shí)Δ=0.89mm；
Fz----制動(dòng)器內(nèi)活塞與缸體的運(yùn)動(dòng)阻力；
A-----缸體有效工作面積
Pi===4.8MPa
2）松閘狀態(tài)時(shí)
帶式的輸送機(jī)系統(tǒng)開(kāi)始工作之前，務(wù)必要取消制動(dòng)效果，開(kāi)啟液壓站，將壓力油注入制動(dòng)器的工作腔中，推動(dòng)活塞使其壓縮蝶形彈簧，閘瓦與制動(dòng)盤分開(kāi)，變?yōu)樗砷l狀態(tài)。制動(dòng)器受力如圖2-4。
制動(dòng)閘瓦的力平衡方程為：
F=Fi+Fz-Fy
=K*Δ+Fz-P*A
式中 F---制動(dòng)正壓力
Fi---彈簧力
Δ---單個(gè)碟簧變形由0.89mm增加到1mm
Fy----工作腔內(nèi)油壓
在松閘的時(shí)候，當(dāng)有壓力P變大的時(shí)候，蝶型彈簧運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力和壓力慢慢的失效。不過(guò)Fi+Fz和Fy互相抵消的情況下，制動(dòng)時(shí)候正壓力為0，在此情況下，閘瓦和制動(dòng)盤的狀態(tài)還未脫離，開(kāi)閘油壓為：
Pk=
=4.8MPa
在液壓站中，當(dāng)油壓繼續(xù)上升的時(shí)候，彈簧的壓縮也越來(lái)越強(qiáng)。當(dāng)液壓站中油壓達(dá)到最大值Pmax
液壓缸儲(chǔ)油量為：
V=A×s (2-3)
式中 s—活塞桿的行程，初步定為為s=25mm
液壓缸儲(chǔ)油量隨著松閘油壓的增大而增大，s'為有桿腔活塞可運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度由設(shè)計(jì)得s'=10mm，開(kāi)閘所需油量V1
本設(shè)計(jì)的盤形制動(dòng)器共8副制動(dòng)閘，16個(gè)制動(dòng)油缸，全部松閘共需油量V2
暫定從開(kāi)始到最終開(kāi)閘為t=5S，則泵提供的制動(dòng)流量為qp
液壓泵的規(guī)格選擇需要從兩個(gè)方面入手：壓力和流量。根據(jù)以上算得的Pp查閱液壓元件產(chǎn)品樣本選擇CBF-E16型齒輪泵，因?yàn)镃BF-E16型齒輪泵的特點(diǎn)有體積小、重量輕、工作穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)等，使用齒輪泵的液壓制動(dòng)回路，結(jié)構(gòu)不會(huì)很復(fù)雜、修理簡(jiǎn)便、時(shí)間較長(zhǎng)、價(jià)位也很合適。其技術(shù)規(guī)格如下：
型號(hào)：CBF-E16 排量：16（ml/r） 額定壓力16(MPa） 最大壓力：20（MPa）
容積效率≥91% 總效率≥82%
2.2.2電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型
當(dāng)液壓系統(tǒng)載荷循環(huán)圖和流量循環(huán)圖比較平穩(wěn)時(shí)，電機(jī)功率為：
（2-4)
則
式中
Pp----液壓泵的最大工作壓力
Qp----液壓泵的流量
-----液壓泵的總效率
根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定功率和液壓泵的轉(zhuǎn)速，查設(shè)計(jì)手冊(cè)，選用Y系列1500r/min，該電動(dòng)機(jī)的牌號(hào)為：YB100L1-4型，其技術(shù)規(guī)格如下：
型號(hào)：YB100L1-4 功率：2.2kw 電流：15.4A 電壓：380V 額定轉(zhuǎn)速：1430r/min 效率：87%
Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)安裝形式有三種基本結(jié)構(gòu)形式：B3：基座帶底腳、端蓋上無(wú)凸緣的結(jié)構(gòu)型式。B5：基座不帶底腳、端蓋上帶大于基座的凸緣的結(jié)構(gòu)型式。B35：基座帶底腳，端蓋上帶大于基座的凸緣的結(jié)構(gòu)形式。本文采用的是B5型基座不帶底腳、端蓋上帶大于基座的凸緣的結(jié)構(gòu)形式。
2.2.3聯(lián)軸器的選型
液壓泵中有傳動(dòng)軸，它不可以承受徑向和軸向載荷，可是泵軸和電動(dòng)機(jī)軸又需要有很高的同軸度，所以我們通常情況下都會(huì)選擇彈性聯(lián)軸器的方法來(lái)連接。聯(lián)軸器的選擇要看轉(zhuǎn)矩的最大值才能合適的選擇。如果選擇不常見(jiàn)的軸端帶內(nèi)花鍵連接孔的同心，那么選取的主軸是花鍵的液壓泵。它們進(jìn)行組裝。如此一來(lái)既能夠保證兩軸同心，又能夠不使用聯(lián)軸器，縮減了泵組的尺寸。
由公式P額=Mω得
M=P額 /ω (2-5)
在式中 M--電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩
ω---電動(dòng)機(jī)的角速度ω=2×π×1430/60=149.67rad/s
M=P額/ω=2200/149.67=14.7N*m
根據(jù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，查閱資料，選用
LM2型梅花聯(lián)軸器
2.2.4液壓閥的選型
由上文擬定的液壓系統(tǒng)圖，液壓元件的規(guī)格的選擇需要通過(guò)各元件的最大流量和壓力來(lái)考慮。想到為了集成閥板簡(jiǎn)便，閥要盡可能選用一個(gè)系列，本設(shè)計(jì)中大部分元件為力士樂(lè)閥，選定的液壓元件如表2-1
表2-1 液壓閥選型表
2.3輔助元件的計(jì)算與選擇
2.3.1 蓄能器的選擇與安裝
（1）蓄能器的型號(hào)選擇
根據(jù)本設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)對(duì)壓力的要求所選蓄能器的型號(hào)為：NXQ1-L0.63/10-L-H，該蓄能器與減壓閥溢流閥相連。蓄能器的主要功能是在系統(tǒng)進(jìn)行二級(jí)制動(dòng)時(shí)，保持一級(jí)制動(dòng)時(shí)的油壓。蓄能器在接入系統(tǒng)前應(yīng)預(yù)先充氣，根據(jù)出廠技術(shù)文件規(guī)定及設(shè)計(jì)要求，充氮壓力為1.9MPa。當(dāng)系統(tǒng)油壓建立后，充氣內(nèi)膽隨油壓的增加而體積縮小，當(dāng)剛?cè)萜鲀?nèi)的油壓增加到最大值時(shí)（P1級(jí)制動(dòng)壓力2.7MPa），充氣內(nèi)膽體積縮至最小，則蓄能器充油量達(dá)到最大值，所以蓄能器的充油量與內(nèi)膽的預(yù)充氣量成反比，即內(nèi)膽充氣量愈小則蓄能器的充油量就愈大。
（2）蓄能器相關(guān)參數(shù)的計(jì)算
由本設(shè)計(jì)的要求，蓄能器的最高工作壓力為 P1=2.7MPa
蓄能器的最低工作壓力為 P2=2.5MPa
蓄能器的充氣壓力為 P0=1.9MPa
由前面的選型得知蓄能器的容積 V0=0.63L
由克拉-珀龍方程：
（2-6）
則 =0.443L，=0.479L
由此可知二級(jí)制動(dòng)時(shí)，進(jìn)入蓄能器的油量為0.036L。
上面的最高工作油壓是一級(jí)制動(dòng)時(shí)游動(dòng)卷筒制動(dòng)閘泄油一部分經(jīng)溢流閥回油箱，一部分充入蓄能器的，其壓力有溢流閥的調(diào)定壓力決定。最低工作油壓為減壓閥的調(diào)定壓力，即正常工作時(shí)，蓄能器的充油壓力。
