斜井常闭式防跑车装置设计说明书

1、题目：斜井常闭式防跑车系统的设计院系专业：机械工程及自动化姓名：唐晓燕指导老师：韩振铎完成时间：2007-11-23目录一设计任务书·······························第 3页二摘要·······

2、;······························第 4页三防跑车机构的组成·················

3、3;·······第 5页四挡车栏的设计计算·························第 7页五防跑车的电气控制·············&#

4、183;···········第 14 页六端面摩擦缓冲器的设计· ····················第 15 页1、钢丝绳及压绳板的选择计算· ··········

5、;·· 第 19页2 、卷筒的设计计算························第 21 页3 、摩擦片的设计计算··················&#

6、183;···第 24 页4 、制动片的计算··························第 27 页5 、轴套的计算···············

7、83;············第 28 页6、轴的计算······························第 31 页7、调力螺母的计算···

8、·····················第 32 页8、支座···························&#

9、183;······第 33 页七设计心得·································第 36 页八参考文献······

10、3;··························第 37 页一 设计任务书题目：防跑车装置的设计1 、设计条件1）机器功用针对斜井跑车事故的防护装置，当矿车跑车时，使挡车栏实现可靠拦截，避免事故的发生。2）工作情况常闭式3）运行要求可靠性较高4）生产批量小批生产5）生产厂型小型机械厂2、原始数据发生跑车时的冲击能量E=1 10 6

11、 J矿井原始参数斜井跑车的自然条件设定：斜井倾斜度设定为30斜井跑车的总质量：串车规定最多为6 辆，每辆满载时的质量位2000Kg，总质量为 12000kg。变坡点与挡车栏的距离设定为30m。绞车最大提升速度为2.8m/s 。3、设计内容1 ）总体结构 2 ）缓冲器各部分结构组成 3 ）系统图、安装图、零件图总量为零号图纸二 摘要矿井轨道运输是煤矿生产的重要组成部分，高效的运输系统对于煤矿安全生产具有重要意义。据统计运输事故是仅次于顶板事故的第二大事故，其中串车运行中因断绳、脱销、连接装置断裂等原因造成串车与主提升钢丝绳脱离跑车事故占运输事故的22.1%，因此对煤矿斜井跑车事故进行有效的预防十

12、分必要。本系统是针对斜井跑车事故的防护装置， 其工作方式为常闭式。常闭式跑车防护装置是目前可靠性较高的安全设施，它由以下几部分组成：主控箱，车位、车速监测传感器，主提升绳滑轮绳压传感器，柔性挡车栏、挡车栏提升机，语音报警显示屏，摩擦片式缓冲吸能器。挡车栏处于经常关闭状态，当串车以正常速度到达挡车栏上方监测位置时挡车栏自动升起。串车通过后到达挡车栏下方监测位置后挡车栏自动下落。当矿车超速（跑车、溜车）时，监控系统通过对矿车速度和主提升绳滑轮处的压力监测使挡车栏实现可靠拦截，避免事故的发生。三 防跑车机构的组成防跑车机构的构成如图-1 所示，1、缓冲器2 、钢丝绳卡3 、缓冲器引出端钢丝绳4、挡车

13、栏绳网钢丝绳5 、挡车栏支架6 、挡车栏绳网架7、挡车栏提升机由挡车栏提升机、挡车栏提升限位传感器、脱扣器、柔性挡车栏、摩擦片式缓冲吸能器等部分组成。其工作原理是：当发生跑车事故时，矿车撞击挡车栏，脱扣器开口销受剪切力切断，脱扣器内传感器动作， 主控 PLC收到这一信号后发出报警保护命令，语音报警显示屏发出报警信号， 各道挡车栏均处于下放到位状态。与挡车栏相连的缓冲器通过克服自身摩擦力旋转将拦车绳网传过来的拉力吸收，从而实现对事故矿车的缓冲制动。1、挡车栏提升机驱动系统的选型电动机： YB90L-4（B3）型。其基本参数有：工作电压： 660V额定功率： 1.5KW同步转速： 1500 r/m

