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摘要液压盘式制动器作为一种最新制动器,具有许多优点,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。主要针对下运带式输送机盘式制动系统的结构、制动原理等部分进行可行性研究与设计。
关键词带式输送机;盘式制动器;制动过程
中图分类号TD528 文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)042-0114-01
国内外矿山在上下山开采中广泛采用带式输送机进行运输物料,达到了很好的效果。可靠的制动系统是带式输送机安全运行的一个保障。带式输送机的制动装置最终目的就是可靠的刹住滚筒,使其停止转动。
1盘式制动器的分析设计
1.1盘式制动器的工作原理
1-制动盘;2-闸瓦;3-活塞;4-弹簧
盘式制动器工作原理示意图
如图所示,盘式制动器是由碟形弹簧4产生制动力,靠油压松闸的。当压力油充入油缸,推动活塞压缩碟形弹簧,筒体和闸瓦在回复弹簧和拉紧螺栓的作用下一起右移,闸瓦离开制动盘,呈松闸状态。当油缸内油压降低,碟形弹簧就回复其松闸状态时的压缩变形,推动活塞向左移动,使闸瓦压向制动盘从而制动。
制动状态时,闸瓦压向制动盘的正压力大小,决定于油内工作油的压力。当油缸内压力为最小值时(一般不等于零,有残压),弹簧力几乎全部作用在活塞上。此时制动盘上的正压力最大,呈全制动状态。反之,当上作油压为系统最大油压时.呈全松闸状态。
在制动器布置结构上,由于盘式制动器的制动力矩是靠闸瓦从轴向压向制动盘产生的,为了使制动盘不产生附加变形,主轴不承受附加径向力,不承受弯曲,所以盘式制动器通常是成偶数对称配置,每一对叫做一副盘式闸,根据所需要的制动力矩的大小,可配置2副、4副或6副制动器。这样有利于实现多级制动。
1.2盘式制动器结构特点分析
通常情况下,制动器的作用有:
1)在系统正常操作中,参与系统的速度控制,在终了时可靠地闸住系统,即通常所说的工作制动。2)当发生紧急事故时,能迅速地按要求减速,制动系统,以防止事故的扩大,即安全制动。3)在加减速阶段参与速度的速度控制。
1.3盘式制动器制动过程分析
盘式制动器是由碟形弹簧产生制动力,靠油压松闸的,制动状态时,闸瓦对制动盘所施加正压力的大小,决定于油缸内工作油的压力。如图所示,活塞承受三个轴向力,一是碟形弹簧的推力,二是油缸内液压油作用产生的力,三是活塞杆承受的运动阻力(由于方向不确定,图中未画出)。当闸瓦靠近制动盘的过程中,阻力与油液产生的推力同向;当闸瓦离开制动盘的过程中,阻力与油液产生的推力反向。
阻力的计算如下:
——液压缸的机械效率
在整个制动过程中,系统呈现出以下几种状态:
1.3.1全制动状态
输送机在全制动状态即停机状态时,液压站断电,盘闸制动器工作腔内的液压油全部回油。此时,工作腔内的油压p=0(理论上),碟形弹簧压缩量为(mm),弹簧力(K—碟形弹簧刚度系数,N/mm)。在弹簧和作用下,盘形闸制动器闸瓦压紧在运输机滚筒旁的制动盘上。制动器受力如图所示:
由受力分析知道,制动器闸瓦的力平衡方程为:
N = = K·-
—制动器内活塞和筒体的运动阻力(N)
N—制动盘对闸瓦的正压力(N)
所以制动力矩:
Mz= N·μ·Rm(N·m)
