斜井常閉式防跑車裝置設(shè)計(jì)說明書

1、題目：斜井常閉式防跑車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)院系專業(yè)：機(jī)械工程及自動(dòng)化姓名：唐曉燕指導(dǎo)老師：韓振鐸完成時(shí)間：2007-11-23目錄一設(shè)計(jì)任務(wù)書·······························第 3頁二摘要·······

2、;······························第 4頁三防跑車機(jī)構(gòu)的組成·················

3、3;·······第 5頁四擋車欄的設(shè)計(jì)計(jì)算·························第 7頁五防跑車的電氣控制·············&#

4、183;···········第 14 頁六端面摩擦緩沖器的設(shè)計(jì)· ····················第 15 頁1、鋼絲繩及壓繩板的選擇計(jì)算· ··········

5、;·· 第 19頁2 、卷筒的設(shè)計(jì)計(jì)算························第 21 頁3 、摩擦片的設(shè)計(jì)計(jì)算··················&#

6、183;···第 24 頁4 、制動(dòng)片的計(jì)算··························第 27 頁5 、軸套的計(jì)算···············

7、83;············第 28 頁6、軸的計(jì)算······························第 31 頁7、調(diào)力螺母的計(jì)算···

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

9、183;······第 33 頁七設(shè)計(jì)心得·································第 36 頁八參考文獻(xiàn)······

10、3;··························第 37 頁一 設(shè)計(jì)任務(wù)書題目：防跑車裝置的設(shè)計(jì)1 、設(shè)計(jì)條件1）機(jī)器功用針對(duì)斜井跑車事故的防護(hù)裝置，當(dāng)?shù)V車跑車時(shí)，使擋車欄實(shí)現(xiàn)可靠攔截，避免事故的發(fā)生。2）工作情況常閉式3）運(yùn)行要求可靠性較高4）生產(chǎn)批量小批生產(chǎn)5）生產(chǎn)廠型小型機(jī)械廠2、原始數(shù)據(jù)發(fā)生跑車時(shí)的沖擊能量E=1 10 6

11、 J礦井原始參數(shù)斜井跑車的自然條件設(shè)定：斜井傾斜度設(shè)定為30斜井跑車的總質(zhì)量：串車規(guī)定最多為6 輛，每輛滿載時(shí)的質(zhì)量位2000Kg，總質(zhì)量為 12000kg。變坡點(diǎn)與擋車欄的距離設(shè)定為30m。絞車最大提升速度為2.8m/s 。3、設(shè)計(jì)內(nèi)容1 ）總體結(jié)構(gòu) 2 ）緩沖器各部分結(jié)構(gòu)組成 3 ）系統(tǒng)圖、安裝圖、零件圖總量為零號(hào)圖紙二 摘要礦井軌道運(yùn)輸是煤礦生產(chǎn)的重要組成部分，高效的運(yùn)輸系統(tǒng)對(duì)于煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。據(jù)統(tǒng)計(jì)運(yùn)輸事故是僅次于頂板事故的第二大事故，其中串車運(yùn)行中因斷繩、脫銷、連接裝置斷裂等原因造成串車與主提升鋼絲繩脫離跑車事故占運(yùn)輸事故的22.1%，因此對(duì)煤礦斜井跑車事故進(jìn)行有效的預(yù)防十

12、分必要。本系統(tǒng)是針對(duì)斜井跑車事故的防護(hù)裝置， 其工作方式為常閉式。常閉式跑車防護(hù)裝置是目前可靠性較高的安全設(shè)施，它由以下幾部分組成：主控箱，車位、車速監(jiān)測(cè)傳感器，主提升繩滑輪繩壓傳感器，柔性擋車欄、擋車欄提升機(jī)，語音報(bào)警顯示屏，摩擦片式緩沖吸能器。擋車欄處于經(jīng)常關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)串車以正常速度到達(dá)擋車欄上方監(jiān)測(cè)位置時(shí)擋車欄自動(dòng)升起。串車通過后到達(dá)擋車欄下方監(jiān)測(cè)位置后擋車欄自動(dòng)下落。當(dāng)?shù)V車超速（跑車、溜車）時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)通過對(duì)礦車速度和主提升繩滑輪處的壓力監(jiān)測(cè)使擋車欄實(shí)現(xiàn)可靠攔截，避免事故的發(fā)生。三 防跑車機(jī)構(gòu)的組成防跑車機(jī)構(gòu)的構(gòu)成如圖-1 所示，1、緩沖器2 、鋼絲繩卡3 、緩沖器引出端鋼絲繩4、擋車