14、in额定转速： n1=1400 r/min转动惯量： 0.0080kg/mm满载时的电流： 2.10A效率因数： 0.79效率： 79%重量： 37 输出轴直径： 24 减速器： CW-80-31.5-I 型。其基本参数有：公称传动比： i=31.5额定输入功率： P=2.08kw额定输出转矩： T=299N.m输入轴直径： 24mm输出轴直径： 38mmn1140044.444r / min输出转速： n2= i31.5=0.74 r/s联轴器： HL2型弹性柱销联轴器YL7型凸缘联轴器轴承：轴承型号为61808轴承座：轴承座型号为HZ045键：普通平键 b ×h=8×

15、7底座：选择 10mm厚的钢板作为驱动系统的底座。滚筒设计：外径： 300 mm 内径： 280 mm 挡绳缘宽、高分别是 8 mm、10 mm。校核驱动系统的选型：要求系统在34 秒内提起 1800mm的距离 . 即 600mm/s滚筒转速： 44.444 r/m根据滚筒内径： 280 mm得出周长：879mm故得知绞车的线速度为 :0.74 × 879=6500mm/s。满足设计要求。2、挡车栏提升机安装布置图：四 挡车栏的设计计算1、挡车栏缓冲能量计算斜井跑车动能量计算受力分析如图 2 所示，斜井矿车受到重力 G和滚动摩擦力 f 作用，并在惯性力 f 的作用下下滑。矿车重力：

16、G=mg=12×104N矿车滚动摩擦系数：这里取=0.03 ；斜井倾角： 30°这里取 E=1MJ的冲击能量2、钢丝绳的选择钢丝绳的选择计算是设计中的关键环节之一。钢丝绳在运转中受有许多应力的作用和各种因素的影响，如静应力，动应力、弯曲应力、扭转应力、和挤压应力等，磨损和锈蚀也将损害钢丝绳的性能。我国是按煤炭安全规程的规定来设计的，其原因是：钢丝绳应按最大静载荷并考虑一定的安全系数来进行计算。挡车栏处选用型号 6×19（b）+FC，抗拉强度 1570MP,最小破断力 516KN，直径 26mm的钢丝绳。3、跑车速度的计算矿车发生跑车后，在重力的作用下沿斜井加速运动

17、，到达挡车栏处的速度 v k 和所需时间 t 的计算。 矿车从静止状态下（初速度为零）发生跑车时速度计算：挡车栏处的速度 v k由 vk22 LP 及gn (sincos ) 有v k2 gn LP (sincos)式中 LP 矿车从跑车点到挡车栏处的距离，m 斜井的倾角度 钢轨与矿车车轮之间的滚动摩擦系数，一般取0.01gn 重力加速度，取 g n 9.80665 m / s2 跑车所需时间 t1Vk=15.57m/sLp=25m =30° 0.01由 t12LP 有t 1=3.22svkt12L pg n (sincos )225=9.80665(0.50.013 2)= 3.2

18、2s不同倾角和跑车距离时的车速，列于下表5°8°10°15°20°25°30°LP Vk52.763.584.004.945.746.376.9683.504.535.076.257.268.058.80103.905.065.676.988.129.009.84154.786.196.948.569.9411.0312.05185.246.797.619.3710.8912.0813.20205.537.158.019.8811.4812.7313.92235.937.678.5910.5912.3113.6514.932

19、56.788.008.9611.0412.8414.2415.57矿车以初速度 v0 发生跑车时速度计算挡车栏处速度 vk由2aLp 及gn (sincos ) 有vk2v02vk2gn LP (sincos ) v0229.825 sin 30cos302.515.71m / s跑车所需时间2L P有由 t1 v0vk2L pt1cos ) v02v02gn LP (sin2252 9.8 25 sin 300.01cos302.522.52.7s4、挡车栏动作指令提前量的确定常闭式防跑车装置，需要确定矿车运行到挡车栏前多长距离发出挡车栏开启的信号。或者测速装置安装位置与挡车兰之间的合理距离

20、。这是有效地阻挡跑车的重要参数。挡车栏提起与落下时间t 2挡车栏的提起一般有两种情况：垂直提起，旋转提起。本方案采用垂直提起。则H t；s垂直提起时间： t2vt式中t 提升高度， mHVt 提升速度， m/s,n'Dvt,601000n - 绞车卷筒转速 , n'ni 1400156r / min25D- 绞车卷筒直径 ,200mm.得 :56200mvt=0.586601000s挡车栏动作提前量的确定L 0v1 t 2 s0式中 v 1 绞车下放矿车的速度， m/s；S0 富裕常数，m取决于挡车栏的可靠度和绞车安全保护装置的灵敏度，通常取 S0 =1.5 2.5m5、跑车作