μ—制动盘与闸瓦间的摩擦系数; Rm—制动盘的制动半径(m)
分析两式可知,在全制动状态时,制动力矩主要与弹簧的压缩量和弹簧的刚度系数K及活塞和筒体的运动阻力有关。若发生制动失效,则主要是由于弹簧压缩量太小或碟形弹簧刚度系数K太小造成的。当然,若闸瓦与制动盘之间的摩擦系数μ太小也会导致制动失效。
1.3.2松闸状态
输送机系统从停机状态到工作状态时,必须解除制动器的制动。启动液压站,向制动器工作腔内注入压力油,推动活塞,带动筒体,压缩碟形弹簧,闸瓦离开制动盘,呈松闸状态。制动器受力如下图所示:
—制动器内油液对活塞的作用力(N)
= P·A
P—制动器内油液压力(Pa); A—制动器内作用活塞的有效面积()
制动器闸瓦的力平衡方程为:
N = = K·+ - P·A
在松闸过程中,随着油压力p的增大,碟形弹簧预压力和运动阻力将逐渐被克服。当与相低消时,制动正压力N=0。此时,闸瓦与制动盘处于脱开的临界状态,制动器内的油压称为开闸油压。
随着液压站油压的继续升高,碟形弹簧的压缩量继续增加。当液压站油压达到设定的最大油压值Pmax时,闸瓦与制动盘间隙达到最大。
1.3.3制动状态
盘闸制动闸瓦从全开闸状态到贴闸状态时,液压站油压逐渐降低,活塞和筒体的运动方向指向制动盘。制动盘受力如图所示:
制动器闸瓦的力平衡方程为:
N = = K·- - P·A
当闸瓦与制动盘刚好贴上时,闸瓦与制动盘处于贴上的临界状态,制动器内的油压称为贴闸油压。
本设计在带式输送机上应用矿井提升机的液压盘式制动器,以提升机的制动器为参考,对制动器的结构和制动状态等进行了详细的分析与设计,为实际应用提供了理论基础。
参考文献
[1]张钱主编.新型带式输送机设计手册.北京:业出版社.2001,2.
[2]机械设计手册编委会.机械设计手册.北京:机械工业出版社,2004,83.
作者简介
许洋,辽宁大连人,现为中国矿业大学机电学院在读硕士研究生。
关键词带式输送机;盘式制动器;制动过程
中图分类号TD528 文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)042-0114-01
国内外矿山在上下山开采中广泛采用带式输送机进行运输物料,达到了很好的效果。可靠的制动系统是带式输送机安全运行的一个保障。带式输送机的制动装置最终目的就是可靠的刹住滚筒,使其停止转动。
1盘式制动器的分析设计
1.1盘式制动器的工作原理
1-制动盘;2-闸瓦;3-活塞;4-弹簧
盘式制动器工作原理示意图
如图所示,盘式制动器是由碟形弹簧4产生制动力,靠油压松闸的。当压力油充入油缸,推动活塞压缩碟形弹簧,筒体和闸瓦在回复弹簧和拉紧螺栓的作用下一起右移,闸瓦离开制动盘,呈松闸状态。当油缸内油压降低,碟形弹簧就回复其松闸状态时的压缩变形,推动活塞向左移动,使闸瓦压向制动盘从而制动。
制动状态时,闸瓦压向制动盘的正压力大小,决定于油内工作油的压力。当油缸内压力为最小值时(一般不等于零,有残压),弹簧力几乎全部作用在活塞上。此时制动盘上的正压力最大,呈全制动状态。反之,当上作油压为系统最大油压时.呈全松闸状态。
在制动器布置结构上,由于盘式制动器的制动力矩是靠闸瓦从轴向压向制动盘产生的,为了使制动盘不产生附加变形,主轴不承受附加径向力,不承受弯曲,所以盘式制动器通常是成偶数对称配置,每一对叫做一副盘式闸,根据所需要的制动力矩的大小,可配置2副、4副或6副制动器。这样有利于实现多级制动。
