提升机制动系统(液压盘式制动器)设计

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

2、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。 目 录 摘 要.1 第 1 章 矿井提升机概述.1 1.1 提升机的定义 .1 1.2 提升机的分类 .1 1.2.1

3、按用途分 .1 1.2.2 按拖动方式分 .1 1.2.3 按提升容器类型分 .1 1.2.4 按井筒的倾角分 .2 1.2.5 按提升机类型分 .2 1.3 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) .10 2.1 工作参数 .11 2.2 速度图 .12 2.3 变位重量 .14 2.4 力图 .14 2.5 等效力： .17 2.6 启动力矩与等效力的比例： .17 2.7 有效功率： .17 2.8 电机最大轴功率及选型： .17 2.9 液压站工作原理 .18 2.9.1 提升机液压站系统 .18 2.9.2 液压站系统原理图如图 2-6 所

4、示： .19 2.9.3 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.22 3.1 提升机的制动装置的功用、类型 .22 3.1.1 制动装置的功用 .22 3.1.2 制动装置的类型 .23 3.2 制动器的设计类型 .23 3.3 制动装置的有关规定和要求 .24 3.4 提升机制动器主要类型 .26 3.4.1 块式制动器 .26 3.4.2 盘式制动器.28 3.5 盘式制动器的结构及工作原理 .29 3.5.1 盘式制动器的布置方式.29 3.5.2 盘式制动器的结构.30 3.6 制动器的设计计算 .31 3.6.1 确定在工作状态下所需要的制动力

5、 .31 3.6.2 确定制动器数量 .39 3.6.3 碟型弹簧的选型计算 .44 3.6.4 制动器液压缸的结构与设计计算 .50 3.7 制动器的强度校核 .60 3.7.1 制动力整定计算.60 3.7.2 液压站油压整定计算 .63 第 4 章 制动器的工作可靠性评定.65 4.1 盘式制动器的安装要求及调整 .65 4.1.1 盘式制动器的要求（包括零部件） .65 4.1.2 盘式制动器闸瓦间隙的调整 .66 4.2 制动器的故障模式及可靠性图框 .67 4.3 制动器的优化设计及工作可靠性评定 .69 4.3.1 设计变量 .70 4.3.2 优化策略 .70 4.4 制动器的

6、维护可靠性评定 .72 第 5 章 结论.74 致 谢.75 参考文献.76 摘摘 要要 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

7、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：关键词：提升机；多绳摩擦；制动器；设计；液压传动。 abstract currently many of our coal mine has turned to deep mining. mine coal upgrading equipment as

8、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, light weight, safe, reliable, and strong ability to upgrade appl

9、y 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 brakes its unique strengths and good safety performance recogni

10、zed 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 on the fuel tank filled with oil that drives the piston to co

11、mpress 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, high sensitivity; on production safety is of great signific

12、ance. keywords: hoist; multi-rope friction; brake; design; hydraulic drive. 第第 1 1 章章 矿井提升机概述矿井提升机概述 1.11.1 提升机的定义提升机的定义 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。 1.21.2 提升机的分类提升机的分类 1.2.11.2.1 按用途分按用途分 (1) 主井提升设备 主井提升设备的任务是专门提升井下生产的煤炭。

13、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)。 1.2.21.2.2 按拖动方式分按拖动方式分 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。 1.2.31.2.3 按提升容器类型分按提升容器类型分 分为箕斗、罐笼、串车等提升设备。 1.2.41.2.4 按井筒的倾角分按井筒的倾角分 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

14、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于；斜井箕斗提升适用于井筒倾角在 0 25 范围内。近年来大型斜井提升多采用胶带输送机。 0 35 1.2.51.2.5 按提升机类型分按提升机类型分 (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

15、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： (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

16、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； (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

17、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

18、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。 6 10 (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： m 升降人员和物料 9.20.0005mhc 升降物料 7.20.0005mhc 式中 提升钢丝绳的悬垂长度，m。hc (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

19、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 80 d d 有导向轮 100 d d 式中 主提升钢丝绳直径， mm； d 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： sx p ss qq n dd 式中 主导轮上升（重载）侧钢丝绳静张力，n； s s 主导轮下降（重载）侧钢丝绳静张力，n； x s q摩擦衬垫的许用比压，取q=； 4 200 10帕 主绳数目。 p n 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.