21、用于挡车栏上的冲击力：作用于车挡上的冲击力是设计车挡和吸能制动器的主要依据，矿车与车挡的冲击力计算有两种情况。按一辆矿车计算冲击力串车与车挡相撞， 按一辆矿车相撞的情况计算作用于车挡上的冲击力，这是目前计算冲击力时广泛采用的方法。其理论基础在于，组成串车的矿车之间是以连接环相连接的，属于软连接，串车加速运行时，连接环是拉紧的，当第一辆矿车与车挡相撞的t 时间内，第二辆矿车由于矿车之间的间隙尚未撞击到第一辆Pj =200KN矿车，或者说，第二辆矿车撞击第一辆矿车的瞬间，第一辆矿车与车挡的撞击过程已经完成，同理，后一辆矿车撞击前一辆矿车P=185.7KN时，前一辆矿车的撞击过程已完成。因此，无论矿

22、车数多少，均以一辆矿车的冲击力为计算依据。一辆矿车作用在车挡上的冲击力PKQ式中 Q重车作用在车挡上的静力， NQ(Q 0Q 1 ) sincosgQ0 矿车自重； kgQ1 矿车载重； kg 斜行倾角； 轨道与矿车轮之间的滚动摩擦系数，=0.01g 重力加速度； g=9.8m/s 2Pj =202.44K 动荷系数，KNv2K1k1)g ncvk 矿车与车挡相撞时的速度；m/sc 车挡在静力Qx 作用下，整个装置的弹性变形；（c1234）QX 静力 Q沿车挡表面垂直方向的分力；NQxQ cos()车挡与铅垂线这间的锐角；度1 橡胶碰头的弹性变形；m2 车挡的弹性变形；m3 缓冲装置的弹性变形

23、；m4 主轴的弹性变形；m以多辆矿车计算冲击力P=57.84KN出现下面两种情况时， 要修正按一辆矿车计算冲击力的计算方法。当矿车之间的距离很小，出现重叠撞击的情况。由于矿车之间没有足够的间距， 当第一辆矿车与车挡的撞击Q=9640N过程尚未完成时，第二辆矿车就又撞击到第一辆矿车上，出现重叠撞击的情况。当矿车受到非正常阻力，出现整体撞击的情况。当第一辆矿车受到非正常阻力，速度减慢时，后面的矿车紧贴在前面的矿车上，会出现整体撞击车挡的情况。鉴于上述两种情况，计算冲击力时每两矿车都应考虑增加一个小于 1 的叠加系数，则作用于冲击力 Pj 为P jP (1234)； N式中 p 按一辆矿车与车挡相撞

24、计算的冲击力；Ni 每两矿车的叠加系数，对第 i 辆矿车， i1.10.2i（2i 5）作用于柔性挡车栏上的冲击力PP ( lvk2l)Qg nj式中 vk 矿车与车挡相撞时的速度；m/sQ 重车作用在车挡上的静力；Nj 在静力 Q作用下挡车栏上钢丝绳的静变形，j Ql ， m 2EFL 挡车栏中钢丝绳的长度，mE 钢丝绳的弹性模量， Pa；2F 承载钢丝绳的断面积，m。6、挡车栏的强度计算平行栅条式挡车栏是一种柔性挡车栏。在这种挡车栏中，钢丝绳直接承受矿车的冲击力，所以挡车栏强度的计算主要是计算钢丝绳的强度。挡车栏处选用型号6×19（ b） +FC，抗拉强度 1570MP,最小破断

25、力 516KN，直径 26mm的钢丝绳。设受力钢丝绳的根数为n，则每根钢丝绳所受的拉力PPj=200KN2nK41.66230.8式中 K 钢丝绳受力的不均匀系数，取K=0.8则PPj=200KN2nK41.66230.8钢丝绳强度校核mQ0 / Pm式中 m 钢丝绳的安全系数，一般取许用安全系m=3;Q0 钢丝绳的破断拉力总和，N。则mQ0 / P516 3 41.6637.153钢丝绳满足强度要求五防跑车的电气控制跑车防护装置电气控制是挡车装置能否可靠工作的重要组成部分。由于控制部分动作频繁，中间转换环节多，挡车装置又在操作者视野之外，而靠显示系统传递状态，更加增添了对可靠程度的要求。传感