13、欄繩網(wǎng)鋼絲繩5 、擋車欄支架6 、擋車欄繩網(wǎng)架7、擋車欄提升機(jī)由擋車欄提升機(jī)、擋車欄提升限位傳感器、脫扣器、柔性擋車欄、摩擦片式緩沖吸能器等部分組成。其工作原理是：當(dāng)發(fā)生跑車事故時(shí)，礦車撞擊擋車欄，脫扣器開口銷受剪切力切斷，脫扣器內(nèi)傳感器動(dòng)作， 主控 PLC收到這一信號(hào)后發(fā)出報(bào)警保護(hù)命令，語音報(bào)警顯示屏發(fā)出報(bào)警信號(hào)， 各道擋車欄均處于下放到位狀態(tài)。與擋車欄相連的緩沖器通過克服自身摩擦力旋轉(zhuǎn)將攔車?yán)K網(wǎng)傳過來的拉力吸收，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)事故礦車的緩沖制動(dòng)。1、擋車欄提升機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選型電動(dòng)機(jī)： YB90L-4（B3）型。其基本參數(shù)有：工作電壓： 660V額定功率： 1.5KW同步轉(zhuǎn)速： 1500 r/m

14、in額定轉(zhuǎn)速： n1=1400 r/min轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 0.0080kg/mm滿載時(shí)的電流： 2.10A效率因數(shù)： 0.79效率： 79%重量： 37 輸出軸直徑： 24 減速器： CW-80-31.5-I 型。其基本參數(shù)有：公稱傳動(dòng)比： i=31.5額定輸入功率： P=2.08kw額定輸出轉(zhuǎn)矩： T=299N.m輸入軸直徑： 24mm輸出軸直徑： 38mmn1140044.444r / min輸出轉(zhuǎn)速： n2= i31.5=0.74 r/s聯(lián)軸器： HL2型彈性柱銷聯(lián)軸器YL7型凸緣聯(lián)軸器軸承：軸承型號(hào)為61808軸承座：軸承座型號(hào)為HZ045鍵：普通平鍵 b ×h=8×

15、7底座：選擇 10mm厚的鋼板作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的底座。滾筒設(shè)計(jì)：外徑： 300 mm 內(nèi)徑： 280 mm 擋繩緣寬、高分別是 8 mm、10 mm。校核驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選型：要求系統(tǒng)在34 秒內(nèi)提起 1800mm的距離 . 即 600mm/s滾筒轉(zhuǎn)速： 44.444 r/m根據(jù)滾筒內(nèi)徑： 280 mm得出周長(zhǎng)：879mm故得知絞車的線速度為 :0.74 × 879=6500mm/s。滿足設(shè)計(jì)要求。2、擋車欄提升機(jī)安裝布置圖：四 擋車欄的設(shè)計(jì)計(jì)算1、擋車欄緩沖能量計(jì)算斜井跑車動(dòng)能量計(jì)算受力分析如圖 2 所示，斜井礦車受到重力 G和滾動(dòng)摩擦力 f 作用，并在慣性力 f 的作用下下滑。礦車重力：

16、G=mg=12×104N礦車滾動(dòng)摩擦系數(shù)：這里取=0.03 ；斜井傾角： 30°這里取 E=1MJ的沖擊能量2、鋼絲繩的選擇鋼絲繩的選擇計(jì)算是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。鋼絲繩在運(yùn)轉(zhuǎn)中受有許多應(yīng)力的作用和各種因素的影響，如靜應(yīng)力，動(dòng)應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、和擠壓應(yīng)力等，磨損和銹蝕也將損害鋼絲繩的性能。我國(guó)是按煤炭安全規(guī)程的規(guī)定來設(shè)計(jì)的，其原因是：鋼絲繩應(yīng)按最大靜載荷并考慮一定的安全系數(shù)來進(jìn)行計(jì)算。擋車欄處選用型號(hào) 6×19（b）+FC，抗拉強(qiáng)度 1570MP,最小破斷力 516KN，直徑 26mm的鋼絲繩。3、跑車速度的計(jì)算礦車發(fā)生跑車后，在重力的作用下沿斜井加速運(yùn)動(dòng)

17、，到達(dá)擋車欄處的速度 v k 和所需時(shí)間 t 的計(jì)算。 礦車從靜止?fàn)顟B(tài)下（初速度為零）發(fā)生跑車時(shí)速度計(jì)算：擋車欄處的速度 v k由 vk22 LP 及gn (sincos ) 有v k2 gn LP (sincos)式中 LP 礦車從跑車點(diǎn)到擋車欄處的距離，m 斜井的傾角度 鋼軌與礦車車輪之間的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，一般取0.01gn 重力加速度，取 g n 9.80665 m / s2 跑車所需時(shí)間 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不同傾角和跑車距離時(shí)的車速，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礦車以初速度 v0 發(fā)生跑車時(shí)速度計(jì)算擋車欄處速度 vk由2aLp 及gn (sincos ) 有vk2v02vk2gn LP (sincos ) v0229.825 sin 30cos302.515.71m / s跑車所需時(shí)間2L P有由 t1 v0vk2L pt1cos ) v02v02gn LP (sin2252 9.8 25 sin 300.01cos302.522.52.7s4、擋車欄動(dòng)作指令提前量的確定常閉式防跑車裝置，需要確定礦車運(yùn)行到擋車欄前多長(zhǎng)距離發(fā)出擋車欄開啟的信號(hào)?；蛘邷y(cè)速裝置安裝位置與擋車蘭之間的合理距離

