多片液压干式制动器的设计 毕业设计.docx

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多片液压干式制动器的设计毕业设计

题目：

多片液压干式制动器的设计

专业：

学生：

（签名）

指导教师：

（签名）

摘要

多片液压干式制动器是保障采煤机安全运行的重要部分，它的可靠性直接关系着煤矿安全生产。

本次设计，以煤矿机械安全生产为背景，首先对现在所使用的制动器进行了比较，对各个种类的制动器进行了分析。

接着确定了多片制动器的总体结构，确定了制动器的设计方案。

然后对摩擦片材料进行了分析与选取，确定了摩擦片所使用的材料，最后对制动器摩擦盘、缸体、活塞等尺寸进行了计算与校核，设计出整个制动器。

绘制出了整个制动器的装配图和各个零件图。

关键词：

干式多片;液压制动器;设计

Subject:

Thedesignofmultiplehydraulicdrybrake

Abstract

Multiplehydraulicdrybrakeistheguaranteeofanimportantpartofsafetyofcoalminingmachineoperation,itsreliabilityisdirectlyrelatedtothecoalminesafetyproduction.Thisdesign,inordertocoalminemachinerysafetyasthebackground,comparesthebrakefirstnowinuse,brakeoneachcategoryareanalyzed.Thendeterminetheoverallstructureofthediscbrakes,brakedesignschemedetermined.Thenhascarriedontheanalysisandselectionoffrictionmaterials,frictionmaterialsusedtodetermine,attheendofthebrakefrictiondisk,cylinder,pistonsizewascalculatedandvalidated,thebrakedesign.Drawingassemblydrawingandpartsdiagramthebrake.

Keywords:

Dry-typemultidiscbrake;design

目录

1引言1

1.1选题背景1

1.2矿用机械安全形势1

1.3制动器发展史2

1.4制动器的基本概况3

1.4.1制动器的作用3

1.4.2制动器的性能要求3

1.4.3制动器的种类3

1.4.4制动器的组成4

1.5制动器比较及应用概述4

1.6盘形制动器存在的问题6

2总体方案及关键问题7

2.1本论文要解决的关键问题7

2.2多片干式液压制动器总体方案7

3多片干式液压制动器结构设计9

3.1摩擦片材料选择9

3.1.1摩擦片材料分析及选择9

3.1.2粉末冶金材料概述9

3.1.3摩擦材料的磨损理论及磨损类型10

3.2多片制动器的组成14

3.3制动器工作原理15

3.4摩擦片计算15

3.5制动器轴向压紧力的计算17

3.6摩擦片的制动可靠性计算18

3.7摩擦片开启的可靠性19

3.8摩擦片比压的设计19

3.9制动器主要零件的设计19

3.9.1缸体参数设计19

3.9.2活塞参数设计20

3.9.3内键圈设计22

3.9.4弹簧计算23

3.9.5紧固连接螺栓计算24

3.9.6前盖后盖设计25

3.10设计中其他标准件的选取26

3.11设计中公差与配合的选取原则27

3.12本章小结29

4制动器液压系统30

4.1液压系统介绍30

4.2液压系统的发展30

4.3液压系统组成31

4.4液压系统形式31

结论33

致谢34

参考文献35

引言

1.1选题背景

盘式液压制动器是采煤机中的一个非常重要部件，它的主要作用是当机器需要停止工作或者在出现设备故障的时候让机器在要求的时间内停止运动，也就是说需要在规定的时间内把机器的动能尽快转化为别的能量，达到消耗机器动能的目的。

它的工作原理是靠相对运动的表面相互摩擦时所产生的摩擦阻力来使机器停止的，将机器的动能转化为热能，从而达到机器停止制动的目的。

盘式液压制动器相对于鼓式制动器具有制动性能稳定，传递力矩大、只有轴向受力、结构紧凑、散热性好等突出的优点，所以在实际中被广泛应用。

本次设计的题目是多片干式液压制动器的设计，通过本次设计，要对煤矿安全生产有一个明确的认识，而且对于大学四年的知识有一个系统的总结与运用，使自己的设计能力有一个好的提升，同时让自己的画图能力，学习其他东西的能力能够有一个比较大的进步。