26、元件是电气控制系统的核心部分，直接影响到挡车装置动作的可靠性和准确性。在本装置中使用PLC计数器。PLC由 CPU运算和控制中心，存储器，输入/ 输出接口，编程器组成。输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。输出接口电路工作过程：当内部电路输出数字信号 1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号 0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号

27、使负载动作或不动作。基本工作原理：PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式1每次扫描过程集中对输入信号进行采样, 集中对输出信号进行刷新。2输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。3一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。4元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。5扫描周期的长短由三条决定。 （ 1） CPU执行指令的速度（ 2）指令本身占有的时间（3）指令条数6由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入/ 输出滞后的现象，即输入 / 输出响应延迟。六端面摩擦缓冲器的设计计算缓冲吸能器中

28、的钢丝绳选用型号6×19（b）+FC，直径 22mm，抗拉强度 570MP,最小破断力 252KN。缓冲吸能器实质上也是一种制动器，在设计时需要确定的主要参数有，制动距离，制动力和制动减速度等。1、制动过程的动力学制动过程中，制动器所产生的制动力，可分为常数制动力和变数制动力，如图所示F1F2F(t)途中表示跑车与车挡相撞后收到的力系，F（t ）为制动力，F2 为摩擦阻力， F1 为下滑力， X 为座标横轴，由此可以列出矿车制动过程的方程式。m d 2 xF1F2F (t)dt 2即F (t ) F1F2m d 2 xdt 2式中m 矿车和车挡的质量； kgd 2 x2dt2矿车的减

29、速度； m/s显然，制动力F(t) 是一个变数，称变数制动力，如能求得，则制动减速度（ a(t)d 2 xdxdt2 ），矿车速度（ V (t )），制动距离dt（ s V (t)dt ）都 可一一求出， 但是，变数制动力在实际工作中较难确定，因此，可简化成常数制动力进行计算。设置动力 F 为常数，则矿车的减速度也为常数，并由下式决定a 1 (F F1 F2) m矿车的速度为V Vk1F2 ) t1(F F1vt0.586 mm式中 Vk矿车与车挡相撞时的矿车速度， m/ss制动距离为S Vk t1(F F1F2 ) t22m消去时间 t ，可得制动距离为Vk2mS2(FF1F2)制动时间为t

30、mVk(FF1F2)确定制动距离后，就可求得制动力F，进而求得制动时间。反之，由制动力也可求得制动距离和制动时间。2、工作原理防跑车缓冲装置的功能是吸收失控下滑矿车的动能，使之以一定范围的减速度平稳制动。现场使用的制动绳防跑车缓冲装置采用缓冲绳的弯曲变形能来吸收矿车的动能，限制减速度，通过调整螺栓的预紧力来调节缓冲绳的弯曲程度，以达到调整缓冲力的目的。目前已有学者对螺栓预紧力和缓冲力之间的理论关系进行推倒，但计算结果不够可靠，仍需要利用实验结果进行修正，缓冲力的大小很难精确调整。本文设计的缓冲装置采用摩擦制动的思路，利用端面摩擦制动原理吸收容器的动能。工作原理如图：PP1- 外制动盘； 2-

31、摩擦片； 3- 内制动盘端面摩擦缓冲器的制动部分由多组外制动盘1、摩擦片 2 和内制动盘 3 组成。工作时，内制动盘3 相对机架静止，外制动盘1 相对其转动，在轴向压紧力P 作用下。内、外制动盘与摩擦片2之间产生摩擦力，通过摩擦力做功抵消罐笼下坠的动能。采用端面摩擦的形式有效增大了接触面积，减小了接触比压，有利于提高摩擦材料的使用寿命，稳定摩擦材料的制动性能，从而使缓冲器具有稳定可靠的缓冲效果。3 结构设计根据上述工作原理，本文所设计的端面摩擦缓冲装置结构如下图 2：1、支座2、挡圈 3 、轴套4 、调力螺母5 、主轴6、O型橡胶密封圈7 、外制动片8 、卷筒9 、蝶形弹簧10、蝶形弹簧内定位

