提升机制动系统(液压盘式制动器)设计.doc
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1、前 言制动系统是矿井提升机的重要组成部分,制动系统的可靠性直接影响矿井提升设备的安全运转。它由制动器和传动机构组成,是依靠直接作用于制动轮或制动盘上的制动力矩来进行控制并调节制动力的机构。由于某些原因,没有上传完整的毕业设计(完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸CAD/PROE、中英文文献及翻译等),此文档也稍微删除了一部分内容(目录及某些关键内容)如需要的朋友,请联系我的叩扣:2215891151多绳摩擦提升机具有体积小、质量轻、安全可靠、提升能力强等优点,适用于较深的矿井提升。本文针对JKMD型( 4.5米 4多绳摩擦轮)提升机,对其制动系统进行设计。在对提升机的制动器选型过程中,因盘式制
2、动器是近年来应用较多的一种新型制动器,它以其独特的优点及良好的安全性能被广大用户认可,特别是在结合了液压系统和PLC 控制之后,液压系统和PLC 超强的控制性能为盘式制动器的应用提供了巨大的工作平台。制动盘的制动力,靠油缸内充入油液而推动活塞来压缩盘式弹簧来实现。液压盘式制动器作为最新一种制动器,具有许多优点,所以它在现代多种类型提升机中获得广泛的应用。它具有制动力大、工作灵活性稳定、敏感度高等特点,对生产安全具有重要意义。 目 录摘 要1第1章 矿井提升机概述11.1 提升机的定义11.2 提升机的分类11.2.1 按用途分11.2.2 按拖动方式分11.2.3 按提升容器类型分11.2.4
3、 按井筒的倾角分21.2.5 按提升机类型分21.3提升机型号的选用9第2章 提升机的设计计算(4.5米4多绳摩擦轮)102.1 工作参数112.2 速度图122.3 变位重量142.4 力图142.5 等效力:172.6 启动力矩与等效力的比例:172.7 有效功率:172.8电机最大轴功率及选型:172.9液压站工作原理182.9.1 提升机液压站系统182.9.2 液压站系统原理图如图2-6所示:192.9.3 控制电路图如图2-7所示:20第3章 提升机制动装置的结构设计223.1 提升机的制动装置的功用、类型223.1.1 制动装置的功用223.1.2 制动装置的类型233.2制动器
4、的设计类型233.3 制动装置的有关规定和要求243.4 提升机制动器主要类型263.4.1 块式制动器263.4.2盘式制动器283.5 盘式制动器的结构及工作原理293.5.1盘式制动器的布置方式293.5.2盘式制动器的结构303.6 制动器的设计计算313.6.1 确定在工作状态下所需要的制动力313.6.2 确定制动器数量393.6.3 碟型弹簧的选型计算443.6.4 制动器液压缸的结构与设计计算503.7 制动器的强度校核603.7.1制动力整定计算603.7.2 液压站油压整定计算63第4章 制动器的工作可靠性评定654.1 盘式制动器的安装要求及调整654.1.1 盘式制动器
5、的要求(包括零部件)654.1.2 盘式制动器闸瓦间隙的调整664.2制动器的故障模式及可靠性图框674.3制动器的优化设计及工作可靠性评定694.3.1 设计变量704.3.2 优化策略704.4制动器的维护可靠性评定72第5章 结论74致 谢75参考文献76摘 要目前我国许多煤矿矿井已经转向中、深部开采,矿井提升设备作为煤矿的关键设备,在矿井机械化生产中占有重要地位。制动器是提升机(提升绞车)的重要组成部分之一,直接关系着提升机设备的安全运行。多绳摩擦提升机具有体积小、质量轻、安全可靠、提升能力强等优点,适用于较深的矿井提升。本文针对JKMD型(4.5米4多绳摩擦轮)提升机,对其制动系统进
6、行设计。在对提升机的制动器选型过程中,因盘式制动器是近年来应用较多的一种新型制动器,它以其独特的优点及良好的安全性能被广大用户认可,特别是在结合了液压系统和PLC 控制之后,液压系统和PLC 超强的控制性能为盘式制动器的应用提供了巨大的工作平台。制动盘的制动力,靠油缸内充入油液而推动活塞来压缩盘式弹簧来实现。液压盘式制动器作为最新一种制动器,具有许多优点,所以它在现代多种类型提升机中获得广泛的应用。它具有制动力大、工作灵活性稳定、敏感度高等特点,对生产安全具有重要意义。关键词:提升机;多绳摩擦;制动器;设计;液压传动。AbstractCurrently many of our coal min
