多繩摩擦提升機(jī)的設(shè)計【礦井液壓提升機(jī)】

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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 范圍內(nèi)。近年來大型斜井提升0253 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 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。 第 4 頁 共 36 頁 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： (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： (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； (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。 礦井液壓提升機(jī) 第 5 頁 共 36 頁 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 實踐經(jīng)驗，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 圓股點接觸平行捻鋼絲繩。鋼絲繩公稱抗拉強度宜選用 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。這主要是因為扁鋼絲繩生產(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 有導(dǎo)向輪 1 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 第 6 頁 共 36 頁 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，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，?。?0218 如圖 1-1 （a） 、 （b） 。 當(dāng)井深小于 300 米時，?。?07236a 如圖 1-1 （c） 、 （d） 。 圖 1-1 正 常 包 圍 角 a（ 井 深 大 于 30m） 特 殊 加 大 包 圍 角 a（ 井 深 小 于 30m） 礦井液壓提升機(jī) 第 7 頁 共 36 頁 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镣玻瑢挾壬杂屑訉?。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 多繩摩擦提升機(jī)如圖 1-2 所示： -主 導(dǎo) 輪2天 輪3-提 升 機(jī) 鋼 絲 繩4提 升 容 器5-尾 繩 第 8 頁 共 36 頁 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：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。為12F 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)，式改寫為 212()uae 若考慮防滑而加入防滑安全系數(shù) ，則有 12()(1)uaF 或者 12 uae 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1F2 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)范規(guī)定1F2 d .517di 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 礦井液壓提升機(jī) 第 9 頁 共 36 頁 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 際運行中的發(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 第 10 頁 共 36 頁 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。 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： (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，它以其獨特的優(yōu)點及良好的安全 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，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：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。 