1.2矿用机械安全形势

在复杂地质条件与恶劣环境下，矿山机械在重载和交变载荷状态下工作，很容易产生安全隐患，如果没有及时发现的话，设备继续在这种环境下工作，就有可能导致恶性事故的发生。

根据1994～2003 年全国煤矿事故的统计, 机电事故在各种事故中居第4 位,20%～30%的事故发生在运输设备上。

而且，机电事故还会引发瓦斯爆炸等重大安全事故，煤矿井下的瓦斯爆炸事故中，有40%～45%是由于机电设备所产生的电火花引起。

煤矿安全所产生的死亡人数中，有2.14%是由于机电事故。

因此，采取有效措施遏制煤矿机电事故、尤其是运输事故，对于改变煤矿安全生产面貌、保障生产能力具有主要意义。

矿山机械设备是矿山生产中的重要设备，占有重要的地位。

例如矿井提升装置是井下与地面联系最主要的工具。

矿山提升设备的用途是镜下各工作面采掘下来的没或纤石，由运输设备经井下巷道运到井底车场，然后再由提升设备提至地面，矿山提升设备在工作中如果一旦发生机械和电气故障，就会造成停产，甚至人身伤亡，为了保证生产以及人员的安全，所以对矿山提升设备要求运行准确，安全可靠，必须配有性能良好的控制设备和保护装置及制动设备。

电机是矿井提升系统的动力源，因此，对于电机的制动保护也是矿山安全研究的重要内容。

当动力电机意外断电或过载时，如果没有有效的安全制动保护，其结果将非常严重，会对矿山的生产及生命财产安全造成不可估量的损失。

1.3制动器发展史

伴随科学进步和相关技术的发展，制动器经历了以下几个发展阶段。

（1）机械制动器；

（2）盘式制动器，1898年，克里夫兰的埃·安·斯佩里设计的电动汽车就采用了前轮盘式制动器。

斯佩里用圆盘分别与各个车轮的轮毂连成一体，另有一个镶有摩擦片的小圆盘。

制动时在电磁铁的作用下，使它紧贴转动盘，就能阻止车轮的转动，当电磁铁断电时，车轮又可自由转动。

1902年。

英国颁布了F．W蓝彻颠特的非电磁盘式制动器专利，其原理与现在的盘式制动器相似。

蓝彻斯特盘式制动器的最大问题是制动时的冲击噪声大。

1907年，英国人赫·弗罗特提出了用石棉衬板的想法，解决了制动器存在的制动噪声问题。

盘式制动器的应用使美国汽车在制动性能方面有了很大提高。

1965年生产的福特、雷鸟、林肯、大陆等车均采用了Kelsey—Hay前轮盘式制动器，雪佛莱、克尔维特等车采用了四轮盘式制动器：

（3）液压制动器，1918年，马·洛夫希德发明了液压制动器，他利用液压缸和油管把压力油传递到制动蹄，使它压紧制动鼓。

第一辆在四个轮子上都装有液压制动器的汽车是杜森贝格型车，但是汽车制造行业并未立即采用液压制动，直到1931年，克莱斯勒、道奇、德斯多、普利茅斯、弗兰克林、列奥和格雷厄姆等车型采用了液压制动，而其他厂家则仍然采用钢索操纵的机械制动器。

通用福特分别于1934年和1939年采用了液压制动技术。

（4）电子制动控制装置，电子制动控制装置包括防拖死系统（ABS）和牵弓{控制系统（TCS）。

ABS系统在制动过程中可自我调节车轮制动力，防止车轮抱死以取得最佳制动效果。

ABS系统有如下优点：

可缩短制动距离，制动时不影响转向性能；能增进驾驶员制动操作的稳定性；可避免轮胎在制动时的偏磨。

电牵引控制系统，可以对一个或多个车轮，在光滑路面上失去牵引时，为每个车轮均分配动力。

这些都是通过控制动力来控制制动器，并投有对摩擦片的工状况进行监测。

随着重型机械高速、重载方向的发展，对制动器也提出了更高的要求。

制动器不仅要满足一般要求，同时还要具有高而稳定的制动力，尽可能小的工作振动，较低的磨损率，特别是对其制动摩擦系数，必须在任何条件下保持基本的稳定。

为保证高性能的安全可靠性，这就需要对制动器的实时工作状况有清楚的了解，这是制动器的一个发展方向，对关键部位的工作状况有可分析的实测数据，这样才能很好地采取措施去控制影响因素。