32、环11 、摩擦片12 、内制动片13、平键14 、内六角圆柱头螺钉15 、压绳板16 、钢丝绳19、蝶形弹簧挡圈如上图所示，端面摩擦缓冲装置包括轴向固定的调力螺母，轴两端为螺纹结构，且一端螺纹之上为方头，以便于安装。轴上有对称的两个轴套， 两轴套之间装有碟形弹簧和弹簧内径定位圈，轴套一端为方形凸缘与底座和外壳的方形孔槽配合，其上还有环形槽以便密封圈嵌入；底座中间有螺纹孔，实现轴与底座之间通过螺纹连接固定；内制动盘和轴套相啮合，外制动盘与卷筒内壁键槽相啮合，摩擦片、外制动盘与内制动盘依次交替安装；卷筒和轴套的配合处装有环套，嵌有密封圈，缓冲绳缠绕在卷筒上，通过卷筒上的压绳块来固定。缓冲装置工作时

33、，通过调节轴端的调力螺母压紧碟形弹簧，从而对内外制动盘及摩擦片之间施加需要的正压力。正压力的大小可由调力盘的刻度得出。当提升钢丝绳断裂发生跑车时，挡车栏将缓冲绳抽出，缓冲绳拉动卷筒及与之啮合的外制动盘一起转钢丝绳强度满足动，同时内制动盘与轴套啮合保持静止，在压紧力的作用下，内、 要求外制动盘与摩擦片相互运动产生摩擦制动力，从而矿车在发生断绳事故时具有缓冲作用而安全停车。4. 参数选择缓冲减速度的取值为了保证罐笼的平稳停止，确保生命安全，在制动过程中罐笼不产生剧烈振荡或严重倾斜， 原煤炭厅行业标准 MT355-1994对制动绳防跑车的制动技术性能提出了明确的要求，对涉及到制动性能的有关技术条件作

34、了如下规定：第 3.5.3 条规定：防跑车制动过程中，在最小终端载荷下，罐笼的减速度不应大于50 m / s2 （即 5g）；当罐笼提升速度超过210 m / s 减速度不应大于30m / s （即 3g）；在最大终端载荷下，罐2笼的减速度不应小于 10 m / s （即 1g）；当最大终端载荷与最小终端载荷的比值大于 3 时，减速度不应小于 5（即 0.5 ）。第 4.5.1.1 条规定：首先进行了缓冲器阻力的调整，调整后防跑车的制动力应符合下式的要求：2.5mg F 4mk g（2-5）式中 F- 防跑车的制动力， N；m 满载矿车的质量，；mk 空车的质量，。缓冲减法速度由式 2-5 可

35、得，缓冲装置制动力F 取值：167KN F 196KN（2-11 ）取 F 为 196KN，最小终端载荷下，由下式aa F / Qmin1 g（2-12）得罐笼减速度 a 2.9g5g ，最大终端载荷下：aF / Qmax1 g（2-13）得罐笼减速度 a 1.04 g1g ，符合 2.3.1节中 MT355-1994的要求。（一）钢丝绳及压绳板的选择计算1. 本例中选取两个端面摩擦缓冲器对称布置，因此每根钢丝绳承受拉力 Fw 由下式FwF / 4得 Fw49KN ，选取钢丝绳型号6× 19（b）+FC，直径 22mm，抗拉强度 1570MP, 纤维芯钢丝绳，最小破断拉力 F f 为

36、 217KN，则钢丝绳许用拉力 F 为FFfkn其中 k 不平均系数，式中取1.15 ；n 安全系数，式中取3。由此得F 73.04KN Fw ，钢丝绳强度满足要求2. 根据钢丝绳的直径选择压板如下：钢丝绳直径为 22mm ，选择压板序号为6 的压板，各尺寸如下表所示：D328mmd1306mm根据欧拉公式得绳尾拉力F62.5d2 246mm1443.64NF拉e0.15 4 2 3.14e式中 F绳所受到的冲击力压板与绳之间的摩擦系数，取0.15包角PF取 P2000N选择四个压绳板 .（二）卷筒的设计计算1. 结构形式缓冲装置工作时，钢丝绳带动卷筒高速旋转，同时要求卷筒带动外制动盘同时运动