礦井液壓提升機(jī) 第 11 頁 共 36 頁 第2章 提升機(jī)制動裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1 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，全部機(jī)械的03 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 米每二次方秒，03 提升重載時的制動減速度不得大于自然減速度 。cA 第 12 頁 共 36 頁 = mcA(sincos),gf2s 式中 -重力加速度， m ；g2 -井巷傾角， （ ） ；0 -繩端載荷的運動阻力系數(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。 2.2 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)行了較大規(guī)模的改造。 2.2.1 塊式制動器 塊式制動器一般都是閘塊壓在提升機(jī)滾筒的制動輪上而產(chǎn)生制動力矩，出于閘塊與 制動輪的作用方式差別，塊式制動器有角移式、平移式和綜合式之分。 圖(a)是角移式塊閘的原理圖,兩個閘瓦塊始終繞基座上的固定鉸接點轉(zhuǎn)動，故名為角 移式。當(dāng)制動動力向上拉三角塊杠桿時，杠桿的聯(lián)動會產(chǎn)生連桿拉力，從而迫使塊閘壓 向制動輪，產(chǎn)生制動力；當(dāng)外動力使三角塊向下壓時，連桿的壓力則使塊閘分離開制動 輪，即達(dá)到松閘的目的。 圖(b)是常見平移式塊閘的原理圖，兩個閘瓦始終由一連桿在其中心鉸接，連桿的另一端 則與基座鉸接。兩個閘瓦塊的端頭用杠桿系統(tǒng)約束起來，在三角塊杠桿是上提作用下， 各連桿內(nèi)部的拉力使兩閘塊壓向制動輪，從而產(chǎn)生制動力；當(dāng) 三角塊杠桿下放時，各連桿內(nèi)部的壓力迫使閘塊與制動輪分離。由于閘塊是在連桿 礦井液壓提升機(jī) 第 13 頁 共 36 頁 轉(zhuǎn)動時壓向制動輪的，故閘塊是整體平移運動，故稱之為平移式。 圖(c)是綜合式閘塊的一種形式，由于閘塊與角移桿鉸接，又與基座連桿鉸接，故有 些相似于四連桿平行移動機(jī)構(gòu)，但閘塊壓向制動輪的運動都是靠角移杠桿帶動的，所以 綜合式塊閘是介于角移式和平移式之間的一種閘塊。 塊式制動器原理如圖 3-1 所示： 制動力源制動力源 工 作 制動 彈 簧工 作 制動 缸 安 全 制動 缸塊 式 制 動 器 力 學(xué) 原 理 圖（ a） 角 移 式 ； （ b） 平 移 式 ； （ c） 綜 合 式 (a)角移式；(b)平移式；(c)綜合式 圖 2-1 塊式制動器原理 2.2.2 盤式制動器 盤式制動器是為了克服塊式制動器的可靠性不高的缺點而發(fā)展的新型制動裝置，目 前國內(nèi)外生產(chǎn)的提升機(jī)或提升絞車都使用了盤式制動器.盤式制動器具有以下：制動力 矩可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，而且容易調(diào)整；制動系統(tǒng)空行程小、動作快、響應(yīng)速度快、 靈敏度高； 重量輕，外形尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊； 通用性好，可通過改變盤形閘的數(shù)量 來滿足不同絞車的制動要求；安全可靠性高，多副盤形閘同時工作，其中少數(shù)部分盤 形閘失靈或故障，其余完好盤閘一般仍可剎住絞車；而且傳動環(huán)節(jié)(如管路破裂失、壓斷 電等) 均可自動施閘。 盤式制動器都是依靠碟形的預(yù)壓縮恢復(fù)張力使閘塊壓向制動盤，從而產(chǎn)生制動力矩； 當(dāng)松閘時，向活塞腔內(nèi)注入壓力油，壓力油推動活塞后移并壓縮碟形彈簧，帶動閘瓦離 開制動盤，從而實現(xiàn)松閘。 第 14 頁 共 36 頁 目前國內(nèi)外提升機(jī)使用的盤式制動器形式多樣，主要有前腔式盤形閘，后腔式盤形閘單 缸雙作用盤形閘，以及鉗式盤形閘。 盤式制動器原理如圖 3-2 所示： 圖 2-2 盤式制動器原理圖 目前，國內(nèi)進(jìn)口的安全盤式制動器主要來自德國、法國。各國生產(chǎn)的盤式制動器原理上基本相同， 都是碟簧上閘、液壓松閘，高壓油通過液壓泵站產(chǎn)生，但是結(jié)構(gòu)上有些差異，從而性能也略有不同。 2.3 盤式制動器的結(jié)構(gòu)及工作原理 2.3.1 盤式制動器的布置方式 盤式制動器又稱盤型閘，它與閘塊不同，其制動力矩是靠盤瓦沿軸向兩側(cè)壓向滾筒 上的制動盤而產(chǎn)生的。