20、。這是有效地阻擋跑車的重要參數(shù)。擋車欄提起與落下時(shí)間t 2擋車欄的提起一般有兩種情況：垂直提起，旋轉(zhuǎn)提起。本方案采用垂直提起。則H t；s垂直提起時(shí)間： t2vt式中t 提升高度， mHVt 提升速度， m/s,n'Dvt,601000n - 絞車卷筒轉(zhuǎn)速 , n'ni 1400156r / min25D- 絞車卷筒直徑 ,200mm.得 :56200mvt=0.586601000s擋車欄動(dòng)作提前量的確定L 0v1 t 2 s0式中 v 1 絞車下放礦車的速度， m/s；S0 富裕常數(shù)，m取決于擋車欄的可靠度和絞車安全保護(hù)裝置的靈敏度，通常取 S0 =1.5 2.5m5、跑車作

21、用于擋車欄上的沖擊力：作用于車擋上的沖擊力是設(shè)計(jì)車擋和吸能制動(dòng)器的主要依據(jù)，礦車與車擋的沖擊力計(jì)算有兩種情況。按一輛礦車計(jì)算沖擊力串車與車擋相撞， 按一輛礦車相撞的情況計(jì)算作用于車擋上的沖擊力，這是目前計(jì)算沖擊力時(shí)廣泛采用的方法。其理論基礎(chǔ)在于，組成串車的礦車之間是以連接環(huán)相連接的，屬于軟連接，串車加速運(yùn)行時(shí)，連接環(huán)是拉緊的，當(dāng)?shù)谝惠v礦車與車擋相撞的t 時(shí)間內(nèi)，第二輛礦車由于礦車之間的間隙尚未撞擊到第一輛Pj =200KN礦車，或者說，第二輛礦車撞擊第一輛礦車的瞬間，第一輛礦車與車擋的撞擊過程已經(jīng)完成，同理，后一輛礦車撞擊前一輛礦車P=185.7KN時(shí)，前一輛礦車的撞擊過程已完成。因此，無論礦

22、車數(shù)多少，均以一輛礦車的沖擊力為計(jì)算依據(jù)。一輛礦車作用在車擋上的沖擊力PKQ式中 Q重車作用在車擋上的靜力， NQ(Q 0Q 1 ) sincosgQ0 礦車自重； kgQ1 礦車載重； kg 斜行傾角； 軌道與礦車輪之間的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，=0.01g 重力加速度； g=9.8m/s 2Pj =202.44K 動(dòng)荷系數(shù)，KNv2K1k1)g ncvk 礦車與車擋相撞時(shí)的速度；m/sc 車擋在靜力Qx 作用下，整個(gè)裝置的彈性變形；（c1234）QX 靜力 Q沿車擋表面垂直方向的分力；NQxQ cos()車擋與鉛垂線這間的銳角；度1 橡膠碰頭的彈性變形；m2 車擋的彈性變形；m3 緩沖裝置的彈性變形

23、；m4 主軸的彈性變形；m以多輛礦車計(jì)算沖擊力P=57.84KN出現(xiàn)下面兩種情況時(shí)， 要修正按一輛礦車計(jì)算沖擊力的計(jì)算方法。當(dāng)?shù)V車之間的距離很小，出現(xiàn)重疊撞擊的情況。由于礦車之間沒有足夠的間距， 當(dāng)?shù)谝惠v礦車與車擋的撞擊Q=9640N過程尚未完成時(shí)，第二輛礦車就又撞擊到第一輛礦車上，出現(xiàn)重疊撞擊的情況。當(dāng)?shù)V車受到非正常阻力，出現(xiàn)整體撞擊的情況。當(dāng)?shù)谝惠v礦車受到非正常阻力，速度減慢時(shí)，后面的礦車緊貼在前面的礦車上，會(huì)出現(xiàn)整體撞擊車擋的情況。鑒于上述兩種情況，計(jì)算沖擊力時(shí)每?jī)傻V車都應(yīng)考慮增加一個(gè)小于 1 的疊加系數(shù)，則作用于沖擊力 Pj 為P jP (1234)； N式中 p 按一輛礦車與車擋相撞

24、計(jì)算的沖擊力；Ni 每?jī)傻V車的疊加系數(shù)，對(duì)第 i 輛礦車， i1.10.2i（2i 5）作用于柔性擋車欄上的沖擊力PP ( lvk2l)Qg nj式中 vk 礦車與車擋相撞時(shí)的速度；m/sQ 重車作用在車擋上的靜力；Nj 在靜力 Q作用下?lián)踯嚈谏箱摻z繩的靜變形，j Ql ， m 2EFL 擋車欄中鋼絲繩的長(zhǎng)度，mE 鋼絲繩的彈性模量， Pa；2F 承載鋼絲繩的斷面積，m。6、擋車欄的強(qiáng)度計(jì)算平行柵條式擋車欄是一種柔性擋車欄。在這種擋車欄中，鋼絲繩直接承受礦車的沖擊力，所以擋車欄強(qiáng)度的計(jì)算主要是計(jì)算鋼絲繩的強(qiáng)度。擋車欄處選用型號(hào)6×19（ b） +FC，抗拉強(qiáng)度 1570MP,最小破斷