20、0 3.03.25 (c) 钢丝绳间距 n a 200 250 n amm (d) 天轮直径 w 100 w dmm (e) 钢丝绳在摩擦衬垫上的围包角 当井深大于300米时，取： 00 220180 如图1-1 （a）、（b）。 当井深小于300米时，取： 0 0 270 2360 a a 如图 1-1 （c） 、 （d） 。 正常包围角a（井深大于300mm）特殊加大包围角a（井深小于300mm） 图图 1-11-1 缠绕式提升机摩擦衬片上的包围角选择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）

21、。 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

22、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： 1 n d dmm n 同理，摩擦筒（主导轮）直径： 1 n d dmm n 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 1主导轮 2天轮 3提升机钢丝绳 4提升容器 5尾绳 图图 1-21-2 多绳摩擦提升机多绳摩擦提升机 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

23、，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 1 12 2 uaua f eff e f 或 式中 自然对数的底，等于2.71828； e 钢丝绳对于摩擦轮的围包角； a 钢丝绳与衬垫间的摩擦系数，通常取=0.2 uu 当钢丝绳拉力比大于上式右端所给出的数值时，钢丝绳对摩擦轮产生 1 2 f f 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 212( 1) ua fff e 若考虑防滑而加入防滑安全系数，则有 122 ()(1) ua fff e 或者 2 12 (1) ua f e ff 式中防滑安

24、全系数，如果式中和仅计及静力，则得防滑安全系数；如 1 f 2 f 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 1 f 2 f d 计规范规定 1.25 1.75 d i 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： 1 2 1.5 f f 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 1 21 (1) ua d f e ff 煤矿安全规程规定，紧急制动时不能产生滑动，即1。 d 当下放重物进行紧急制动时，更容易继发性滑动。 1.31.3 提升机型号的选用提升机型号的

25、选用 jkmd型（4.5米 4多绳摩擦轮）提升机是基于挠性体摩擦传动原理实现 的。它利用提升钢丝绳与驱动共同滚筒之间的摩擦力拖动提升容器在井筒中往 复运行，加之采用多根钢丝绳共同承担载荷的方式，因而多绳摩擦提升机具有 以下优点： (1) 提升机体积小； (2) 钢丝绳断绳的危害性减小； (3) 提升高度大。 第第2 2章章 提升机的设计计算提升机的设计计算( ( 4.54.5米米 4 4多绳摩擦轮多绳摩擦轮) ) 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。 下表2-1为jkm

26、d型提升机(图2-1)的型号及相关数据： 表表 2-12-1 提升机的相关参数提升机的相关参数 名称 单位 摩擦轮直径 钢丝绳根数 钢丝绳最大静张力差 钢丝绳最大静张力 钢丝绳间距 最大提升速度 天轮直径 质量(不包括电气部分) m 根 kn kn mm m/s m 型号 jkmd-4.54 4.5 4 270 930 350 14 4.5 图图 2-12-1 jkmjkm（jkmdjkmd）型多绳摩擦轮提升机）型多绳摩擦轮提升机 2.12.1 工作参数工作参数 有效载荷 n m 井筒深度： 提升距离 f s 提升速度 f v 加速度 b 减速度 v 主导轮直径 t d 主导轮转速 爬行距离

27、s s 32500kg 602.4m 600m 15m/s 2 1 /ms 2 1.2 /ms 4.5m 6060 15 63.7 / 4.5 f t v nt d r m i n 0 爬行速度 x v 停止时间 p t 提升绳长度 尾绳长度 提升绳重量 尾绳重量 带悬挂装置箕斗重量 抛物线段变加速度系数 如无抛物线段 0 28s 820m 640m 49.08kg/m 49.08kg/m 4000kg / epf vv 1 2.22.2 速度图速度图 加速时间： 12 15 115 1 epf bb bb vv t gt g aa s 抛物线段加速时间： (1)2 0 f bp b v t