為了使制動盤不產(chǎn)生附加變形，主軸不承受附加軸向力，因而盤 式制動器都成對地裝設(shè)使用，每一對盤式制動器叫做一副，如圖所示。根據(jù)所需制動力 矩的大小，一臺提升機(jī)可以同時布置兩副四副或更多副盤式制動器。 盤式制動器的布置方式如圖 2-3 所示： 礦井液壓提升機(jī) 第 15 頁 共 36 頁 A管 B管 A管 B管A管 B管（ a） (b)(c) 圖 2-3 盤式制動器的布置圖 2.3.2 盤式制動器的結(jié)構(gòu) 盤式制動器的結(jié)構(gòu)如圖所示。兩個制動油缸 3 位于滾筒制動盤的兩側(cè)，均裝在支座 2 上。支座 2 為整體鑄鋼件，一副盤式制動器通過支座及墊板 1 用地腳螺栓固定在基座上。 制動油缸 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。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 損或閘瓦與制動盤的間隙過大時，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 11.5mm 。柱塞 13 與銷子 14 的連接采用榫槽結(jié)構(gòu)，在擰動螺釘 7 時不致使柱塞 13 轉(zhuǎn)動，以便調(diào)整閘瓦間隙。壓向制動盤的制動力，由盤式彈簧產(chǎn)生。解除制動力，靠線 油缸內(nèi)充入油液而向右推動活塞 5，壓縮盤式彈簧來實現(xiàn)。 螺釘 12 是放空氣用的。在第一次向制動油缸 3 充油，或在使用中發(fā)現(xiàn)送閘的時間教 長時，可將放氣螺釘 12 旋松，把制動油缸中的空氣排出，以免影響制動油缸的正常工作。 塞頭 20 是排油用的。在使用中制動油缸可能有微量的滲油，因而要定期將塞頭 20 旋 開排油。在排油時，應(yīng)避免滲出的油玷污閘瓦及制動盤。 盤式制動器的結(jié)構(gòu)如圖 2-4 所示： 第 16 頁 共 36 頁 圖 2-4 盤式制動器的結(jié)構(gòu)圖 2.4 制動器的設(shè)計計算 滾筒直徑：4.55 米 2.4.1 確定在工作狀態(tài)下所需要的制動力 盤式制動器的基本參數(shù)如表 2-1 所示： 表 2-1 盤式制動器的基本參數(shù) 確定工作所需要的制動力 三角塊杠桿下放時，各連桿內(nèi)部的壓力迫使閘塊與制動輪分離。由于閘塊是在連桿 轉(zhuǎn)動時壓向制動輪的，故閘塊是整體平移運動，故稱之為平移式。 圖(c)是綜合式閘塊的一種形式，由于閘塊與角移桿鉸接，又與基座連桿鉸接，故有 些相似于四連桿平行移動機(jī)構(gòu)，但閘塊壓向制動輪的運動都是靠角移杠桿帶動的，所以 礦井液壓提升機(jī) 第 17 頁 共 36 頁 綜合式塊閘是介于角移式和平移式之間的一種閘塊。 圍包角 0183.74 (1) 工作參數(shù) 提升高度 59.米 提升速度（提物） 1/米 秒 有效載物（提物） 32.噸 (2) 超載計算 1) 質(zhì)量的確定 提升鋼絲繩懸垂長度： 提升時：在井下 162.4L米 在井上 3米 尾繩懸垂長度： 提升時：在井下 21.7L米 在井上 463米 主繩提升單位重量 9.08 千 克 /米 鋼絲繩根數(shù) 1Z 尾繩單位重量 4. 千 克 /米 繩數(shù) 2 鋼絲繩重量 S121233340.57.80.279ssLgZLgZS噸噸 噸 噸 噸 噸 (從主導(dǎo)輪到導(dǎo)向輪鋼絲繩重量)316.841噸 鋼絲繩重量 120.SU噸 第 18 頁 共 36 頁 有效載重 32.5N噸 空箕斗 40噸 2) 運行載荷 有載重 132.7aU噸 無載重 05b噸 3) 天輪主導(dǎo)輪電機(jī)轉(zhuǎn)子和聯(lián)軸節(jié)的變位重量計算 A、天輪 數(shù)量 Z=8 天輪直徑 4.6sd米 慣性矩 2975J噸 米 相對鋼絲繩中心的變位重量 241.8/sssJGd噸（ ） Z 個天輪的變位重量 14.9sGZ噸 B、主導(dǎo)輪 按鋼絲繩中心計算的主導(dǎo)輪直徑 .5dT米 慣性矩 213J噸 米 變位重量 24.697/TGd噸（ ） 電機(jī)轉(zhuǎn)子慣性矩 21.J噸 米 變位重量 24.7/Md噸（ ） 4) 運動部分的重量如表 2-2 所示： 表 2-2 礦井提升機(jī)的部分工件重量 項目 有效載重（噸） 無效載重（噸） 鋼絲繩 1S23.1 23.1 鋼絲繩 222.9 22.9 礦井液壓提升機(jī) 第 19 頁 共 36 頁 有效載荷 N32.5 32.5 提升容器 FWG40.25 40.25 天輪 sZ14.49 14.49 主導(dǎo)輪 T25.697 25.697 電機(jī)轉(zhuǎn)子 M5.494 5.494 滾筒與天輪之間繩 Ss4.211 208.89總重量 2 176.39 鋼絲繩滑動極限的計算： A、下降時加速度 21( FW)(1)sGSeUag 2 40.5.932.79.81(74(.6米 /秒 B、提升時加速 1122( F)()WsGSeUea g 2 40.5.9(32.79).81(74)(.). 