矿井提升机盘式制动器设计

贾玉景，代颖军

(1.湖州师范学院，浙江湖州 313000；2.上海航天动力技术研究所，浙江湖州 313000）

矿井提升机盘式制动器设计

贾玉景1，代颖军2

(1.湖州师范学院，浙江湖州 313000；2.上海航天动力技术研究所，浙江湖州 313000）

介绍了矿井提升机盘式制动器的研究现状、控制系统特点，设计一个盘式制动器，介绍其工作原理。制动系统的液压油路，选用两支路并联供油，四油缸制动，一条支路设置单向节流阀，使该支路的制动稍微延后一些，实现了二级制动，工作更平稳。该盘式制动器为常闭式设计，安全可靠；制动器动作灵敏；安装位置灵活，使用、调整、维修简单。

盘式制动；液压传动；制动闸；制动管路

盘式制动器是矿井提升机的重要安全装置，它具有惯量小、动作快、灵敏度高、制动力矩可调等优

点［1］。目前生产的矿井提升机大都采用盘式制动器，特别是在多绳摩擦提升机上几乎全部采用盘式制动器。由于制动器制动性能与制动力矩有关，而制动力矩的大小又直接影响矿井提升的安全性，因此，国内外学者都十分重视对制动器制动性能的研究［1］。大多数研究仅考虑如何调定制动力矩以使系统紧急制动时不发生钢丝绳滑动，而对制动器本身的摩擦制动特性研究甚少，这也是盘式制动器研究难以进一步深入下去的关键所在。

现有盘式制动器种类很多，按其结构类型可分为钳盘式、全盘式、锥盘式和载荷自制盘式制动器4种；按驱动力源可分为电力液压驱动、液压驱动和气压驱动。

以上各类制动器在运行过程中，都有较好的液压

系统和电力系统与之配合，以使制动系统安全可靠、操作方便、运行稳定，使提升机运行的安全性大大提高，能更好地保护工作人员的生命安全、减少安全事故发生和提高矿业生产效率。制动控制器一般可用继电器控制、微机 (单片机）控制和PLC控制。继电器控制的矿井提升机制动系统属于“完全固定模式型”，其控制模式不可调，一旦继电器出现故障，控制系统将完全瘫痪，制动器停止动作，甚至会造成严重的后果。而用PLC控制则有着继电器所不能达到的众多优点，所以更多采用安全可靠的PLC来控制盘式制动器［2］。

1 盘式制动器的工作原理与基本结构

1.1 结构组成

盘式制动器结构组成如图1所示。

图1 盘式制动器结构示意图

盘式制动器主要由制动器架体、外缸筒、油缸、活塞、密封圈、蝶形弹簧、连接轴、制动衬垫、闸盘、液压管路等部分组成。

1.2 工作原理

提升机制动器一般由执行系统、驱动系统、控制系统等组成，主要零部件有制动闸片、制动衬垫、制动缸体、活塞、碟形弹簧和液压管路等。制动器通过碟形弹簧和液压动力来驱动机械部件的运转，达到制动的功能。泵体固定在制动器的底板上，部分制动器用一个泵体控制两侧的闸片；部分制动器用两个泵体分别装在制动盘的两侧，控制各自的闸片［3］。盘式制动器工作原理如图2所示，提升机制动时，蝶形弹簧的预压力迫使活塞向制动盘移动，将制动闸片推出，使闸片与卷筒的制动盘接触，并产生正压力，形成摩擦力而产生制动［4］。提升机制动系统松开闸时，油缸腔中充入压力油，使活塞压缩蝶形弹簧，并带动闸片向后移动离开制动盘，解除制动力。这样的工作方式安全可靠，保证提升机系统突然停电或发生其他意外时，制动器处于制动状态，避免意外事故发生。制动闸片嵌合在泵体外部的槽中，并用压板、螺钉固定。控制系统则是通过对驱动系统进行控制，使执行系统按照预定的要求进行操作。

图2 盘式制动器工作原理图

2 制动管路方案选择

制动管路将液压泵站提供的液压油传递到制动油缸中，给活塞加压，通过活塞压缩蝶形弹簧，使制动器脱离制动状态。制动系统的液压油路设计方式有多种［1］。在此设计中，选用两支路并联供油，四油缸制动。其液压油路布置如图3所示，总管路分支为1、2两个支路，每个液压支路给斜对角的两副制动油缸供油，两个支路上接单向节流阀，使得1、2两个支路所控制的制动油缸在制动的时候，支路2供油的一组制动油缸的制动会比支路1供油的一组制动油缸的制动稍微延后一些，这样就实现了二级制动，设计上更加符合《煤矿安全规程》的要求。