37、，以产生摩擦制动力，因此卷筒的结构设计采取图 4 的形式：如上图所示，卷筒选用铸钢材料制成，成圆筒状，缓冲绳缠绕其上，卷筒内表面有多个轴向花键通槽，而外制动盘的外圆上有多个凸块，与卷筒上的花键槽相配合，在卷筒旋转时可带动其一起运动。缓冲器工作时，钢丝绳带动卷筒高速旋转，为此在卷筒与轴套配合处设计了环形结构，以避免在卷筒告诉旋转时出现金属咬合现象。2. 材料卷筒选用 45 号钢材料制成，调制处理，查得ca350Mpa ,b598Mpa , 选用安全系数 ns2.因其为塑性材料，S=8ms353ns176.5Mpa2满足要求3. 确定卷筒各部分尺寸根据所选钢丝绳的直径初定卷筒壁厚为 22 mm，由

38、于要在卷筒内壁轴向加工5 个 10×40 mm的花键通槽，因此卷筒壁厚增加满足强度为 30mm，可得卷筒的名义直径为：Dhd20142220328mm卷筒外径d1 = 328 22 = 306 mm卷筒内径d2 = 306 60 = 246 mm卷筒外径周长C =3.14 * 3060.96 m因为要使串车在 8m内制动，则卷筒缠绕钢丝绳的圈数n 必须满足下式n >SC 80.968.3取 n=12 圈则缠绕钢丝绳的长度l= n*c =12*0.96 =11.52 m钢丝绳在卷筒上缠绕3 层4. 受力分析：卷筒受到的扭矩TED 2221162.5 306 23311625N m

39、卷筒受到的弯矩MFl62.522 45500N m绘制 卷筒 的弯矩和扭矩图5. 按弯扭合成强度校核卷筒的强度当量弯矩M caM 2T 25500 211625 223328 .05N m抗弯摸量W2865262mm3得卷筒受到的应力M ca23328 .05 103ca2886526210.75MPaW（三）摩擦片的设计计算1. 摩擦材料的选择摩擦元件是缓冲器主要组成部分的可心，摩擦材料的性能直接影响缓冲制动的过程，其工作温度和温升速度是影响性能的主要因素，而这些又取决于摩擦副的工作条件。缓冲器工作时，吸收的能量大，而完成的缓冲制动时间越短，则温升越高，如果摩擦材料超过其许用工作温度，性能就

40、会显著恶化，所以摩擦材料的选择至关重要。缓冲器对摩擦材料的要求如下：摩擦材料应当具有足够而稳定的摩擦系数值（ 0.2-0.6 ），外界条件（如制动速度、压力、温度、环境介质等）改变时对其影响要小，且动、静摩擦系数相差不大。对防跑车缓冲器来说，摩擦系数越大，则缓冲器整体结构可设计的更加紧凑，有利于在井筒或井塔上安装布置。但摩擦系数大反过来又会导致可能发生的摩擦材料磨损加剧，从而降低缓冲器的重复使用性能并影响其寿命，缓冲装置在制动过程中，摩擦系数保持一定的稳定值相当重摩擦片满足要，为了评定摩擦性能的稳定性，可用以下两个专用系数加以限要求制：cp /max（2-6）min /max（2-7 ）式中

41、摩擦系数稳定系数； 摩擦系数变化系数；cp 平均摩擦系数；min 最小摩擦系数；max 最大摩擦系数。缓冲装置摩擦性能稳定性判据：摩擦系数的稳定系数>0.9;摩擦系数的变化系数>0.8 。摩擦材料应具有较高的耐磨性，虽然缓冲器不处于频繁制动工况，只是偶尔动作一次，但考虑到缓冲器的重复使用要求，因此要求摩擦材料的耐磨性要好。摩擦材料要有一定的高温机械强度和良好的导热性，热容量要大。摩擦材料对内、外制动盘表面损伤要小，磨合性好但又不发生严重粘着作用。对摩擦材料的选择要考虑经济性以及原材料来源要充裕，价格便宜且加工制造工艺简单。结合以上要求，选择一种采用耐热高强树脂基、增强纤维和矿用填料