米 /秒 C、空運行時加速度 123( F)()sGSeag 2 40.5.99.81(74)(.2). 米 /秒 圍包角 0183. 9e 表 2-3 鋼絲繩與摩擦輪包圍角基本參數(shù) 第 20 頁 共 36 頁 弧度 10.25 圍包角 角度 e 175 0.97 2.15 180 1.00 2.19 185 1.03 2.24 190 1.05 2.29 195 1.08 2.34 200 1.11 2.39 205 1.14 2.45 210 1.17 2.50 215 1.20 2.56 220 1.22 2.61 5) 相對于滾筒軸中心制動力的確定 A、運動制動力 制動安全系數(shù) 3FSUg倍 因此： 32.79816F最 小 千 牛 頓 下降時工作超載的情況所需要的制動減速度 1 2.5Ffgm米 /秒 所以： 2.5.08.93.781634FU最 小 千 牛 頓 工作制動所允許的最小制動力 F最 小 =963千 牛 頓 B、安全制動力 sch a、下降時減速度 ，制動力11schF 極限值 12.5sch米 /秒 米 秒 礦井液壓提升機(jī) 第 21 頁 共 36 頁 （鋼絲繩滑動極限）10.9 1schFmUg 極限值： .528.3.7981634千 牛 頓 123 0.9.2.sch千 牛 頓 千 牛 頓 b、提升時的加速度 減速度 ，制動力2sch2schF 極限值 （鋼絲繩滑動極限）0.9 21mUg . c、空載時加速度： 減速度 ，制動力3sch3schF 極限值 （鋼絲繩滑動極限） 32schmSUg .5176.390.818千 牛 頓 d、極限值 1634schschFKNF12323468059schsch千 牛 頓千 牛 頓千 牛 頓千 牛 頓 由于上述的要求不能被滿足，所以使用了安全制動器以保證對于所有的提升 機(jī)工作方式采用 的恒定減速度。21.5米 /秒 C、作為停車閘的安全制動器 （制動器安全系數(shù)）3SsFUg 第 22 頁 共 36 頁 因此： 32.798163SFUg千 牛 頓 2.4.2 確定制動器數(shù)量 (1) 確定使用 8SM7622 型盤式制動器 釋放空間：最小 1 毫米 最大 2 毫米（需要調(diào)節(jié)） 制動力發(fā)生器裝置的彈性拉力包括效率 最大釋放間隙 max14F千 牛 頓 最小釋放間隙 in0千 牛 頓 整個間隙釋放力 i8L千 牛 頓 活塞直徑 .5d厘 米 活塞面積 24LdA 26.7LA厘 米 制動盤直徑(mm)參數(shù)如表 2-4 所示： 表 2-4 制動盤直徑參數(shù) 制動器直徑尺寸 350 400 410 450 460 500 560 630 700 注：括號內(nèi)為非優(yōu)先選用尺寸 (2) 確定制動閘的數(shù)量 Z 工作制動閘所需要的制動力 min963F千 牛 頓 取min24.5.10FTB dZ10Z *制動裝置之規(guī)定 E27L41119 工作制動閘和安全制動閘可以作為停車制動使用，它們相對鋼絲繩中心的工作制動 力 和安全制動力FS5.0112496千 牛 頓 靜態(tài)安全系數(shù) 3.02.78FFSUg 礦井液壓提升機(jī) 第 23 頁 共 36 頁 在超負(fù)荷下降時，工作制動閘產(chǎn)生的制動減速速度為： 2219632.781./1.5/0FUgam米 秒 米 秒 (3) 安全制動控制器 安全制動閘使提升機(jī)在任何工作狀態(tài)下其減速度保持在 恒定不變，2./米 秒 這個值低于第一部分中使用鋼絲繩滑動的減速度。21.5/米 秒 制動控制器保證鋼絲繩有效直徑所需要的制動力。 準(zhǔn)確的減速度 1 2032.7981.54/schsFUgm米 秒 (4) 如果一個制動器發(fā)生了故障，根據(jù) TSA 超載運行的靜態(tài)安全系數(shù)3.976 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 2-5 所示： 表 2-5 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 空箕斗 減速度 sch 超載 U 質(zhì)量 m 安全制動力 schF 21.5米 /秒 32.7 噸 2089 噸 634 千牛頓 1schmUg 21.5米 /秒 32.7 噸 2089 噸 634 千牛頓 1schmUg 21.5米 /秒 02 噸 17639 噸 262 千牛頓 2schmUg 1) 工作制動 工作制動的制動力 968720FKN 靜態(tài)安全系數(shù) .1532.SUg 下降時的減速度 2187.98 .64/0Fam米 秒 2) 用作固定閘的安全制動閘 制動力 2FSKN 第 24 頁 共 36 頁 靜態(tài)安全系數(shù) 2.715FS 3) 在安全制動的情況下制動控制器能對制動器的故障進(jìn)行補償。