25、力 516KN，直徑 26mm的鋼絲繩。設(shè)受力鋼絲繩的根數(shù)為n，則每根鋼絲繩所受的拉力PPj=200KN2nK41.66230.8式中 K 鋼絲繩受力的不均勻系數(shù)，取K=0.8則PPj=200KN2nK41.66230.8鋼絲繩強(qiáng)度校核mQ0 / Pm式中 m 鋼絲繩的安全系數(shù)，一般取許用安全系m=3;Q0 鋼絲繩的破斷拉力總和，N。則mQ0 / P516 3 41.6637.153鋼絲繩滿足強(qiáng)度要求五防跑車的電氣控制跑車防護(hù)裝置電氣控制是擋車裝置能否可靠工作的重要組成部分。由于控制部分動(dòng)作頻繁，中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多，擋車裝置又在操作者視野之外，而靠顯示系統(tǒng)傳遞狀態(tài)，更加增添了對(duì)可靠程度的要求。傳感

26、元件是電氣控制系統(tǒng)的核心部分，直接影響到擋車裝置動(dòng)作的可靠性和準(zhǔn)確性。在本裝置中使用PLC計(jì)數(shù)器。PLC由 CPU運(yùn)算和控制中心，存儲(chǔ)器，輸入/ 輸出接口，編程器組成。輸入接口電路工作過程：當(dāng)開關(guān)合上，二極管發(fā)光，然后三極管在光的照射下導(dǎo)通，向內(nèi)部電路輸入信號(hào)。當(dāng)開關(guān)斷開，二極管不發(fā)光，三極管不導(dǎo)通。向內(nèi)部電路輸入信號(hào)。輸出接口電路工作過程：當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號(hào) 1，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點(diǎn)閉合，提供負(fù)載導(dǎo)通的電流和電壓。當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號(hào) 0，則沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點(diǎn)斷開，斷開負(fù)載的電流或電壓。也就是通過輸出接口電路把內(nèi)部的數(shù)字電路化成一種信號(hào)

27、使負(fù)載動(dòng)作或不動(dòng)作?；竟ぷ髟恚篜LC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式1每次掃描過程集中對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣, 集中對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行刷新。2輸入刷新過程。當(dāng)輸入端口關(guān)閉時(shí)，程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時(shí)，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進(jìn)行下一次掃描時(shí)，新狀態(tài)才被讀入。3一個(gè)掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。4元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。5掃描周期的長(zhǎng)短由三條決定。 （ 1） CPU執(zhí)行指令的速度（ 2）指令本身占有的時(shí)間（3）指令條數(shù)6由于采用集中采樣。集中輸出的方式。存在輸入/ 輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入 / 輸出響應(yīng)延遲。六端面摩擦緩沖器的設(shè)計(jì)計(jì)算緩沖吸能器中

28、的鋼絲繩選用型號(hào)6×19（b）+FC，直徑 22mm，抗拉強(qiáng)度 570MP,最小破斷力 252KN。緩沖吸能器實(shí)質(zhì)上也是一種制動(dòng)器，在設(shè)計(jì)時(shí)需要確定的主要參數(shù)有，制動(dòng)距離，制動(dòng)力和制動(dòng)減速度等。1、制動(dòng)過程的動(dòng)力學(xué)制動(dòng)過程中，制動(dòng)器所產(chǎn)生的制動(dòng)力，可分為常數(shù)制動(dòng)力和變數(shù)制動(dòng)力，如圖所示F1F2F(t)途中表示跑車與車擋相撞后收到的力系，F(xiàn)（t ）為制動(dòng)力，F(xiàn)2 為摩擦阻力， F1 為下滑力， X 為座標(biāo)橫軸，由此可以列出礦車制動(dòng)過程的方程式。m d 2 xF1F2F (t)dt 2即F (t ) F1F2m d 2 xdt 2式中m 礦車和車擋的質(zhì)量； kgd 2 x2dt2礦車的減