图3 制动系统盘式制动闸分布及液压管路布置

3 盘式制动器的性能要求

随着科技的进步，盘式制动器设计也在向着安全可靠、运行稳定、操作方便、故障率小、实用性强和应用广泛的方向发展。

驱动方面。对于液压驱动的制动器，采用双液压站、双油路，具备双液压站并联运行、单液压站之间互相备用等运行方式。这样不但有了良好的液压回油油路，使液压油流动通畅，不易受阻，而且当其中一个液压站出现问题停止工作时，另一个液压站会马上响应，进行制动或松闸，以保障提升机设备安全制动和正常运行［5］。

制动方面。结构的设计要求越来越高，在制动力矩方面，要求静态制动安全系数大于等于3倍的最大静张力。这样可使正常停车时制动稳定、安全，在制动时，提升吊笼加速度值适中，冲击力小，运行平稳。在施工安全方面，具有各种载荷和提升状态下的无滑绳设计，即当吊笼突然下坠或紧急制动时，要达到应有的制动效果，保障施工人员的生命安全。在制动平稳和运行可靠方面，具有恒减速和恒力矩的安全制动，系统可根据工况自动切换，能够在不同载荷、不同运行方向、不同位置情况下，自动实现预定减速度的安全制动。

监测方面。要求制动系统具有自动测试、监测重要液压阀和储能器的功能，并为每个制动器配置模拟气隙传感器，准确在线监测闸片气隙，以便及时发现制动潜在问题；具有友好的人机界面，显示系统各种重要参数，如油压、闸气隙、弹簧疲劳、油位、油温、制动状态和故障信息等，并可方便地进行系统测试。机械结构方面，采用组合阀块，使液压站器件连接简单，结构优化，易于维护。

4 结论

(1）该制动器为常闭式设计，提升机不工作状态，制动器处于制动状态，防止意外事故发生，安全可靠。

(2）制动器靠特制碟簧施加制动力，液压驱动松闸。制动器制动动作灵敏，制动闸片闭合时间短。

(3）制动闸片材料选用石棉硬质摩擦衬垫，摩擦因数稳定，不损伤制动盘且对水介质和盐雾不敏感。

(4）安装位置灵活，使用、调整、维修简单。

［1］闻邦椿.机械设计手册:第3卷［M］.5版.北京:机械工业出版社，2010.

［2］程广振，郑运廷.托辊加工专用机PLC控制系统设计［J］.机械设计与制造，2006(1）:152-153.

［3］许福玲，陈尧明.液压与气压传动［M］.3版.北京:机械工业出版社，2007.

［4］濮良贵，纪名刚.机械设计［M］.8版.北京:高等教育出版社，2006.

［5］程广振，江桂兰.矿井提升机润滑油压力和油箱液位指示报警系统的设［J］.工矿自动化，2010(9）:97－99.

［6］贾玉景.回转工作台槽轮分度机构设计［J］.机床与液压，2011，39(8）:56－57.

Design of Disc Brake for Mine Hoist

JIA Yujing1，DAIYingjun2
(1.Huzhou Teachers College，Huzhou Zhejiang 313000，China；2.Shanghai Institute of Space Power Technology，Huzhou Zhejiang 313000，China）

The research status and the features of the disc brakes ofmine hoist were described.A kind of disc brake was designed.The hydraulic circuit of the braking system was chose two-way parallel oil supply and four oil cylinder brake.In one oil-way，a one-way throttle was set，making the oil-way brake slightly delayed，so two stage braking was achieved and work wasmore stable.This disc brake is normally closed，it is safe and reliable，sensitive in action and has flexible installation location.It is easy to use，adjust and maintain.

Disc brake；Hydraulic transmission；Brake；Brake lines

TH136

A

1001－3881(2014）10－057－2

10.3969/j.issn.1001-3881.2014.10.017

2013－04－22

贾玉景 (1962—），学士，副教授，主要从事力学、机械设计与控制方面的教学和科研工作。E－mail:jyjng@126.com。