根據(jù)第三節(jié)計算， 下降運行時，安全制動所需要的最大制動力為 634 千牛頓，由于她比總的有效制動力 872 千牛頓要小，它可以由制動控制器進(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)安全制動力，使它達(dá)到第 3 節(jié)中對下21.5/米 秒 降運行計算得到的保險制動力 ，這樣它才能正?？刂啤?34schFKN 利用恒定制動力可以得到如下的減速度值如表 3-6 所示： 表 2-6 在恒定制動力下提升的減速度 工作狀態(tài) 下降負(fù)載 提升負(fù)載 空載 超載 U 質(zhì)量 m 安全制動閘的制 動力 1schF 減速度 1scha 32.7 噸 20889 噸 634 千牛頓 12 .5schFUgm米 /秒 32.7 噸 20889 噸 634 千牛頓 12 4.57schFUgm米 /秒 02 噸 17639 噸 634 千牛頓 213.6schFUgm米 /秒 在液壓裝置中，產(chǎn)生所需要的恒定剩余壓力計算如下： （鋼絲繩有效直徑的安全制動力）634schFKN2634.571.910TscsBdPKNZ 根據(jù)下圖的壓力/制動力曲線可以發(fā)現(xiàn)對制動力 ，其剩余壓.schP 壓力/制動力曲線如表 2-7 所示： 表 2-7 壓力/制動力曲線 礦井液壓提升機(jī) 第 25 頁 共 36 頁 箕 斗 提 升 機(jī)制 動 釋 放 間 隙 的 調(diào) 定 值制 動 控 制 器 停 車上 的 剩 余 壓 力 制 動 力 傳 動 裝 置的 制 動 力千 牛 頓 ，蓄能器壓力= 。7.2aschPM4.8aP 釋放間隙 1 毫米，制動器的制動力有 4MPa 到 。7.6schMPa 盤式制動器的性能參數(shù)包括制動力矩、彈簧剛度、液壓站油壓等。另外制動器的強 度參數(shù)還有支架強度、螺栓強度、液壓缸強度等。 第 26 頁 共 36 頁 第 3 章 制動器的工作可靠性評定 3.1 盤式制動器的安裝要求及調(diào)整 3.1.1 盤式制動器的要求（包括零部件） （1）盤式制動器應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，并按照經(jīng)規(guī)定程序批準(zhǔn)的圖樣及技術(shù)文件制造； （2）盤式制動器應(yīng)符合煤礦安全規(guī)程的規(guī)定； （3）配套件應(yīng)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)文件的規(guī)定； （4）凡本標(biāo)準(zhǔn)未予規(guī)定的鑄、鍛、焊、加工和裝配等通用技術(shù)要求，均應(yīng)符合現(xiàn)行 國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)； （5）閘瓦的技術(shù)性能應(yīng)符合JB3721-84中第2章的規(guī)定； （6）碟形彈簧的工作極限負(fù)荷、工作極限負(fù)荷下的變形量、在I點的計算應(yīng)力及強壓 處理負(fù)荷等主要技術(shù)參數(shù)應(yīng)符合JB3812-84中1.3的規(guī)定，技術(shù)要求應(yīng)符合 B3812-84中第 2章的規(guī)定； （7）產(chǎn)品應(yīng)裝設(shè)放氣裝置； （8）產(chǎn)品裝配后，活塞和閘瓦在設(shè)計油壓下應(yīng)同時動作，不應(yīng)有爬行、卡住現(xiàn)象； （9）在無負(fù)荷條件下，盤形制動器活塞最低動作壓力不得超 ；0.3aMP （10）在設(shè)計油壓下，盤形制動器閘瓦的行程與設(shè)計行程的差值不得大于設(shè)計行程 的10% ； （11）產(chǎn)品裝配后在1.25倍設(shè)計油壓下保持10min，各密封處不顯油跡； （12）盤式形制動器油缸密封件壽命不低于3個月或提升4X10 次； （13）產(chǎn)品現(xiàn)場安裝、調(diào)整和試驗時，應(yīng)符合TJ 231(六)的有關(guān)規(guī)定。 3.1.2 盤式制動器閘瓦間隙的調(diào)整 裝配盤式制動器閘瓦時的有關(guān)要求和調(diào)整方法如下： （1）閘瓦與制動盤的間隙：新的為 1mm；使用中的不大與 2mm。安全規(guī)定閘盤偏 擺最大 15mm(規(guī)程要求 05 mm)。由于偏擺大造成閘開關(guān)誤動作，無法正常生產(chǎn)。經(jīng) 多次調(diào)試效果不理想，有的不得不降低動作范圍。 （2）安裝閘瓦時，應(yīng)首先檢查和實驗閘瓦襯板中部的孔和筒體上的銷子直徑，它們 的配合必須是滑動配合。如裝配時太緊，必須將襯板孔修刮，否則以后去下來是很困難 的。同時，將它們清洗后其滑動面要涂上防銹漆，以免銹死不易取出。 （3）為了使閘瓦獲得良好的摩擦接觸面，應(yīng)將試裝后的閘瓦取下，以襯板為基準(zhǔn)刨 削閘瓦，直到刨平為止。 （4）調(diào)整閘瓦間隙時，應(yīng)根據(jù)實際情況首先將兩個提升容器提至適當(dāng)?shù)奈恢茫ㄍǔ?礦井液壓提升機(jī) 第 27 頁 共 36 頁 是將固定滾筒所帶的重載容器放置于井底罐座上，或者將兩個空載的容器提升至井筒中 相遇的位置） ，用定車裝置將滾筒鎖住，然后向制動油缸充入壓力油，使盤型制動器處于 全松閘狀態(tài)，用塞規(guī)測量閘瓦與制動盤之間的間隙。測量閘瓦間隙，一般將閘瓦間隙調(diào) 整在 11.5mm 范圍內(nèi)。調(diào)整閘瓦間隙時，一副制動器的兩個閘瓦應(yīng)同時進(jìn)行。調(diào)整好后， 應(yīng)進(jìn)行閘的試運行，并重新測量閘瓦間隙，如有變化時應(yīng)進(jìn)一步調(diào)整。 （5）為了避免損壞活塞上的密封圈而產(chǎn)生的漏油現(xiàn)象，盤式制動器在安裝或大修后 第一次調(diào)整閘瓦間隙時，必須首先將調(diào)整螺栓向前擰入，使閘瓦與制動盤貼合，然后分 三級進(jìn)行調(diào)整：第一次充入等于最大工作油壓值的 1/3 的油壓，制動器盤式彈簧受油壓作 用被壓縮一個距離，隨之將調(diào)整螺栓向前擰入一些，推動閘瓦向前移，直到與制動盤相 貼合；第二充入最大工作油壓值的 2/3 的油壓，調(diào)整方法與第一次相同；最后充入最大工 作油壓值油液，調(diào)整到使閘瓦與制動盤保持 1mm 間隙為止。 （6）更換閘瓦時要注意不要全部換掉，那樣會造成由于新閘瓦接觸面積小而影響制 動力距，應(yīng)逐步地交替更換，即先更換一副制動器的兩個閘瓦，讓它們工作一段時間， 使其接觸面積達(dá)到要求之后，再更換另一副制動器的閘瓦。這樣既保證提升機(jī)運行的安 全，又不影響礦井生產(chǎn)。 提升機(jī)的安全運行，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，需要更新彈簧才能 使制動器可靠性達(dá)到原有的水平。從廣義可靠性理解，盤式制動器又含有可維修因素， 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 性是有制動器設(shè)計制造及材料等因素所決定的，在制動器產(chǎn)品出廠時便已明確；使用可 靠性則是安裝、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際運行中的 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，制動器的實際可靠性依然不會高。 制動器的固有可靠性和使用可靠性的串聯(lián)乘積，體現(xiàn)了制動器的工作可靠性，即： WIAR 式中 制動器的工作可靠性；WR 制動器的固有可靠性；I 制動器的使用可靠性。A 3.2 制動器的故障模式及可靠性圖框 提升機(jī)制動器的故障，是指制動器未能達(dá)到設(shè)計規(guī)定的要求(如制動力矩不足或制動 減速超限) ，因而完不成規(guī)定的制動任務(wù)或完成的不好。盤式制動器有許多故障，但并不 第 28 頁 共 36 頁 是所有故障都會造成嚴(yán)重后果，僅是其中一些故障會影響制動器功能或造成事故損失。 因此，在分析制動器故障的同時，還需要對故障的影響或后果進(jìn)行評價，這稱為故障模 式和影響分析(FMEW) 。 制動系統(tǒng)中包括功能件、組件和零件。所謂功能件是指由幾個到幾百個零件組成的， 具有獨立功能的子系統(tǒng)，例如液壓站、盤閘、控制臺；組件是由兩個以上的零部件構(gòu)成 的并在子系統(tǒng)中保持特定功能的部件，如電磁閥、電液調(diào)壓裝置；零件是指無法繼續(xù)分 解的具有設(shè)計規(guī)定的單個部件。一般情況下，零件故障都可能導(dǎo)致制動器的故障。 制動系統(tǒng)的故障模式通?？蓮乃膫€方面考慮；運行過程中的故障，規(guī)定時間內(nèi)無法 啟動，預(yù)定時間內(nèi)無法停車，制動能力降級或受阻。制動系統(tǒng)的各類故障大致表現(xiàn)為如 下： (1)閘瓦間隙超限； (2)制動器漏油； (3)活塞卡死； (4)彈簧疲勞或斷裂； (5)閘瓦貼閘比良； (6)閘瓦不松閘； (7)殘壓過高； (8)最大油壓過低； (9)油壓不穩(wěn)； (10)閘盤污染； (11)控制閘不靈； (12)電器故障； (13)制動力矩不足； (14)閘瓦不合閘； (15)閘瓦摩擦系數(shù)過低； (16)油溫超限。 顯然上述故障中的“ 閘瓦不合閘 ”和“制動力矩不足”等故障將直接引發(fā)制動器致命性故 障，應(yīng)倍加注意。近年在實際使用中，已多次發(fā)生盤式制動器剎不住車引發(fā)的“放大滑” 事 故，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。