29、速度； m/s顯然，制動(dòng)力F(t) 是一個(gè)變數(shù)，稱變數(shù)制動(dòng)力，如能求得，則制動(dòng)減速度（ a(t)d 2 xdxdt2 ），礦車速度（ V (t )），制動(dòng)距離dt（ s V (t)dt ）都 可一一求出， 但是，變數(shù)制動(dòng)力在實(shí)際工作中較難確定，因此，可簡(jiǎn)化成常數(shù)制動(dòng)力進(jìn)行計(jì)算。設(shè)置動(dòng)力 F 為常數(shù)，則礦車的減速度也為常數(shù)，并由下式?jīng)Q定a 1 (F F1 F2) m礦車的速度為V Vk1F2 ) t1(F F1vt0.586 mm式中 Vk礦車與車擋相撞時(shí)的礦車速度， m/ss制動(dòng)距離為S Vk t1(F F1F2 ) t22m消去時(shí)間 t ，可得制動(dòng)距離為Vk2mS2(FF1F2)制動(dòng)時(shí)間為t

30、mVk(FF1F2)確定制動(dòng)距離后，就可求得制動(dòng)力F，進(jìn)而求得制動(dòng)時(shí)間。反之，由制動(dòng)力也可求得制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間。2、工作原理防跑車緩沖裝置的功能是吸收失控下滑礦車的動(dòng)能，使之以一定范圍的減速度平穩(wěn)制動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)使用的制動(dòng)繩防跑車緩沖裝置采用緩沖繩的彎曲變形能來吸收礦車的動(dòng)能，限制減速度，通過調(diào)整螺栓的預(yù)緊力來調(diào)節(jié)緩沖繩的彎曲程度，以達(dá)到調(diào)整緩沖力的目的。目前已有學(xué)者對(duì)螺栓預(yù)緊力和緩沖力之間的理論關(guān)系進(jìn)行推倒，但計(jì)算結(jié)果不夠可靠，仍需要利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行修正，緩沖力的大小很難精確調(diào)整。本文設(shè)計(jì)的緩沖裝置采用摩擦制動(dòng)的思路，利用端面摩擦制動(dòng)原理吸收容器的動(dòng)能。工作原理如圖：PP1- 外制動(dòng)盤； 2-

31、摩擦片； 3- 內(nèi)制動(dòng)盤端面摩擦緩沖器的制動(dòng)部分由多組外制動(dòng)盤1、摩擦片 2 和內(nèi)制動(dòng)盤 3 組成。工作時(shí)，內(nèi)制動(dòng)盤3 相對(duì)機(jī)架靜止，外制動(dòng)盤1 相對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)，在軸向壓緊力P 作用下。內(nèi)、外制動(dòng)盤與摩擦片2之間產(chǎn)生摩擦力，通過摩擦力做功抵消罐籠下墜的動(dòng)能。采用端面摩擦的形式有效增大了接觸面積，減小了接觸比壓，有利于提高摩擦材料的使用壽命，穩(wěn)定摩擦材料的制動(dòng)性能，從而使緩沖器具有穩(wěn)定可靠的緩沖效果。3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)上述工作原理，本文所設(shè)計(jì)的端面摩擦緩沖裝置結(jié)構(gòu)如下圖 2：1、支座2、擋圈 3 、軸套4 、調(diào)力螺母5 、主軸6、O型橡膠密封圈7 、外制動(dòng)片8 、卷筒9 、蝶形彈簧10、蝶形彈簧內(nèi)定位

32、環(huán)11 、摩擦片12 、內(nèi)制動(dòng)片13、平鍵14 、內(nèi)六角圓柱頭螺釘15 、壓繩板16 、鋼絲繩19、蝶形彈簧擋圈如上圖所示，端面摩擦緩沖裝置包括軸向固定的調(diào)力螺母，軸兩端為螺紋結(jié)構(gòu)，且一端螺紋之上為方頭，以便于安裝。軸上有對(duì)稱的兩個(gè)軸套， 兩軸套之間裝有碟形彈簧和彈簧內(nèi)徑定位圈，軸套一端為方形凸緣與底座和外殼的方形孔槽配合，其上還有環(huán)形槽以便密封圈嵌入；底座中間有螺紋孔，實(shí)現(xiàn)軸與底座之間通過螺紋連接固定；內(nèi)制動(dòng)盤和軸套相嚙合，外制動(dòng)盤與卷筒內(nèi)壁鍵槽相嚙合，摩擦片、外制動(dòng)盤與內(nèi)制動(dòng)盤依次交替安裝；卷筒和軸套的配合處裝有環(huán)套，嵌有密封圈，緩沖繩纏繞在卷筒上，通過卷筒上的壓繩塊來固定。緩沖裝置工作時(shí)

33、，通過調(diào)節(jié)軸端的調(diào)力螺母壓緊碟形彈簧，從而對(duì)內(nèi)外制動(dòng)盤及摩擦片之間施加需要的正壓力。正壓力的大小可由調(diào)力盤的刻度得出。當(dāng)提升鋼絲繩斷裂發(fā)生跑車時(shí)，擋車欄將緩沖繩抽出，緩沖繩拉動(dòng)卷筒及與之嚙合的外制動(dòng)盤一起轉(zhuǎn)鋼絲繩強(qiáng)度滿足動(dòng)，同時(shí)內(nèi)制動(dòng)盤與軸套嚙合保持靜止，在壓緊力的作用下，內(nèi)、 要求外制動(dòng)盤與摩擦片相互運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦制動(dòng)力，從而礦車在發(fā)生斷繩事故時(shí)具有緩沖作用而安全停車。4. 參數(shù)選擇緩沖減速度的取值為了保證罐籠的平穩(wěn)停止，確保生命安全，在制動(dòng)過程中罐籠不產(chǎn)生劇烈振蕩或嚴(yán)重傾斜， 原煤炭廳行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MT355-1994對(duì)制動(dòng)繩防跑車的制動(dòng)技術(shù)性能提出了明確的要求，對(duì)涉及到制動(dòng)性能的有關(guān)技術(shù)條件作