7、e 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, lig
8、ht 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 bra
9、kes 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 o
10、n 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,
11、high sensitivity; on production safety is of great significance.Keywords: Hoist; Multi-rope friction; Brake; Design; Hydraulic drive. 第1章 矿井提升机概述1.1 提升机的定义矿井提升机是矿井大型固定设备之一,它的主要任务就是沿井筒提升煤炭、矿石和矸石;升降人员和设备;下放材料和工具等。矿井提升设备是联系井下与地面的纽带,是主要的提升运输工具,因此它在个矿井生产中占有重要的地位。 1.2 提升机的分类1.2.1 按用途分(1) 主井提升设备主井提升设备的任务是专
12、门提升井下生产的煤炭。年产30万吨以上的矿井,主井提升容器多采用箕斗;年产30万吨以下的矿井,一般采用罐笼(立井)或串车(斜井)。(2) 副井提升设备副井提升设备的任务是提升矸石、废料,下放材料,升降人员和设备等。副井提升容器采用普通罐笼(立井)和串车(斜井)。1.2.2 按拖动方式分按提升机电力拖动方式分为交流拖动提升设备和直流拖动提升设备。1.2.3 按提升容器类型分分为箕斗、罐笼、串车等提升设备。1.2.4 按井筒的倾角分提升设备按井筒倾角可分为立井提升设备和斜井提升设备。立井提升时,提升容器采用箕斗或罐笼等.斜井提升时,提升容器一般采用矿车(串车)或斜井箕斗。串车提升适用于井筒倾角不大
13、于;斜井箕斗提升适用于井筒倾角在范围内。近年来大型斜井提升多采用胶带输送机。1.2.5 按提升机类型分(1) 单绳缠绕式提升设备单绳缠绕式提升设备目前大部分为直径圆柱型滚筒,在个别的老矿井,还有使用变直径滚筒(如双圆柱圆锥型滚筒)提升设备。1) KJ型(23m)和BM及JKA型单绳缠绕式提升机KJ(23m)型单绳缠绕式提升机是我国在19581966年生产的仿苏BM-2A型提升机,按滚筒个数来分,有单滚筒和双滚筒的提升机;按布置方式来分,有带地下室和不带地下室的提升机,可根据设计而选用,但二者技术性能完全相同。(A) KJ型(23m)提升机代号意义以KJ22.51.2D-20型为例说明如下: (
14、B) KJ型(23m)和BM型提升机的机构特点主要有:(a) 制动装置采用角移式块型制动器,重锤制动传动,油压操纵装置;(b) 双滚筒提升机采用手动涡轮涡杆式调绳离合器;(c) 减速器采用渐开线人字形齿轮传动;(d) 使用机械牌坊式深度指示器;(e) 设有机械限速器。(C) JKA型单绳缠绕式提升机是在KJ型提升机的基础上改进后制造的。JKA型双滚筒提升机在结构上具有下列特点:(a) 调绳装置即离合器为电动涡轮涡杆式离合器,因而调绳工作简便省力;(b) 采用综合式制动器,改善了闸瓦的磨损情况;(c) 液压站采用手动控制的低压电液调节阀和电磁铁控制的安全三通阀,分别对工作制动和安全制动进行控制;
15、(d) 减速器采用圆弧形人字齿轮传动,提高了减速器的承载能力,并减轻了重量。2) KJ型(46m)和HKM3型单绳缠绕式提升机苏联新克拉马托尔机械制造厂生产的HKM3型提升机的结构特点:(a) 滚筒采用焊接结构;(b) 采用气动齿轮式调绳离合器;(c) 制动器为新平移式块闸;(d) 采用压气制动传动装置;(e) 使用机械牌坊式深度指示器;(f) 减速器采用渐开线人字齿轮,有一级传动和二级传动两种;(g) 有电气限速器,还有机械限速器。我国现有煤矿矿井多数是按照五十年代的标准设计的,为了快出煤、多出煤,当时主要是建设中、小型矿井,并且首先开采浅部煤层。五十年代,我国的矿井提升设备主要是从苏联进口