28、a 减速时间： 12 15 12.5 1 2 f v vv f v ttt a a s 爬行时间： 0 s s s s t v 加速度行程： 1 0.5 15 15 112.5 2 fbgbg sv tm 具体加速度如图 2-2 所示： 图图 2-22-2 提升机加速度提升机加速度 变加速度行程： 1 (2)0 3 fbpbp sv t 减速度行程： 1 0.5 15 12.593.75 2 vvf sv tm 等速度行程： ea fdbp vs s ssssss 600 112.5 93.75 393.75m 等速段时间： 393.75 26.25 15 d d f s t v s 总的运行

29、时间： 1 15 026 25 12.5 0053.75 fsesabgbpd v ttttttt as 0 ssesa ttt其中 2.32.3 变位重量变位重量 有效载重 32500kg mn 两个带悬挂装置箕斗总重量 80000kg 2 40000 提升绳重量： 29782 kg 尾绳重量： 23245 kg 滚筒变位重量： 22222 kg 22 44 112500 4 5 e s jt m r dt a 天轮： 12827 kg 22 44 70000 4 5 s e s j m r dt a ：不包括电机和减速器的变位重量： 20175 kg s j 电机： 5792 kg 2 2

30、2 44 1 14660 2 4 5 m e s ij m r dt a 不带减速器直接传动时 1i 减速器： 2 2 4 g e s ij m r dt 电机转矩（包括电机联轴节） g j 总变位重量：207368 千克 m 2.42.4 力图力图 提升机载物时载重力如图 2-3 所示： 图图 2-32-3 提升机载物力图提升机载物力图 负荷力： 3 32500 9.81 10375.09 0.85 l nl f fg 千牛顿 lns s mmm m 主尾绳重量差 =0. 85 摩擦力： 1 (1)(1 0.85) 375.0956.26 nrll ffm g 千牛顿 启动力： 375.09

31、207.37582.46 lab fff千牛顿 加速力： 1 207.37307.37 bb fam 千牛顿 减速力： 1.2 207.37248.84 rv fam千牛顿 制动力： 375.09248.84126.25 vbl fff千牛顿 提升机实际速度如图 2-4 所示： 米米米 图图 2-42-4 提升机实际力图提升机实际力图 提升机实际力图如图 2-5 所示： 图图 2-52-5 提升机实际速度图提升机实际速度图 2.52.5 等效力：等效力： 注：（1）矿井效率取 0.85，一般在 8096%之间 （2）传动效率直接传动取 1，间接传动取 9698%之间。 2.62.6 启动力矩与

32、等效力的比例：启动力矩与等效力的比例： 582.46 1.76 331.45 a eff f f 2.72.7 有效功率：有效功率： 331.45 154972 feffeff ff v千瓦 2.82.8 电机最大轴功率及选型：电机最大轴功率及选型： 时， =1max 15 582.468736.9 fa pv f千瓦 时， 1 22 max (1 ()(0.5)0.5) fa pv fbabaab 其中； 0 b a f a f 2(1) b 当时， abmaxf a pv f 只有当时，而且 ab bp t t 0 bp tt （） 2 24242() () 333 aaba aaab 0

33、1 由于电机为短时工作，可以充分利用电机的过载能力，以减少电机的容量， 降低机器的成本和尺寸。 电机型号：zktd25045p 直流电动机 额定功率：1500kw效率：92 e p 额定转速：56rmin重量：620kg e n 8 . 1 0 . 2 额定扭矩 堵转扭矩 额定扭矩 最大扭矩 6.5 堵转电流 额定电流 :1010 610 830 mm电机外形尺寸（长宽高） 280hhmm电机中心高： 65 140 mm电机轴直径长度： 64.28 1.432.0 45 j e n n 过载系数： 注：由于电机为短时工作，可以充分利用它的过载能力，以减少电机的 容量，降低机器的成本和尺寸。因此

34、选择 zktd25045p 型直流电动机即可。 2.92.9 液压站工作原理液压站工作原理 2.9.12.9.1 提升机液压站系统提升机液压站系统 最大工作油压 油泵最大供油量 max 6.5 a pmp max 9 /minql 残压 一级制动油压值 可调 0.5 a mp 一级制动延迟时间 可调 液压站用油牌号40#稠化液压油 2.9.22.9.2 液压站系统原理图如图液压站系统原理图如图 2-62-6 所示：所示： 1电动机；2油泵；3粗滤油器；4电液比例溢流阀；5精滤油器；6液控阀；7油 箱；8油压表；9溢流阀；10电接点压力表；11单向节流阀；12单向顺向阀；13 蓄能器；14油缸；

