某液压绞车带式刹车系统的设计计算

赵 坤，王道令

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

液压绞车广泛运用于海洋工程、建筑、水利工程、林业、矿山、码头等的物料升降或平拖，其刹车方式包括外抱式、内蹄式、盘式、带式等。带式刹车因其构造简单、制动力矩大，而应用得较多。但在设计过程中，往往因无法获得准确的数值，导致刹车力过大或过小，前者对绞车整体结构造成破坏，后者无法满足使用要求。

本文将对某液压绞车带式刹车系统主要部位的设计，做一个介绍。

1 主要参数

现有一台起重总质量为20 t的绞车，钢丝绳型号为6×19W+FC-36.0-1670（破断拉力FB=714 kN，公称直径d=36 mm），卷筒直径D1=800 mm(绳径比不小于16)，刹车轮毂直径D2=2 000 mm，刹车轮毂宽度为180 mm。

2 设计计算

2.1 刹车力的计算

刹车结构如图1所示。

图1 绞车刹车系统

试验静负载时，即最大刹车力时钢丝绳拉力为

刹车力为

刹车带紧边拉力为

代入数值，得

刹车带松边拉力

代入数值，得

式中，

μ为摩擦系数，这里选用无石棉刹车带，取0.35；

α为刹车带包角，假设角度为325°，在这里转化为弧度α=325×π/180。

2.2 刹车钢带的确定

刹车钢带采用Q235材质钢板，展开结构如图2所示。

图2 刹车钢带展开结构

其有效横截面积A直接影响刹车带抗拉强度，按刹车带所受最大拉力确定钢带外廓尺寸，钢带所受最大拉力为紧边拉力T1，许用拉应力取值

由此得出钢带最小横截面积为1 570 mm2。

由图2可知，

式中，

W为刹车带宽度，取150 mm；

d1为连接孔直径，取11 mm；

t为刹车钢带厚度；

代入数值，得

t=13.42 mm，取t=14 mm。

注：刹车钢带许用拉应力δ取值，直接影响到钢带厚度，取值不大于材质屈服点应力，视设备使用工况而定。

2.3 刹车连接销轴的确定

刹车带紧边连接销轴受力最大，材质选用45号钢，许用剪应力取

销轴所需最小截面

由此可知销轴所需最小直径

2.4 刹车油缸的设计

刹车系统采用储能弹簧式常闭刹车结构，确保制动动作迅速可靠。油缸内部储能弹簧通过曲臂传递作用力，曲臂作用点的选取决定了作用于各连接点作用力的大小，直接影响刹车油缸内部储能弹簧、油缸活塞及液压系统的设计和选用。

（1）储能弹簧的确定。为保证锚绞机工作时刹车带完全打开，避免刹车带与轮毂产生摩擦，影响整机的传动效率，刹车带与轮毂应保证一定的退距，退距暂取值ε=10 mm，考虑到储能弹簧预压缩量及结构布置等因素，通常情况下X/Y取值1/4较为适宜，取X=150 mm，Y=600 mm，则打开刹车时油缸最小行程为

如图1所示，储能弹簧作用于刹车所需最小力为T3，根据力矩平衡原理

计算得

假定弹簧刚度

则弹簧预压缩量

刹车完全打开时弹簧总压缩量为

弹簧总压缩力为

绘出弹簧性能曲线，如图3所示。

图3 弹簧性能曲线

（2）刹车系统油压的确定。油缸结构如图4所示。

图4 刹车油缸结构

L总为油缸总行程，L为弹簧预压缩量，d为油缸活塞直径，打开刹车时需要克服弹簧力。假设油缸活塞直径d=100 mm，则活塞面积

系统油压为

弹簧的簧丝直径、中径、圈数、缠绕比等各项参数直接影响到弹簧刚度与许用压缩量，从而影响到油缸缸径与长度。关于弹簧的设计，在此不作过多赘述。

3 结束语

本文通过对液压绞车带式刹车系统的各主要部位进行分析计算，为系统的设计、部件的选型提供了一种方法。该文侧重于计算方法的说明，对现实的设计有较强的指导意义。

[1]成大先.机械设计手册（第4版）[M].北京：化学工业出版社，2002.