16、的BM型产品和国产仿苏KJ型产品,设备的可选性小,主要是满足开采浅部煤层的需要。进入80年代以后,我国许多煤矿矿井已逐渐转向中深部开采,国家统煤矿矿井的平均深度已由200米延伸到400米,现在已达600米、1000米。根据国内外的实践经验,落地式摩擦提升设备,是在矿井延伸后使现有提升设备满足加大提升高度要求的行之有效的办法。(A) 主提升钢丝绳的选择(a) 钢丝绳的结构形式应优先选用三角股钢丝绳及线接触圆股钢丝绳,当由于供应原因,亦可以选用普通圆股点接触平行捻钢丝绳。钢丝绳公称抗拉强度宜选用1550帕。(b) 钢丝绳的安全系数根据煤矿安全规程规定,钢丝绳的安全系数应符合下式:升降人员和物料 升
17、降物料 式中 提升钢丝绳的悬垂长度,m。(c) 钢丝绳数目选择落地摩擦式提升机的钢丝绳树木以24绳为宜。(B) 尾绳的选择目前,绝大多数使用多绳摩擦式提升机的矿井,都由原来选用扁钢丝绳作平衡尾绳而改为使用圆股钢丝绳作平衡尾绳。新建的矿井,设计中也已全部选用圆股钢丝绳作平衡尾绳。这主要是因为扁钢丝绳生产效率低、供应困难。 (a) 主导轮直径D的确定根据煤矿安全规程规定,主导轮直径D应符合式:无导向轮 有导向轮 式中 主提升钢丝绳直径, mm;主导轮直径D除应符合上述规定外,还应按摩擦衬垫的许用比压q来校核,即: 式中 主导轮上升(重载)侧钢丝绳静张力,N; 主导轮下降(重载)侧钢丝绳静张力,N;
18、 q摩擦衬垫的许用比压,取q=; 主绳数目。根据经验,现有3米以下提升机改造后的主导轮直径D可取为: 滚筒直径(m) 主导轮直径(m) 2.0 2.02.25 2.5 2.52.8 3.0 3.03.25(C) 钢丝绳间距 (D) 天轮直径 (E) 钢丝绳在摩擦衬垫上的围包角当井深大于300米时,取: 如图1-1 (a)、(b)。当井深小于300米时,取: 如图1-1 (c)、(d)。图1-1 缠绕式提升机摩擦衬片上的包围角选择(2) 多绳摩擦式提升设备多绳摩擦式提升设备可分为塔式和落地式(KJM和JKMD型多绳摩擦轮提升机)。多绳摩擦提升机的井架一般多采用钢结构四斜腿井架。放绳挂罐后在主绳张
19、力水平分力作用下,使井架产生弹性变形、井架有倾斜现象。一般井筒采用冻结施工,井架基础随着井筒冻结层解冻变化。基础会产生少量下降。井架在受主绳张力作用下基础下沉不均衡也会使井架倾斜。由于井架倾斜、天轮轴心线相对位移,这种位移一般在投入使用初期产生,并渐渐逐于稳定。另外,天轮绳槽摩擦衬垫一般采用国内产品尼龙1010、进口K25,由于衬垫是磨损材料,从初期使用到更换之前,即剩余厚度为钢丝绳直径一半之前,提升绳落绳点向绞车房方向渐变位移,一般位置变化范围030mm。多绳提升机由于使用了数根钢丝绳代替一根钢丝绳。钢丝绳的直径变小了,摩擦轮的直径因而变小,但由于有多根钢丝绳,所以摩擦轮变为摩擦筒,宽度稍有
20、加宽。设采用n根钢丝绳,则多绳与单绳提升机钢丝绳直径间有如下关系: 同理,摩擦筒(主导轮)直径: 多绳摩擦提升机如图1-2所示:1主导轮 2天轮 3提升机钢丝绳 4提升容器 5尾绳图1-2 多绳摩擦提升机主轴装置的特点:它与缠绕式提升来代替木衬,由于摩擦提升是靠摩擦力来传递动力的,所以衬垫挤压固定在筒壳上。摩擦衬垫形成衬圈,其上再车出绳槽,初车时槽深为1/3绳径,槽距(即绳心距)约为绳径的10倍利用熟知的柔索欧拉公式可知,摩擦轮两侧钢丝绳拉力的极限比值为 式中 自然对数的底,等于2.71828; 钢丝绳对于摩擦轮的围包角; 钢丝绳与衬垫间的摩擦系数,通常取=0.2当钢丝绳拉力比大于上式右端所给
21、出的数值时,钢丝绳对摩擦轮产生相对滑动。为了避免这种滑动,两侧拉力不能达到其极限比值,而应有一安全系数,式改写为 若考虑防滑而加入防滑安全系数,则有 或者 式中防滑安全系数,如果式中和仅计及静力,则得防滑安全系数;如果计算和时考虑了惯性力的影响,则得动防滑安全系数。我国煤矿设计规范规定 有些国家不按拉力差来考虑防滑,而是把两侧的拉力比的极限值控制在1.5以内,即: 在某些特殊情况,例如进行紧急制动时,可能产生超前滑动,即钢丝绳的运动速度大于摩擦轮槽处的线速度,此时的防滑安全系数为 煤矿安全规程规定,紧急制动时不能产生滑动,即1。当下放重物进行紧急制动时,更容易继发性滑动。1.3提升机型号的选用
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