34、了如下規(guī)定：第 3.5.3 條規(guī)定：防跑車制動(dòng)過程中，在最小終端載荷下，罐籠的減速度不應(yīng)大于50 m / s2 （即 5g）；當(dāng)罐籠提升速度超過210 m / s 減速度不應(yīng)大于30m / s （即 3g）；在最大終端載荷下，罐2籠的減速度不應(yīng)小于 10 m / s （即 1g）；當(dāng)最大終端載荷與最小終端載荷的比值大于 3 時(shí)，減速度不應(yīng)小于 5（即 0.5 ）。第 4.5.1.1 條規(guī)定：首先進(jìn)行了緩沖器阻力的調(diào)整，調(diào)整后防跑車的制動(dòng)力應(yīng)符合下式的要求：2.5mg F 4mk g（2-5）式中 F- 防跑車的制動(dòng)力， N；m 滿載礦車的質(zhì)量，；mk 空車的質(zhì)量，。緩沖減法速度由式 2-5 可

35、得，緩沖裝置制動(dòng)力F 取值：167KN F 196KN（2-11 ）取 F 為 196KN，最小終端載荷下，由下式aa F / Qmin1 g（2-12）得罐籠減速度 a 2.9g5g ，最大終端載荷下：aF / Qmax1 g（2-13）得罐籠減速度 a 1.04 g1g ，符合 2.3.1節(jié)中 MT355-1994的要求。（一）鋼絲繩及壓繩板的選擇計(jì)算1. 本例中選取兩個(gè)端面摩擦緩沖器對(duì)稱布置，因此每根鋼絲繩承受拉力 Fw 由下式FwF / 4得 Fw49KN ，選取鋼絲繩型號(hào)6× 19（b）+FC，直徑 22mm，抗拉強(qiáng)度 1570MP, 纖維芯鋼絲繩，最小破斷拉力 F f 為

36、 217KN，則鋼絲繩許用拉力 F 為FFfkn其中 k 不平均系數(shù)，式中取1.15 ；n 安全系數(shù)，式中取3。由此得F 73.04KN Fw ，鋼絲繩強(qiáng)度滿足要求2. 根據(jù)鋼絲繩的直徑選擇壓板如下：鋼絲繩直徑為 22mm ，選擇壓板序號(hào)為6 的壓板，各尺寸如下表所示：D328mmd1306mm根據(jù)歐拉公式得繩尾拉力F62.5d2 246mm1443.64NF拉e0.15 4 2 3.14e式中 F繩所受到的沖擊力壓板與繩之間的摩擦系數(shù)，取0.15包角PF取 P2000N選擇四個(gè)壓繩板 .（二）卷筒的設(shè)計(jì)計(jì)算1. 結(jié)構(gòu)形式緩沖裝置工作時(shí)，鋼絲繩帶動(dòng)卷筒高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)要求卷筒帶動(dòng)外制動(dòng)盤同時(shí)運(yùn)動(dòng)

37、，以產(chǎn)生摩擦制動(dòng)力，因此卷筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采取圖 4 的形式：如上圖所示，卷筒選用鑄鋼材料制成，成圓筒狀，緩沖繩纏繞其上，卷筒內(nèi)表面有多個(gè)軸向花鍵通槽，而外制動(dòng)盤的外圓上有多個(gè)凸塊，與卷筒上的花鍵槽相配合，在卷筒旋轉(zhuǎn)時(shí)可帶動(dòng)其一起運(yùn)動(dòng)。緩沖器工作時(shí)，鋼絲繩帶動(dòng)卷筒高速旋轉(zhuǎn)，為此在卷筒與軸套配合處設(shè)計(jì)了環(huán)形結(jié)構(gòu)，以避免在卷筒告訴旋轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)金屬咬合現(xiàn)象。2. 材料卷筒選用 45 號(hào)鋼材料制成，調(diào)制處理，查得ca350Mpa ,b598Mpa , 選用安全系數(shù) ns2.因其為塑性材料，S=8ms353ns176.5Mpa2滿足要求3. 確定卷筒各部分尺寸根據(jù)所選鋼絲繩的直徑初定卷筒壁厚為 22 mm，由