當(dāng)系統(tǒng)采用二級(jí)制動(dòng)時(shí)，蓄能器吸收部分閘盤泄油能量，并保持P1級(jí)壓力直到延時(shí)時(shí)間結(jié)束，經(jīng)電磁換向閥G6，G5卸荷，此時(shí)盤閘為全部制動(dòng)力，將卷筒牢牢閘住【3】。
（3） 蓄能器使用要?jiǎng)t：
1）安裝要點(diǎn)
a、蓄能器應(yīng)就近安裝在對(duì)其服務(wù)的泵、缸、閥、馬達(dá)等元件附近，但不能妨礙巡回操作，還應(yīng)便于檢查、維修，要遠(yuǎn)離熱源。
b、由于活塞式蓄能器瞬時(shí)可以釋放出大量油液，安裝時(shí)最好使釋放方向和工作成一線。
c、裝在管路上的蓄能器承受著油壓壓力的作用，因此，必須有牢固的固定裝置，防止蓄能器從固定部位脫開(kāi)，引起事故。但不得用焊接方法來(lái)固定。
d、用于吸收液壓沖擊，壓力脈動(dòng)和減低噪音的蓄能器，應(yīng)盡可能靠近震源處。
e、使用蓄能器的系統(tǒng)與液壓泵間應(yīng)安裝單向閥，以防止液壓泵停止時(shí)，蓄能器的壓力油倒流而使液壓泵反轉(zhuǎn)。
f、蓄能器與系統(tǒng)管路之間應(yīng)安裝截止閥，以供充氣、檢查、維修使用。
2）使用注意事項(xiàng)
a、 蓄能器屬于壓力容器，應(yīng)執(zhí)行壓力容器使用規(guī)定，不能在蓄能器上進(jìn)行焊接，不許敲打。
b、在有壓狀態(tài)下，不得拆卸；在安裝拆卸前，應(yīng)把內(nèi)部的氣液安全放掉。
c、蓄能器絕對(duì)禁止充氧氣，以免引起爆炸。
d、蓄能器不能充空氣，空氣壓縮后水蒸氣析出引起銹蝕，損傷密封件和蓄能器孔壁。
e、在正常工作情況下，最多每隔六個(gè)月要檢查一次壓力，保證經(jīng)常保持的預(yù)壓力。
f、長(zhǎng)期停止使用前應(yīng)截止蓄能器油口與管路系統(tǒng)間的截止閥，保持蓄能器內(nèi)的油壓在充氣油壓以上，以便下一次的重新開(kāi)車、使用。
2.3.2過(guò)濾器的選型
選擇濾油器時(shí)，主要考慮濾油器的通流能力、過(guò)濾精度和承壓能力。濾油器的通流能力，一般應(yīng)為液壓泵流量的兩倍以上。過(guò)濾器的過(guò)濾精度，主要取決于液壓系統(tǒng)所用元件的類型、系統(tǒng)壓力的高低以及濾油器的安裝位置。選擇濾油器的過(guò)濾精度時(shí)可參照下表2-2~2-4
表2-2 液壓元件的過(guò)濾精度要求（um）
表2-3 液壓系統(tǒng)壓力對(duì)過(guò)濾精度的要求（um）
表2-4 安裝部位對(duì)過(guò)濾精度的要求（um）
根據(jù)本設(shè)計(jì)要求選用的濾油器如下表2-5所示
表2-5 過(guò)濾器的性能參數(shù)
2.3.3管道
在液壓傳動(dòng)裝置中，常用的管子有鋼管、銅管、膠管、尼龍管和塑料管等。
鋼管能承受較高的壓力，價(jià)廉；但彎制比較困難，彎曲半徑不能太小，多用在壓力較高、裝配位置比較方便的地方。一般采用無(wú)縫鋼管，當(dāng)工作壓力小于1.6MPa時(shí)，也可用焊接鋼管。
紫銅管能承受的壓力較低（p≤6.3~10MPa），經(jīng)過(guò)加熱冷卻處理后，紫銅管軟化，裝配時(shí)可按需要進(jìn)行彎曲；但價(jià)格貴且抗震能力較弱。
尼龍管用在低壓系統(tǒng)；塑料管一般只做回油管用。
膠管用作聯(lián)接兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件之間的管道。膠管分高低壓兩種。高壓膠管顧名思義，能夠在壓力比較高的回油路中工作，它的主要部分是鋼絲編織體或者鋼絲纏繞體。低壓膠管顧名思義，能夠在壓力比較低的回油路中工作，它的主要部分是由麻線或者棉線編織體組成的。因?yàn)槟z管的生產(chǎn)很不容易，而且造價(jià)非常高，所以不到萬(wàn)不得已時(shí)盡量不要使用。