為保障盤式制動器的工作可靠性，現(xiàn)在已經(jīng)研制出盤式制動 器自適應(yīng)控制補償增壓裝置，能夠在制動器制動力矩意外降低而剎不住車時，補償制動 力矩，增大制動力，確保提升機(jī)安全停車，這種補償裝置已在一些提升機(jī)上使用。 對于像制動裝置這樣復(fù)雜系統(tǒng)，為了說明子系統(tǒng)間的功能傳輸情況，可用可靠性圖 框表示系統(tǒng)狀況。從圖框中可以清楚地看出系統(tǒng)、子系統(tǒng)與元件之間的層次關(guān)系，系統(tǒng) 及子系統(tǒng)之間的功能輸入、輸出、串聯(lián)和并聯(lián)關(guān)系。 盤式制動裝置的可靠性圖框如圖 3-1 所示 圖 3-1 制 RiFWRDbr&k/n副 閘 動器的可靠性圖框 彈簧可靠性； 摩擦可靠性； 維護(hù)可靠性； 電磁閥可靠性；tRFWRD 礦井液壓提升機(jī) 第 29 頁 共 36 頁 閘盤抗污染可靠性； 液壓站整定可靠性； 閘同步可靠性bRrRR 3.3 制動器的優(yōu)化設(shè)計及工作可靠性評定 從圖 4-1 可見，制動裝置各單元之間常常表現(xiàn)為串聯(lián)關(guān)系，只有液壓站的動力部分是 冷儲備關(guān)系，而多副盤閘的制動力矩則是表決狀態(tài)關(guān)系(或簡化為并聯(lián)關(guān)系)，這些復(fù)雜的 功能關(guān)系使制動裝置的可靠性評定比較復(fù)雜。在實際工作中，制動裝置可靠性評定分為 現(xiàn)場可靠性評定和理論可靠性評定?，F(xiàn)場可靠性評定是通過收集現(xiàn)場運行提升機(jī)的壽命 數(shù)據(jù)，對制動器的 MTBF、 和壽命分布做分析計算。顯然，現(xiàn)場可靠性評定是具有全面 性，方法簡單；而理論可靠評定則過于抽象，但卻有指導(dǎo)意義。 3.3.1 設(shè)計變量 圖 3-2 與制動鉗、制動盤和摩擦片相關(guān)的設(shè)計變量 液壓盤式制動器的優(yōu)化設(shè)計變量主要選擇影響上述優(yōu)化目標(biāo)的主要零部件的主要尺 寸參數(shù)，涉及手柄、制動泵、制動鉗、摩擦片和制動盤等， 制動鉗結(jié)構(gòu)參數(shù) 、qL ，見圖4-2； 制動盤結(jié)構(gòu)參數(shù) 、 ，見圖 4； 摩擦片結(jié)構(gòu)參數(shù) 、 、qDzpoDzhmpbiR 。mpoR 3.3.2 優(yōu)化策略 方案優(yōu)化在制動器開發(fā)中所處的位置及進(jìn)行方案優(yōu)化的主要流程見圖4-3(圖中虛框 為方案優(yōu)化階段) ，優(yōu)化計算平臺采用浙江大學(xué)機(jī)械設(shè)計研究所開發(fā)的廣義優(yōu)化系統(tǒng)平臺， 采用改進(jìn)的差分進(jìn)化(differential evolution，DE) 算法進(jìn)行優(yōu)化。DE算法是一種類似于遺傳 算法的進(jìn)化算法，但它不需要對變量進(jìn)行二進(jìn)制編碼，只有交叉和遺傳算子，沒有變異 算子，具有算法簡單、收斂性好和全局搜索能力強等優(yōu)點。DE算法4的基本過程如下： (1) 初始種群 種群規(guī)模N，最優(yōu)個體記為B。 優(yōu)化計算流程及在產(chǎn)品設(shè)計中的位置如圖4-3所示： 第 30 頁 共 36 頁 圖3-3 優(yōu)化計算流程圖 (2)種群進(jìn)化 對每個個體 ：隨機(jī)從種群中選 4個個體a 、b、c、d，計算它們之間iX 的差異量 ； 根據(jù)交叉率 CR決定進(jìn)行交叉或遺傳，()()abcdcdabcdD 其中交叉算子為新個體 ， ，這里F 為變異倍數(shù)，主要用來控制進(jìn)化速度；TaBD 種群更新，計算新個體 的適合度，如果優(yōu)于 ，則用 替換 ，否則保留 。iXTiXi (3)收斂條件 經(jīng)過N次進(jìn)化后結(jié)束，取最優(yōu)個體 B為最優(yōu)方案。 影響DE 優(yōu)化效果的控制參數(shù)主要是種群規(guī)模N、交叉率CR 和變異倍數(shù)F ，此外計算差 異量的個體數(shù)、種群更新策略和收斂條件對優(yōu)化效果也有較大的影響。 3.4 制動器的維護(hù)可靠性評定 我們從實踐中可以體會到，維護(hù)良好的制動器一般情況下都能夠發(fā)揮應(yīng)有的功能作 用，而維護(hù)不善的制動器則往往潛伏事故隱患。從制動器的故障模式分析不難看出，保 證制動器的固有可靠性的主要維護(hù)工作包括： (1) 制動閘瓦與閘盤間隙的調(diào)整； 礦井液壓提升機(jī) 第 31 頁 共 36 頁 (2) 閘盤污染控制； (3) 液壓站油壓整定及殘壓限制。 在以上三項維護(hù)工作中，若有一項維護(hù)工作未做好，都會影響制動器的可靠性發(fā)揮， 因此，維護(hù)可靠性是這三項單元的串聯(lián)組合，即： MbdhR 式中 閘瓦同步貼閘可靠性；bR 閘盤污染可靠性；d 液壓站殘壓可靠性。