35、g1g7二位二通电磁阀；g8g9三位四通电磁阀 图图 2-62-6 液压站系统原理图液压站系统原理图 2.9.32.9.3 控制电路图如图控制电路图如图 2-72-7 所示：所示： 图图 2-72-7 控制电路图控制电路图 (1)正常工作制动：启动液压站电动机后即为正常工作状态，其制动力的大 小，通过调节电液比例溢流阀4的电流大小来调整系统压力。液压站中电磁阀 的控制由电磁阀的控制状况表确定。 (2)井中紧急制动：它是在提升容器还没有到位，即井口容器到位信号闭合 前，ac接点信号闭合，为满足制动减速度的要求，采用二级制动，液压站中 电磁阀的控制由电磁阀的控制状况表确定。 (3)井口紧急制动：它

36、是在提升容器到位信号已经闭合，ac接点信号又闭 合，这时采用紧急制动情况，以防止恶性事故的发生。液压站中电磁阀的控制 由电磁阀的控制状况表确定。 (4)调绳：在调绳状态时，转换打开开关并推动。可调闸手柄，把调绳离合 器打开，然后转到调绳状态，压力油进入b管，打开提升机固定卷筒制动器， 提升机即可开车进行调绳。调绳完毕后转到离合器合上状态，指导调绳离合器 合上。 (5)电磁阀检测信号：液压站中每一个电磁阀都有一个阀芯检测传感器，当 电磁阀正常工作时，而阀芯没有到位，这时会发出故障信号，并通过plc报警 或显示。压力油进入b管，打开提升机固定卷筒制动器，提升机即可开车进行 调绳。调绳完毕后转到离合

37、器合上状态，指导调绳离合器合上。 电磁阀工作状况表： 表表 2-22-2 电磁阀工作状况电磁阀工作状况 工作类型g1g2g3g4g5g6g7g8g9备注 正常工作 + 井中紧急制动 延时 延时 + 井中紧急制动 打开+ 固定卷 筒转动 + + + + 调绳 离合 器 合上+ + 表示 通电 表示 断电 (6)残压保护信号：残压保护信号需要和停车信号共同作用，如果停车信号闭 合，同时残压高于设定的压力值，这时实施紧急制动。 (7)温度报警信号、压差报警信号：当油温过高或滤油器压差过高时，温度 报警信号或压差报警信号闭合，并通过plc报警或显示。 第第 3 3 章章 提升机制动装置的结构设计提升机

38、制动装置的结构设计 3.13.1 提升机的制动装置的功用、类型提升机的制动装置的功用、类型 提升机的安全运行,很大程度上取决于制动器的工作可靠性。从狭义可靠性 理解,盘式制动器包含不可维修因素，如制动弹簧失效之后,影响制动力矩，需 要更换新弹簧才能使制动器可靠性达到原有水平；闸瓦与闸盘之间摩擦系衰减， 也只能靠更换新闸瓦方能维持原有可靠性水平。从广义可靠性理解,盘式制动器 含有可维修因素，如闸瓦磨损后产生的间隙增大，经调整便可达到原有可靠性 液压站零件发生故障，修理后也能使制动器可靠性达到设计水平。由此可知， 制动器的工作可靠性是固有可靠性和使用可靠性的综合反映。固有可靠性是由 制动器设计制造

39、及材料等因素决定的，在制动器产品出厂时便已明确，使用可 靠性则是装、维护及操作等因素决定的，它反映了制动器固有可靠性在实际运 行中的发挥程度。 因此，固有可靠性的体现,受使用可靠性的限制，固有可靠性再高，使用可 靠性却较低，制动器的实际工作可靠性依然不会高。 制动装置提升机(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。它由两部分组成：制动器(通常称做闸)和传动装置。制动器是直 接作用于制动轮或制动盘上产生制动力矩的机构，传动装置是控制并调节制动 力矩的机构。 3.1.13.1.1 制动装置的功用制动装置的功用 制动系统是提升机不可缺少的重要组成部分。是提升机最关键也是最后一