38、于要在卷筒內(nèi)壁軸向加工5 個(gè) 10×40 mm的花鍵通槽，因此卷筒壁厚增加滿足強(qiáng)度為 30mm，可得卷筒的名義直徑為：Dhd20142220328mm卷筒外徑d1 = 328 22 = 306 mm卷筒內(nèi)徑d2 = 306 60 = 246 mm卷筒外徑周長(zhǎng)C =3.14 * 3060.96 m因?yàn)橐勾囋?8m內(nèi)制動(dòng)，則卷筒纏繞鋼絲繩的圈數(shù)n 必須滿足下式n >SC 80.968.3取 n=12 圈則纏繞鋼絲繩的長(zhǎng)度l= n*c =12*0.96 =11.52 m鋼絲繩在卷筒上纏繞3 層4. 受力分析：卷筒受到的扭矩TED 2221162.5 306 23311625N m

39、卷筒受到的彎矩MFl62.522 45500N m繪制 卷筒 的彎矩和扭矩圖5. 按彎扭合成強(qiáng)度校核卷筒的強(qiáng)度當(dāng)量彎矩M caM 2T 25500 211625 223328 .05N m抗彎摸量W2865262mm3得卷筒受到的應(yīng)力M ca23328 .05 103ca2886526210.75MPaW（三）摩擦片的設(shè)計(jì)計(jì)算1. 摩擦材料的選擇摩擦元件是緩沖器主要組成部分的可心，摩擦材料的性能直接影響緩沖制動(dòng)的過程，其工作溫度和溫升速度是影響性能的主要因素，而這些又取決于摩擦副的工作條件。緩沖器工作時(shí)，吸收的能量大，而完成的緩沖制動(dòng)時(shí)間越短，則溫升越高，如果摩擦材料超過其許用工作溫度，性能就

40、會(huì)顯著惡化，所以摩擦材料的選擇至關(guān)重要。緩沖器對(duì)摩擦材料的要求如下：摩擦材料應(yīng)當(dāng)具有足夠而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)值（ 0.2-0.6 ），外界條件（如制動(dòng)速度、壓力、溫度、環(huán)境介質(zhì)等）改變時(shí)對(duì)其影響要小，且動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差不大。對(duì)防跑車緩沖器來說，摩擦系數(shù)越大，則緩沖器整體結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)的更加緊湊，有利于在井筒或井塔上安裝布置。但摩擦系數(shù)大反過來又會(huì)導(dǎo)致可能發(fā)生的摩擦材料磨損加劇，從而降低緩沖器的重復(fù)使用性能并影響其壽命，緩沖裝置在制動(dòng)過程中，摩擦系數(shù)保持一定的穩(wěn)定值相當(dāng)重摩擦片滿足要，為了評(píng)定摩擦性能的穩(wěn)定性，可用以下兩個(gè)專用系數(shù)加以限要求制：cp /max（2-6）min /max（2-7 ）式中

41、摩擦系數(shù)穩(wěn)定系數(shù)； 摩擦系數(shù)變化系數(shù)；cp 平均摩擦系數(shù)；min 最小摩擦系數(shù)；max 最大摩擦系數(shù)。緩沖裝置摩擦性能穩(wěn)定性判據(jù)：摩擦系數(shù)的穩(wěn)定系數(shù)>0.9;摩擦系數(shù)的變化系數(shù)>0.8 。摩擦材料應(yīng)具有較高的耐磨性，雖然緩沖器不處于頻繁制動(dòng)工況，只是偶爾動(dòng)作一次，但考慮到緩沖器的重復(fù)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溫機(jī)械強(qiáng)度和良好的導(dǎo)熱性，熱容量要大。摩擦材料對(duì)內(nèi)、外制動(dòng)盤表面損傷要小，磨合性好但又不發(fā)生嚴(yán)重粘著作用。對(duì)摩擦材料的選擇要考慮經(jīng)濟(jì)性以及原材料來源要充裕，價(jià)格便宜且加工制造工藝簡(jiǎn)單。結(jié)合以上要求，選擇一種采用耐熱高強(qiáng)樹脂基、增強(qiáng)纖維和礦用填料

42、，經(jīng)過原料混合、摸具加熱壓制、后期熱處理制成的新型摩阻材料環(huán)保無石棉樹脂作為摩擦材料，其對(duì)鋼的動(dòng)摩擦系數(shù)（ 100 -200 ）為 0.2-0.4 ，許用表面溫度不超過 1200，許用比壓（干式） p 5.88 n / mm 2 。設(shè)每個(gè)緩沖器的制動(dòng)力為F，軸向壓緊力為N摩擦片上的摩擦力矩為233TZ PR2R1式中 Z摩擦面數(shù)摩擦系數(shù)，取0.2P 摩擦面上的壓力，MPa；NNPR22R12AR1 摩擦片工作面的內(nèi)半徑，mR2 摩擦片工作面的外半徑，m得設(shè)摩擦系數(shù)0.3 ，設(shè)計(jì)摩擦片厚度t=2mm,個(gè)數(shù) n=18，可產(chǎn)生有效的制動(dòng)力矩N3D d R22R12F4zR23R13式中， D、d、R