h 貼閘可靠性是指制動器所有制動閘同步貼閘的能力；若貼閘同步能力差，則制動力 矩達(dá)不到設(shè)計值，固有可靠性保障能力差。 閘盤污染可靠性指的是污染閘盤與閘瓦摩擦制動力矩不減值的能力；殘壓可靠性則是指 液壓站殘壓不超過規(guī)定值的能力。由于當(dāng)前維護(hù)工作和結(jié)構(gòu)設(shè)計中對盤閘污染都給予高 度重視，所以發(fā)生非人為污染的概率非常小。殘壓可靠性與液壓系統(tǒng)故障和電液閥調(diào)整、 閥彈簧的抗疲勞能力有關(guān)。因此，維護(hù)可靠性的重點在于閘瓦間隙調(diào)整而影響的貼閘可 靠性。 一般情況下，制動閘不同步的原因在于閘瓦間隙差別和油缸阻力差別。貼閘油壓的離散 程度能夠反映制動閘的貼閘可靠性，貼閘油壓越集中，同步貼閘數(shù)目越大，貼閘可靠性 也越高；反之，貼閘油壓愈分散，貼閘同步性愈差，貼閘可靠性也愈低。 若在合閘過程中，瞬時貼閘的閘瓦數(shù)為 ，則貼閘可靠性為ibRn 衡量貼閘可靠性高低的指標(biāo)可用每個瞬間貼閘可靠度的平均值來表達(dá)，即： 1biit 示中 貼閘序列樣數(shù)。tn 表 4-1 和表 4-2 是某礦主井和副井制動器貼閘可靠性統(tǒng)計，從中考核得主井制動器的 ，副井制動器的 ，這表明主井制動器的閘瓦貼閘同步性比副井要高。0.63bR0.469bR 主井制動器貼閘可靠性統(tǒng)計如表 3-1 所示 表 3-1 主井制動器貼閘可靠性統(tǒng)計 序列號 1 2 3 4 5 6 7 8 第 32 頁 共 36 頁 貼閘油壓，MPa 4.4 4.3 4.2 4.1 4.0 3.8 3.6 3.4 貼閘數(shù) 5 6 8 9 11 12 14 16 Rb 0.313 0.375 0.500 0.563 0.688 0.875 0.100 1.00 副井制動器貼閘可靠性統(tǒng)計如表 3-11 所示 表 3-2 副井制動器貼閘可靠性統(tǒng)計 序列號 1 2 3 4 5 6 7 8 貼閘油壓，MPa 4.8 4.7 4.6 4.5 4.4 4.3 4.2 4.1 貼閘數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 Rb 0.063 0.125 0.188 0.313 0.375 0.563 0.938 1.00 礦井液壓提升機(jī) 第 33 頁 共 36 頁 第 4 章 結(jié)論 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，制動力矩的不足是導(dǎo)致提升設(shè)備過卷、放大滑等事故的直接因素。制動裝置的 可靠性直接關(guān)系到提升機(jī)的安全運行。 我國許多煤礦礦井已經(jīng)轉(zhuǎn)向中、深部開采，多繩摩擦提升機(jī)適用于較深的礦井提升， 它具有體積小、質(zhì)量輕、安全可靠、提升能力強等優(yōu)點。本文針對 JKMD 型（ 4.5 米 4 多繩摩擦輪）提升機(jī)的制動裝置，通過了解制動器的結(jié)構(gòu)和工作原理，對其零部件如： 對制動器等進(jìn)行了設(shè)計和強度校核。 盤式制動器是近年來應(yīng)用較多的一種新型制動器，它以其獨特的優(yōu)點及良好的安全 性能被廣大用戶認(rèn)可。盤式制動器與其它類型制動器相比較，其優(yōu)點是：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；但其缺點也比較明顯：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。 盤式制動器所具有的優(yōu)點在相當(dāng)大的程度上可以滿足生產(chǎn)和安全的需要，所以它在現(xiàn) 代多種類型提升機(jī)中獲得廣泛的應(yīng)用，隨著盤式制動器發(fā)展的成熟，它的優(yōu)越性會越來 越明顯，市場前景廣闊。 第 34 頁 共 36 頁 致 謝 本論文是在導(dǎo)師王明軍的悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師淵博的專業(yè)知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài) 度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，寬以待人的崇高風(fēng)范，平易近人的人 格魅力對我影響深遠(yuǎn)。在六周的畢業(yè)設(shè)計中學(xué)到很多東西，使我樹立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、 掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。 本論文從選題到完成，每一步都會遇到一定的問題，但