40、 道安全保障装置，制动装置的可靠性直接关系到提升机的安全运行。制动力矩 不足是导致提升设备过卷、放大滑等事故的直接因素。 (1) 在提升机停止工作时能可靠地闸住提升机，即正常停车； (2) 在减速阶段及下放重物时,参与提升机的控制，即工作制动； (3) 当发生紧急事故或其他意外情况时，能迅速而合乎要求地闸住提升机， 即安全制动； (4)双滚筒提升机在更换水平、调节钢丝绳长度时，能够闸住提升机的游动 滚筒而松开固定滚筒。 3.1.23.1.2 制动装置的类型制动装置的类型 制动装置中的制动器按结构分为块闸(角移式或评移式)和盘闸；传动装置 按传动能源分为油压(液压)、压气(气动)及弹簧等。 kj

41、 型(23m) 和 bm 型提升机使用油压角移式制动装置。kj 型(46m) 和 hkm3 型提升机使用压气平移式制动装置。jka 型提升机使用液压综合式 制动装置。xkt 型、jk 型、gkt 型(2m)、jkd 型、jkm 型、jkmd 型提升 机使用液压盘式制动装置。矿用提升绞车使用手动角移式制动器作为工作制动. 重锤电磁铁丝杠螺母操纵的角移式制动器或重锤电力液压推杆操纵的平移 式制动器作为安全制动，但新系列 jt 型(1.21.6m) jkm（jkmd）型提升绞 车则使用液压盘式制动装置。 3.23.2 制动器的设计类型制动器的设计类型 盘式制动器是近年来应用较多的一种新型制动器，它以

42、其独特的优点及良 好的安全性能被广大用户认可。我们见过的带碟刹的摩托车，就是盘式制动器 最简单的应用。它的制动原理与鼓闸式、抱闸式制动器的原理相同，仍为摩擦 式制动，但它却有别于老式的鼓闸式和抱闸式制动器，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。 (1) 盘式制动器与其它类型制动器相比较，其优点是：因多副制动器同时 使用，即使一副制动器失灵，也不是影响一部分制动力矩，故可靠性高，操作 方便，制动力矩可调性好，惯性小，动作快，灵敏度高；重量轻，结构紧凑， 外形尺寸小，安装维护方便；通用性大等。由于制动器具有许多优点，所

43、以它 在现代多种类型提升机中获得广泛的应用。 (2) 盘式制动器的缺点：对于制动盘和制动器的制造精度要求较高；对闸 瓦的性能要求较高等。 (3)液压盘式制动器作为最新开发出来的一种制动器，其发展前景远大，尤 其是将液压电气控制结合在盘式制动器上，相信随着液压和电气技术的进一 步发展，会更有利于盘式制动器的发展。 3.33.3 制动装置的有关规定和要求制动装置的有关规定和要求 按照煤炭安全规程及有关技术规范的规定，提升机(绞车)的制动装置 必须达到下列要求。 （1）提升机(绞车)必须装设司机不离开位置即能操纵的常用闸(即工作闸) 保险闸(即安全闸)。保险闸必须能在紧急时自动发生作用。 常用闸和保

44、险闸共同使用一套闸瓦制动时，操纵部分必须分开。双滚筒提 升机（绞车）的两套闸瓦的传动装置必须分开。 （2）常用闸和保险闸必须经常处于良好的状态，保证灵活可靠。在工作中， 司机不准离开工作岗位，也不准擅自调节制动闸。 对具有两套闸瓦只有一套传动装置的旧双滚筒提升机（绞车），应加强闸 瓦间隙和传动系统的检查和维护。 （3）保险闸必须采用配重式或弹簧式的制动装置，除由司机操纵外，还必 须具有能自动抱闸的作用，并且在抱闸同时使提升装置自动断电。 常用闸必须采用可调节的机械制动装置。 （4）提升机（绞车）除有（常用闸和保险闸）外，应加设定车装置，以便 调整滚筒的位置（钢丝绳的长度）或修理制动装置时使用。