1.2盘式制动器结构特点分析
通常情况下,制动器的作用有:
1)在系统正常操作中,参与系统的速度控制,在终了时可靠地闸住系统,即通常所说的工作制动。2)当发生紧急事故时,能迅速地按要求减速,制动系统,以防止事故的扩大,即安全制动。3)在加减速阶段参与速度的速度控制。
1.3盘式制动器制动过程分析
盘式制动器是由碟形弹簧产生制动力,靠油压松闸的,制动状态时,闸瓦对制动盘所施加正压力的大小,决定于油缸内工作油的压力。如图所示,活塞承受三个轴向力,一是碟形弹簧的推力,二是油缸内液压油作用产生的力,三是活塞杆承受的运动阻力(由于方向不确定,图中未画出)。当闸瓦靠近制动盘的过程中,阻力与油液产生的推力同向;当闸瓦离开制动盘的过程中,阻力与油液产生的推力反向。
阻力的计算如下:
——液压缸的机械效率
在整个制动过程中,系统呈现出以下几种状态:
1.3.1全制动状态
输送机在全制动状态即停机状态时,液压站断电,盘闸制动器工作腔内的液压油全部回油。此时,工作腔内的油压p=0(理论上),碟形弹簧压缩量为(mm),弹簧力(K—碟形弹簧刚度系数,N/mm)。在弹簧和作用下,盘形闸制动器闸瓦压紧在运输机滚筒旁的制动盘上。制动器受力如图所示:
由受力分析知道,制动器闸瓦的力平衡方程为:
N = = K·-
—制动器内活塞和筒体的运动阻力(N)
N—制动盘对闸瓦的正压力(N)
所以制动力矩:
Mz= N·μ·Rm(N·m)
μ—制动盘与闸瓦间的摩擦系数; Rm—制动盘的制动半径(m)
分析两式可知,在全制动状态时,制动力矩主要与弹簧的压缩量和弹簧的刚度系数K及活塞和筒体的运动阻力有关。若发生制动失效,则主要是由于弹簧压缩量太小或碟形弹簧刚度系数K太小造成的。当然,若闸瓦与制动盘之间的摩擦系数μ太小也会导致制动失效。
1.3.2松闸状态
输送机系统从停机状态到工作状态时,必须解除制动器的制动。启动液压站,向制动器工作腔内注入压力油,推动活塞,带动筒体,压缩碟形弹簧,闸瓦离开制动盘,呈松闸状态。制动器受力如下图所示:
—制动器内油液对活塞的作用力(N)
= P·A
P—制动器内油液压力(Pa); A—制动器内作用活塞的有效面积()
制动器闸瓦的力平衡方程为:
N = = K·+ - P·A
在松闸过程中,随着油压力p的增大,碟形弹簧预压力和运动阻力将逐渐被克服。当与相低消时,制动正压力N=0。此时,闸瓦与制动盘处于脱开的临界状态,制动器内的油压称为开闸油压。
随着液压站油压的继续升高,碟形弹簧的压缩量继续增加。当液压站油压达到设定的最大油压值Pmax时,闸瓦与制动盘间隙达到最大。
1.3.3制动状态
盘闸制动闸瓦从全开闸状态到贴闸状态时,液压站油压逐渐降低,活塞和筒体的运动方向指向制动盘。制动盘受力如图所示:
制动器闸瓦的力平衡方程为:
N = = K·- - P·A
当闸瓦与制动盘刚好贴上时,闸瓦与制动盘处于贴上的临界状态,制动器内的油压称为贴闸油压。
本设计在带式输送机上应用矿井提升机的液压盘式制动器,以提升机的制动器为参考,对制动器的结构和制动状态等进行了详细的分析与设计,为实际应用提供了理论基础。
参考文献
[1]张钱主编.新型带式输送机设计手册.北京:业出版社.2001,2.
[2]机械设计手册编委会.机械设计手册.北京:机械工业出版社,2004,83.
作者简介
许洋,辽宁大连人,现为中国矿业大学机电学院在读硕士研究生。