42、，经过原料混合、摸具加热压制、后期热处理制成的新型摩阻材料环保无石棉树脂作为摩擦材料，其对钢的动摩擦系数（ 100 -200 ）为 0.2-0.4 ，许用表面温度不超过 1200，许用比压（干式） p 5.88 n / mm 2 。设每个缓冲器的制动力为F，轴向压紧力为N摩擦片上的摩擦力矩为233TZ PR2R1式中 Z摩擦面数摩擦系数，取0.2P 摩擦面上的压力，MPa；NNPR22R12AR1 摩擦片工作面的内半径，mR2 摩擦片工作面的外半径，m得设摩擦系数0.3 ，设计摩擦片厚度t=2mm,个数 n=18，可产生有效的制动力矩N3D d R22R12F4zR23R13式中， D、d、R

43、2、R1、z 均为定值，若为某一定值，则给定一个 N 值，则有唯一的 F 与之对应，即 N 与 F 成线性关系，因此，只要调整轴向压紧力，就可以得到合适的制动力。摩擦片磨损寿命分析根据样机的结构设计，每个摩擦片在厚度方向上最大允许磨去 1mm，其磨损限度内摩擦片的总体积为Vz ( R22R12 )摩擦材料的使用寿命可按下式计算：VnWKW式中 n 使用寿命内的重复使用次数；V 磨损限度内摩擦片的总体积；3mmW 制动一次的滑摩功， NmK3w 摩擦片的磨损率， mm/(N.m)取KW510 1053/ （N.m）mmNN2 =13836.53 0.3168MPaP2382.5AR2R13.14

44、 151<p摩擦片满足要求（四）制动片的计算1. 外制动盘的材料采用 45 号钢2. 外制动盘的结构外制动盘为圆环形状3. 外制动盘的校核一个摩擦片产生的力矩：MN * R * 2160000.30.1042998 N m每个齿受到的力T1F1300 NR6F1300A16.25MPa2* 40满足要求选45号钢s 353 176.5Mpa ns 248.75176.5满足要求（五）轴套的计算1. 结构形式挡车栏被撞击时，缓冲装置通常要承受很大的制动力，在这种情况下，轴便是关键受力部件，由于矿井提升设备安全系数较高，为保证强度足够，轴的尺寸便不可避免的增大，甚至会导致整机尺寸过大超出安装

45、空间要求。因此，在端面缓冲装置的设计中采取的轴套的形式，结构图见图 3：M=该轴套满足强度要求如上图所示，轴套左端有一方形凹槽，与支座上的方形凸缘相配合，通过设计合适的公差尺寸，使缓冲装置工作时缓冲绳所承受的拉力以及卷筒旋转产生的摩擦制动力矩大部分由轴套承担，大大改善了轴的受力情况。另外由 A-A 视图可见，轴套外缘为六棱柱结构，与内制动盘的六边形内孔相啮合，从而保证内制动盘工作时保证静止。轴套外圈有环形槽，以便在与卷筒配合处嵌入密封圈，在矿井淋水的恶劣环境下，防止制动盘和碟形弹簧的锈蚀，保证制动力大小基本不变，达到设计要求。2. 材料由于轴套承担大部分的压力及扭矩，受力情况复杂，因此轴套材料

46、的选择及处理关系到整个缓冲装置的工作情况。本装置中轴套选用 45 号钢，调质处理后布氏硬度达 330-380HB。根据德国标准 DIN50150，可估算出常用刚才抗拉强度 b 与布氏硬度之间的对应关系。当布氏硬度在 330-380HB之间时，所对应的抗拉强度 b 达 1100-1290Mpa，常用碳素钢的屈强比为0.6-0.65 ，因此根据下式s =0.6b得到轴套材料的屈服强度约为600Mpas 774 Mpa取安全系数 n s =2，由式s / ns得轴套材料的许用应力 为330 Mpa 387 Mpa3. 初定轴套厚为 35mm，外径 d1 135mm,内径 d2 65mm4. 受力分析：轴套受轴向压力F016KN , 得压应力F01641031.15MPad12d22135265 24该轴满足强度要求受到的弯矩MMFL62.5 284 / 217750 N m受到的扭矩 TTFD62.6 32810250 N m22绘制轴套的弯矩和扭矩图如上页所示5. 按弯扭合成强度校核轴套的强度抗弯摸量W=0.1d13 14=0.1*1353 (165/135 4 )当量弯矩M caM 2222T55001162518325 .05N m得到轴套受到的应力M ca18325 103ca5.68MPaW28865262（六）轴的计算1. 轴的材料本装置中轴选用4