45、 （5）保险闸（或保险闸第一级）的空动时间（由保护回路断电时起至闸瓦 刚刚接触到闸轮上的一段时间）：压缩空气驱动闸瓦式制动器不得超过 0.5 秒， 储能压缩驱动闸瓦式制动器不得超过 0.6 秒，盘式制动器不得超过 0.3 秒。 保险闸施闸时，在杠杆和闸瓦上不得发生显著的弹性摆动。 （6）提升机（绞车）的常用闸和保险闸制动时，所产生的力矩和实际提升 最大静载荷重旋转力之比（k），都不得小于 3。 （7）双滚筒提升机（绞车）在调整滚筒旋转的相对位置时（此时游动滚筒 与主轴脱离连接），制动装置在各滚筒闸轮上所发生的力矩，不得小于该滚筒 所悬重量（钢丝绳重量与提升容器重量之比）形成的旋转力矩的 1.2

46、 倍。 计算制动力矩时，闸轮和闸瓦摩擦系数根据实测确定，一般采用 0.3 到 0.35；常用闸和保险闸的力矩应分别计算。 （8）在立井和倾角以上的倾斜井巷，提升装置的保险闸发生作用时， 0 30 全部机械的减速度：下放重载（设计额定的全部重量）时，不得小于 1.5 米每 二次方秒；提升重载时，不得超过 5 米每二次方秒。 倾角在以下是倾斜井巷，下放重载时的制动减速度不得小于 0.75 米每 0 30 二次方秒，提升重载时的制动减速度不得大于自然减速度。 ca = m ca (sincos ),gf 2 s 式中 -重力加速度， m； g 2 s -井巷倾角， （ ）； 0 -绳端载荷的运动阻力

47、系数，一般采用 0.10 到 0.105。 f 摩擦轮式提升装置，常用闸或保险闸发生作用时，全部机械的减速度，不 得超过钢丝绳的滑动极限（上提重物加速度阶段及下放重物减速度阶段的动防 滑安全系数不得小于 1.25，静防滑安全系数不得小于 1.75）。 下放重载时，必须检查减速度的最底极限。在提升重载时，必须检查减速 度的最高极限。 （9）制动器的工作行程不得超过全程的四分之三，必须留有四分之一作为 调整时备用。司机操纵台制动手把的移动应当灵活，在抱闸位置时，应有定位 器来固定手把，防止手把从抱闸位置自动向前移动。 (10) 制动轮的椭圆度在使用前（新安装或大修后）不得超过 0.5 至 1mm；

48、 使用中如超过 1.5mm 时，应重新车削或换新的。 3.43.4 提升机制动器主要类型提升机制动器主要类型 提升机的制动器包括工作装置(即制动闸)和传动装置,工作装置直接作用于 制动轮，产生摩擦力矩；传动装置是工作装置产生或解除制动摩擦力的机构。 因此，按工作装置装置结构区分，制动器可分为盘式制动器和块式制动器；按 传动装置的动力源区分，制动器可分为液压式、气压式和弹簧式。目前，进口 提升机和国产新型提升机大都采用液压盘式制动器，而旧提升机(70 年代以前 产品)多采用液压或气压块式制动装置，但近年也对这些制动器进行了较大规 模的改造。 3.4.13.4.1 块式制动器块式制动器 块式制动器

49、一般都是闸块压在提升机滚筒的制动轮上而产生制动力矩，出 于闸块与制动轮的作用方式差别，块式制动器有角移式、平移式和综合式之分。 图(a)是角移式块闸的原理图,两个闸瓦块始终绕基座上的固定铰接点转动， 故名为角移式。当制动动力向上拉三角块杠杆时，杠杆的联动会产生连杆拉力， 从而迫使块闸压向制动轮，产生制动力；当外动力使三角块向下压时，连杆的 压力则使块闸分离开制动轮，即达到松闸的目的。 图(b)是常见平移式块闸的原理图，两个闸瓦始终由一连杆在其中心铰接， 连杆的另一端则与基座铰接。两个闸瓦块的端头用杠杆系统约束起来，在三角 块杠杆是上提作用下，各连杆内部的拉力使两闸块压向制动轮，从而产生制动 力