1.4制动器的基本概况

1.4.1制动器的作用

制动器是具有使运动部件（或运动机械）减速、停止或保持停止状态等功能的装置。

是使机械中的运动件停止或减速的机械零件。

俗称刹车、闸。

同样的，电机制动器是用于使工作中为防止意外事故发生而使电机减速或停车的机构。

制动器直接影响着电机运行的安全性和停车的可靠性。

随着矿山生产的迅速发展和生产力的的提高，为了保证在意外状况下电机安全可靠停车地制动器的工作可靠性显得日益重要。

只有制动性能良好、制动器工作可靠的电机动力系统才保证生产的安全性。

1.4.2制动器的性能要求

制动器的制动过程，从形式上说，就是通过能量的转化，从而使需要制动的机器停止工作或者减速。

机器的安全可靠性取决于制动器的制动安全性。

近年来，随着人们对煤矿安全生产要求的不断提高，制动器的安全可靠性也越来越受到人们的关注，所以对制动器的性能要求也越来越高，一般制动器必须要满足下面几点要求：

（1）为了满足和保证安全制动的基本要求，必须要有足够的制动力矩。

（2）在受到（速度、温度、湿度、驱动力等）外界条件的变化的条件下，制动力矩的变化也要尽量小。

这样摩擦副才能产生稳定的制动力矩。

（3）具有良好的散热性能，以避免摩擦表面温度过高。

（4）噪音要小、对环境的污染小。

（5）耐磨性能良好，安全使用寿命要比较长。

（6）维修和操作要简单，方便，以满足不同层次需求。

1.4.3制动器的种类

制动器使用在不同的工况制动器的形式有所不同，根据不同的分类标准可以有以下几种类型：

（1）根据摩擦副的结构型式，制动器可以分为鼓式制动器和盘式制动器。

而鼓式制动器又分为带式和蹄式制动器。

按其制动蹄的布置型式蹄式制动器又分为领蹄一从蹄式、双领蹄式和双向增力式。

盘式制动器分为钳盘式、全盘式和锥盘式制动器等几种。

盘式制动器的散热性比较好，构造形式简单，各部分调整方便。

适用于重载场合，其有较好的耐高温性，以及稳定的制动效果，所以盘式制动器比鼓式制动器更易在较短的时间内实现制动。

（2）根据摩擦副的工作环境，制动器分为于式制动器和湿式制动器，湿式制动器的摩擦副在油介质中工作，是在边界摩擦工作状态下产生制动力矩，干式摩擦制动器采用空气自然冷却。

（3）根据驱动系统分，制动器分为机械式、电磁式、液压式、电液式、气压式、气液式、惯性式等。

其中液压式制动器由于工作平稳而迅速、制动效率高、寿命长等优点，在车辆和重型设备上应用比较广泛。

（4）根据制动器的工作状态，制动器可分为常闭式制动器和常开式制动器。

常闭式制动器在弹簧或重力作用下经常处于闸块抱紧状态，在外力作用下才打开，在外力去除之后自动制动。

而常开式与之相反，制动器经常处于打开状态，只有在外力作用下才抱紧制动。

1.4.4制动器的组成

（1）执行机构（通称为闸），它是直接作用在制动盘上，产生力矩的部分。

（2）传动机构，它是调节并控制制动力矩的部分，按运动力源分为油压、压气、以及弹簧传动系统。

1.5制动器比较及应用概述

多片式液压制动器一般分为干式和湿式。

干式制动器又有多片干式液压制动器，蹄式制动器和盘式制动器等。

近几年的实际应用及经多种工况作业条件使用证明，盘式制动器具有结构紧凑、动作灵敏、重量轻、安全性好，便于矿井生产的自动化等优点，所以在矿井制动系统中，通常使用盘形制动器。