根據(jù)本設(shè)計(jì)具體情況，選用通徑為12、8的管路。
液壓泵的吸油管和系統(tǒng)的回油管是系統(tǒng)的主管路，要分別進(jìn)入隔板隔開(kāi)的吸油區(qū)和回油區(qū)，管端應(yīng)加工成朝向內(nèi)壁的45°斜口，這樣既可以增加開(kāi)口面積，又有利于沿箱壁環(huán)流。為了防止從吸油管吸入空氣，以免攪動(dòng)或吸入箱底沉積物，管口上緣至少要低于最低液面75mm或2倍管徑，管口下緣至少離開(kāi)箱底最高點(diǎn)50mm。吸油管口與油箱側(cè)壁距離應(yīng)大于吸油管徑的3倍?；赜凸芄芸谥辽僖陀谧畹鸵好?00mm，與油箱底面距離應(yīng)大于2~3倍回油管徑。
3盤式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算
比較前腔式盤式制動(dòng)閘與后腔式盤式制動(dòng)閘的優(yōu)缺點(diǎn)，可知后腔式盤式制動(dòng)閘安全可靠性更高，故本文進(jìn)行后腔式盤型制動(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3-1），設(shè)計(jì)其盤式制動(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3-4。
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。
表3-1JK系列單繩纏繞式提升機(jī)基本參數(shù)
3.1盤式制動(dòng)器的計(jì)算條件
有表3-1可知提升機(jī)盤式制動(dòng)器計(jì)算的原始數(shù)據(jù)如下
提升機(jī)卷簡(jiǎn)半徑R=1.25m
提升機(jī)最大靜張力差Qcmax=53.9W
閘瓦與閘盤的摩擦系數(shù)μ=0.37
制動(dòng)器的摩擦半徑 Rz=1.40m
3.2盤式制動(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：
（3-2）
下放重載時(shí)的制動(dòng)減速度:
（3-3）
式中
a一提升重載時(shí)的制動(dòng)減速度,m/s2;
a一下放重載時(shí)的制動(dòng)減速度,m/s2,
Mz一提升機(jī)制動(dòng)力矩,,Nm;
MJ一提升系統(tǒng)最大靜力矩,Nm,
Σm一提升系統(tǒng)變位質(zhì)量,kg;
R一提升機(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Mz=KMj,提升系統(tǒng)最大靜力
矩為
MJ=QcmaxR,則Mz=KQcmaxR
式中: Qcmax提升鋼絲繩實(shí)際最大靜張力差,N。 由此可得:
K≤asM-1 （3-4）
K≥axM+1 （3-5）
令K=5M-1和K=1.5M+1,繪制M-K關(guān)系曲線,如圖3-5所示:
圖3-5質(zhì)量模數(shù)與制動(dòng)力矩的關(guān)系
有圖3-5知：
（1）提升系統(tǒng)質(zhì)量模數(shù)M越大,則滿足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）當(dāng)M>1. 33時(shí),K的取值必須要比3大,如上圖陰影部分CDEF,這時(shí)能夠在這個(gè)陰影區(qū)間來(lái)確定K的值
（3）當(dāng)0. 8≤M≤1. 33,那么滿足1. 5≤a≤5m/s2時(shí)的K的取值為K=3;
（4）當(dāng)0. 57
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