50、；当三角块杠杆下放时，各连杆内部的压力迫使闸块与制动轮分离。由于闸 块是在连杆转动时压向制动轮的，故闸块是整体平移运动，故称之为平移式。 图(c)是综合式闸块的一种形式，由于闸块与角移杆铰接，又与基座连杆铰 接，故有些相似于四连杆平行移动机构，但闸块压向制动轮的运动都是靠角移 杠杆带动的，所以综合式块闸是介于角移式和平移式之间的一种闸块。 块式制动器原理如图 3-1 所示： 制 动 力 源 制 动 力 源 工作制 动弹簧 工作制 动缸 安全制 动缸 块式制动器力学原理图 （a）角移式；（b）平移式；（c）综合式 (a)角移式；(b)平移式；(c)综合式 图图 3-13-1 块式制动器原理块式制

51、动器原理 3.4.23.4.2 盘式制动器盘式制动器 盘式制动器是为了克服块式制动器的可靠性不高的缺点而发展的新型制动 装置，目前国内外生产的提升机或提升绞车都使用了盘式制动器.盘式制动器具 有以下：制动力矩可在较大范围内调节，而且容易调整；制动系统空行 程小、动作快、响应速度快、灵敏度高；重量轻，外形尺寸小，结构紧凑； 通用性好，可通过改变盘形闸的数量来满足不同绞车的制动要求；安全 可靠性高，多副盘形闸同时工作，其中少数部分盘形闸失灵或故障，其余完好 盘闸一般仍可刹住绞车；而且传动环节(如管路破裂失、压断电等)均可自动施 闸。 盘式制动器都是依靠碟形的预压缩恢复张力使闸块压向制动盘，从而产生

52、 制动力矩；当松闸时，向活塞腔内注入压力油，压力油推动活塞后移并压缩碟 形弹簧，带动闸瓦离开制动盘，从而实现松闸。 目前国内外提升机使用的盘式制动器形式多样，主要有前腔式盘形闸，后腔式 盘形闸单缸双作用盘形闸，以及钳式盘形闸。 盘式制动器原理如图 3-2 所示： 图图 3-23-2 盘式制动器原理图盘式制动器原理图 目前，国内进口的安全盘式制动器主要来自德国、法国。各国生产的盘式 制动器原理上基本相同，都是碟簧上闸、液压松闸，高压油通过液压泵站产生， 但是结构上有些差异，从而性能也略有不同。 3.53.5 盘式制动器的结构及工作原理盘式制动器的结构及工作原理 3.5.13.5.1 盘式制动器的

53、布置方式盘式制动器的布置方式 盘式制动器又称盘型闸，它与闸块不同，其制动力矩是靠盘瓦沿轴向两侧 压向滚筒上的制动盘而产生的。为了使制动盘不产生附加变形，主轴不承受附 加轴向力，因而盘式制动器都成对地装设使用，每一对盘式制动器叫做一副， 如图所示。根据所需制动力矩的大小，一台提升机可以同时布置两副四副或更 多副盘式制动器。 盘式制动器的布置方式如图 3-3 所示： a管 b管 a管 b管 a管 b管 （a） (b) (c) 图图 3-33-3 盘式制动器的布置图盘式制动器的布置图 3.5.23.5.2 盘式制动器的结构盘式制动器的结构 盘式制动器的结构如图所示。两个制动油缸 3 位于滚筒制动盘的

54、两侧，均 装在支座 2 上。支座 2 为整体铸钢件，一副盘式制动器通过支座及垫板 1 用地 脚螺栓固定在基座上。制动油缸 3 内装有活塞 5 柱塞 13 调整螺栓 6 螺钉 7 盘 式弹簧 4 及弹簧套筒 8 等。筒体 9 衬板 11 和渣瓦 15 一齐可沿支座的内孔往复 移动。闸瓦与衬板的连接，可用铜螺钉连接或用黏结剂粘贴，但大多数是以燕 尾槽的形式将闸瓦固定在衬板上。在使用中当闸瓦磨损或闸瓦与制动盘的间隙 过大时，可用调整螺栓 6 调节筒体 9 的位置，使闸瓦间隙保持在 11.5mm 。 柱塞 13 与销子 14 的连接采用榫槽结构，在拧动螺钉 7 时不致使柱塞 13 转动， 以便调整闸瓦