多片盘式制动器由制动器外壳、制动活塞、制动环、制动片、圆盘轮毂及端板等组成。

若干固定的和转动的制动摩擦片相互交替排列,固定摩擦片通过花键和制动器外壳连接,活动摩擦片与轴连接同时旋转。

当来自制动阀的油液进入到制动器时,制动活塞就把交替安装的制动摩擦片压紧,使旋转的磨擦圆盘受到磨擦力而减速直至停止转动,达到制动的目的。

下面是湿式与干式多片式制动器和一般干式（盘式和蹄式）制动器的比较及应用。

（1）散热条件。

干式制动器与湿式制动器的制动远离都是将机器的动能转化为热能释放，产生热量的地方主要是摩擦片与摩擦盘之间。

湿式多片制动器和干式制动器的根本区别是湿式制动器多采用封闭的结构，摩擦片在冷却油中工作，制动时产生的热量只有很少一部分由制动器的元件吸收，而大部分热量则通过冷却液带走。

湿式制动器可以根据所制动的要求以及制动器发热情况选择合适的冷却方式，可以使冷却效果很好。

而干式制动器通常是利用通风冷却，冷却效果比较差。

由于干式制动器的冷却条件不及湿式制动器，所以摩擦衬片受热后的热稳定性会受影响，所以对摩擦片的要求很高。

（2）制动容量。

湿式和干式多片制动器均属于全盘式制动器，制动盘摩擦面积比较大，制动转矩容量明显高于干式钳盘式、蹄式制动器。

另外，可以很方便的通过增加摩擦片的数量来提高制动转矩。

（3）制动稳定性。

在制动稳定性方面，湿式制动器比干式制动器好。

由于湿式制动器的摩擦片在冷却液中工作，散热比较好，所以很耐高温，也可以有效的减少摩损。

盘式摩擦面是两个平行的平面，在一般情况下，两摩擦面不会发生变形，所以稳定性比较好。

（4）可靠性。

湿式制动器一般为全密封结构，所以不会因为泄漏而对工作环境产生污染。

干式和湿式多片式制动器的摩擦片磨损都比较均匀，可以产生很大的制动力矩，制动效率很高，多片组合的方式使得只需要比较小的轴向压紧力就可以推动活塞，实现制动要求，所以这对其他元件所需要承受的压力也会减小，使得可靠性有显著的提高。

（5）结构尺寸。

由于干式和湿式制动器均采用全盘式结构，摩擦面积很大，这使制动器的外形尺寸可以设计的比较小，可以在复杂的机械结构中安装与使用。

（6）使用寿命。

湿式制动器工作时，制动摩擦片浸没在封闭的冷却油内，制动时摩擦材料不会直接接触，这种制动方式磨损率很小，而且制动也比较平稳，制动性能稳定，相对与干式制动器，其使用寿命大大提高。

1.6盘形制动器存在的问题

（1）在制动器工作过程中，由于制动时间很短，动能大部分准换为热能，而产生的热量绝大部分被制动器吸收，这导致摩擦盘和摩擦片的温度升高，摩擦副的摩擦因数就会发生改变，所以，磨损率会增加很多。

（2）摩擦副表面温度过高导致摩擦片表面材料的性质发生变化，导致摩擦片性能降低，可靠性降低。

（3）在使用现场凭借工人的经验或者定期更换摩擦片，这种方式劳动强度大，而且由于没有准确的标准，很容易出现提前更换造成材料的浪费或者滞后更换而出现安全隐患。

（4）由于设计机构的不合理性，使得制动器的机械释放可靠性差。

针对这些问题，在设计制动器的时候需要注意到这些问题，解决这些问题就是设计所需要解决的难题。

本次设计针对摩擦材料的选取以及结构设计进行选取与设计。

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