提升机滚筒安全液压制动系统设计

安培林 杨智锋 叶南海 李月明 杜永权

（1.太重（天津）滨海重型机械有限公司，天津 300457；2.湖南大学，长沙 410082）

本文详细介绍了矿井提升设备的盘式制动器的结构和工作原理，简单设计了其零部件如碟形弹簧等，完成盘式制动器的设计和强度校核。

1 盘式制动器的原理

盘式制动器的工作原理是靠油压松闸、靠盘形弹簧力制动，当压力油充入油缸时，推动活塞，带动筒体闸瓦移动，压缩盘形弹簧，闸瓦离开制动盘，呈松闸状态。当油缸内油压降低时，盘形弹簧就恢复其松闸状态时的压缩变形，靠弹簧力推动筒体闸瓦、带动活塞移动，使闸瓦压向制动盘产生制动力，达到制动的目的。

2 盘式制动器的结构设计与强度校核

假定参数：提升机电机输出转速1500r/min，输出功率75kW，提升机卷筒名义直径2m，钢绳实际最大静张力差△P=22kN。按三倍最大静力矩的要求，最大制动力矩的计算M2=6600N·m，根据M值经查《矿山提升机械设计》[1]，类比同类产品三倍静力矩为M2=184kN·m，对应的摩擦系数0.4，制动盘平均作用半径1.14m，每个制动器能产生的垂直作用力FN1=63kN，碟簧刚度k'=41kN/mm，最大工作油压6.0MPa。经核算，取四个即两对盘式制动器比较合适。

碟形弹簧的计算如下。

采用一系列碟形弹簧 D/d=2.0、D/σ=18、h0/σ=0.4，初算最大变形f=0.75h0，碟片数量nd=9，查《机械设计手册》[2]，刚度 k=4100N/mm，A=7.67×10-7mm2/N。

初算松闸时每个制动器弹簧的反力F2'，有：

其中 σ=6.393mm。

查《 机 械 设 计 手 册 》[2]， 选 用 σ=7mm、D=125mm、d=65.8mm、h0=2.6mm，参考pt=0.75h0=58740N，大于计算F2'=50570N，实际h0/σ=0.371、D/σ=17.85、D/d=1.899，查《机械设计手册》[2]，得a=7.42×10-7，并由此反算出碟片实际刚度和片数。

单片刚度为：

松闸时实际弹簧力为：

计算可知每片弹簧变形量为1.707mm，弹簧预紧力为41460N，预压变形量为1.484mm，需要碟片数目为nd=8.969，则9片弹簧比较合适。许用变形量fmax=0.75h0=1.95mm＞f2。

碟片强度的校核如下。

根 据D/d=1.899D/d=1.899D/d=1.899查 表， 得β=1.196、γ=1.338，按碟片使用寿命为一年计算，假定一年工作日为340天，每天工作20h，每小时提升50次，可得循环次数较多的变载荷，需要校核I处压应力：

I处压应力符合要求。由经验可知最大拉伸应力是在II处。该处应力为：

查表，可得弹簧疲劳强度上限应力σ21=1160MPa＞1071MPa，疲劳强度也符合要求。

3 盘式制动器三维建模

盘式制动器三维建模如图1所示。

图1 三维建模装配

4 结语

本设计的后置式油缸盘形制动器与前置式盘式制动器相比较有以下优点：（1）可以减少维修员和维修次数，不用停产维修，只需要跟班维修；（2）有结构紧凑、动作灵敏、重量轻、体积不大、惯性小、安全程度高、通用性好等优点，主轴不承受轴向附加力，还可分级使用。

[1]卜炎.中国机械设计大典[M].1版.南昌：江西科学技术出版社，2002.

[2]冯敏.矿井提升机用盘式制动器的结构设计[J].煤矿机械，2011，32（7）：1-2.