55、间隙。压向制动盘的制动力，由盘式弹簧产生。解除制动力，靠 线油缸内充入油液而向右推动活塞 5，压缩盘式弹簧来实现。 螺钉 12 是放空气用的。在第一次向制动油缸 3 充油，或在使用中发现送 闸的时间教长时，可将放气螺钉 12 旋松，把制动油缸中的空气排出，以免影 响制动油缸的正常工作。 塞头 20 是排油用的。在使用中制动油缸可能有微量的渗油，因而要定期 将塞头 20 旋开排油。在排油时，应避免渗出的油玷污闸瓦及制动盘。 盘式制动器的结构如图 3-4 所示： 图图 3-43-4 盘式制动器的结构图盘式制动器的结构图 3.63.6 制动器的设计计算制动器的设计计算 滚筒直径：4.55 米 3.6

56、.13.6.1 确定在工作状态下所需要的制动力确定在工作状态下所需要的制动力 盘式制动器的基本参数如表 3-1 所示： 表表 3-13-1 盘式制动器的基本参数盘式制动器的基本参数 确定工作所需要的制动力 导轮直径 4.55dt 米 制动盘的平均直径 0.5db 米 制动器数量 10z 天轮径 4.64ds 米 闸瓦与闸盘摩擦系数 2 0.4 钢绳与滚筒摩擦系数 1 0.25 包角 0 183.74 (1) 工作参数 提升高度 599.4米 提升速度（提物） 15/米秒 有效载物（提物） 32.5吨 (2) 超载计算 1) 质量的确定 提升钢丝绳悬垂长度： 提升：在井下 1 621.4l 米

57、在井上 3 16l 米 尾绳悬垂长度： 提升时：在井下 2 13.7l 米 在井上 4 613.1l 米 主绳位重量 4 9. 08 千克/ 米 钢丝绳根数 1 4z 尾绳单重量 4 9. 08 千克/ 米 绳数 2 4z 钢丝绳重量 s 1 2 1 2 3 11 3 22 1 3 31 3 42 2 1022.57 100.5 23.1 100.58 1022.27 22.9 s s s s l gz l gz s l gz l gz s aa a aaa aa a aaa 吨 吨 吨 吨 吨 吨 (从主导轮到导向轮钢丝绳重量) 3 116 4 9.084.21s 吨 钢丝量 12 0.2s

58、ssu吨 有效重 32.5n 吨 空箕斗 40.25吨 2) 运行载荷 载重 1 32.7 a u吨 无载重 1 0.5 b u吨 3) 天轮主导轮电机转子和联轴节的变位重量计算 a、天轮 数量 z=8 天轮直径 4.64 s d 米 惯性矩 2 9.75 s j 吨米 相对钢丝绳中心的变位重量 22 4 1.81 /2 ss s ss jj g dd 吨 （） z 个天轮重量 14.49 s g az吨 b、主导轮 按主导轮中心 计算直径 4.55dt 米 惯性矩 2 133 t j 吨米 变为重量 22 4 25.697 /2 tt t tt jj g dd 吨 （） 电机转子惯性矩 2

59、14.22j吨米 变位重量 22 4 2.747 /2 mm m mm jj g dd 吨 （） 4) 运动部分的重量如表 3-2 所示： 表表 3-23-2 矿井提升机的部分工件重量矿井提升机的部分工件重量 项目有效载重（吨）无效载重（吨） 钢丝绳 1 s 23.123.1 钢丝绳 2 s 22.922.9 有效载荷 n32.532.5 提升容器 fwg40.2540.25 天轮 s z ga 14.4914.49 主导轮 gt25.69725.697 电机转子 gm5.4945.494 滚筒与天轮之间绳 ss4.21 1 m 208.89总重量 2 m 176.39 钢丝绳滑动极限的计算：

60、 a、下降时加速度 22 1 22 ( fw) (1) ( fw) (1) s gseu ag gsgeu a a a 2 (40.2522.9) (2.229 1) 32.7 9.81 (40.2522.97.24) (2.229 1)32.7 1.69 a a 米/ 秒 b、提升时加速 11 11 22 2 22 ( fw) (1) ( fw) (1) s gseu e ag gsgeu e aa a aa 2 (40.2522.9) (2.229 1)(32.7 2.229) 9.81 (40.2522.97.24) (2.229 1)(32.7 2.229) 4.92 a a 米/ 秒