43、2、R1、z 均為定值，若為某一定值，則給定一個(gè) N 值，則有唯一的 F 與之對(duì)應(yīng)，即 N 與 F 成線性關(guān)系，因此，只要調(diào)整軸向壓緊力，就可以得到合適的制動(dòng)力。摩擦片磨損壽命分析根據(jù)樣機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，每個(gè)摩擦片在厚度方向上最大允許磨去 1mm，其磨損限度內(nèi)摩擦片的總體積為Vz ( R22R12 )摩擦材料的使用壽命可按下式計(jì)算：VnWKW式中 n 使用壽命內(nèi)的重復(fù)使用次數(shù)；V 磨損限度內(nèi)摩擦片的總體積；3mmW 制動(dòng)一次的滑摩功， NmK3w 摩擦片的磨損率， mm/(N.m)取KW510 1053/ （N.m）mmNN2 =13836.53 0.3168MPaP2382.5AR2R13.14

44、 151<p摩擦片滿足要求（四）制動(dòng)片的計(jì)算1. 外制動(dòng)盤的材料采用 45 號(hào)鋼2. 外制動(dòng)盤的結(jié)構(gòu)外制動(dòng)盤為圓環(huán)形狀3. 外制動(dòng)盤的校核一個(gè)摩擦片產(chǎn)生的力矩：MN * R * 2160000.30.1042998 N m每個(gè)齒受到的力T1F1300 NR6F1300A16.25MPa2* 40滿足要求選45號(hào)鋼s 353 176.5Mpa ns 248.75176.5滿足要求（五）軸套的計(jì)算1. 結(jié)構(gòu)形式擋車欄被撞擊時(shí)，緩沖裝置通常要承受很大的制動(dòng)力，在這種情況下，軸便是關(guān)鍵受力部件，由于礦井提升設(shè)備安全系數(shù)較高，為保證強(qiáng)度足夠，軸的尺寸便不可避免的增大，甚至?xí)?dǎo)致整機(jī)尺寸過大超出安裝

45、空間要求。因此，在端面緩沖裝置的設(shè)計(jì)中采取的軸套的形式，結(jié)構(gòu)圖見圖 3：M=該軸套滿足強(qiáng)度要求如上圖所示，軸套左端有一方形凹槽，與支座上的方形凸緣相配合，通過設(shè)計(jì)合適的公差尺寸，使緩沖裝置工作時(shí)緩沖繩所承受的拉力以及卷筒旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的摩擦制動(dòng)力矩大部分由軸套承擔(dān)，大大改善了軸的受力情況。另外由 A-A 視圖可見，軸套外緣為六棱柱結(jié)構(gòu)，與內(nèi)制動(dòng)盤的六邊形內(nèi)孔相嚙合，從而保證內(nèi)制動(dòng)盤工作時(shí)保證靜止。軸套外圈有環(huán)形槽，以便在與卷筒配合處嵌入密封圈，在礦井淋水的惡劣環(huán)境下，防止制動(dòng)盤和碟形彈簧的銹蝕，保證制動(dòng)力大小基本不變，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2. 材料由于軸套承擔(dān)大部分的壓力及扭矩，受力情況復(fù)雜，因此軸套材料

46、的選擇及處理關(guān)系到整個(gè)緩沖裝置的工作情況。本裝置中軸套選用 45 號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理后布氏硬度達(dá) 330-380HB。根據(jù)德國(guó)標(biāo)準(zhǔn) DIN50150，可估算出常用剛才抗拉強(qiáng)度 b 與布氏硬度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)布氏硬度在 330-380HB之間時(shí)，所對(duì)應(yīng)的抗拉強(qiáng)度 b 達(dá) 1100-1290Mpa，常用碳素鋼的屈強(qiáng)比為0.6-0.65 ，因此根據(jù)下式s =0.6b得到軸套材料的屈服強(qiáng)度約為600Mpas 774 Mpa取安全系數(shù) n s =2，由式s / ns得軸套材料的許用應(yīng)力 為330 Mpa 387 Mpa3. 初定軸套厚為 35mm，外徑 d1 135mm,內(nèi)徑 d2 65mm4. 受力分析：軸套受軸向壓力F016KN , 得壓應(yīng)力F01641031.15MPad12d22135265 24該軸滿足強(qiáng)度要求受到的彎矩MMFL62.5 284 / 217750 N m受到的扭矩 TTFD62.6 32810250 N m22繪制軸套的彎矩和扭矩圖如上頁所示5. 按彎扭合成強(qiáng)度校核軸套的強(qiáng)度抗彎摸量W=0.1d13 14=0.1*1353 (165/135 4 )當(dāng)量彎矩M caM 2222T55001162518325 .05N m得到軸套受到的應(yīng)力M ca18325 103ca5.68MPaW28865262（六）軸的計(jì)算1. 軸的材料本裝置中軸選用4