无极绳绞车制动系统研究

无极绳绞车制动系统研究
【摘要】本文依据文献的研究成果和无级绳绞车（简称绞车）的传动结构为基础，分析了将机械制动器布置于绞车的减速器与传统置于卷筒处制动效果的比较。

【关键词】无极绳绞车;制动系统
长期以来在矿用运输设备上（绞车）的制动系统基本沿袭了在输出端，即对卷筒进行制动的办法实现系统制动功能。

由于不同用途的绞车所施用的工况不尽相同以及矿井下狭小空间的限制，一般来说，在低速、小功率的绞车，制动要求不高的情况下，制动系统的有效制动性、寿命周期等问题不是太突出。

但是，在高速、大功率的制动工况下，这些问题就难以回避。

如果难以有效制动，既是对能源的一种浪费，也是对现场工作人员一种安全的隐患。

同时，若能减小结构体积，既是对资源的一种节约，也更适合现场的需要。

１.研究系统简介
1.1传动系统结构与原理
绞车传动系统主要由电机、减速器、滚筒组成，其传动路线：防爆电机→弹性联轴器→小锥齿轮→大锥齿轮→太阳轮→行星齿轮→行星架→小齿轮→过桥齿轮→大齿轮→卷筒。

1.2制动系统结构与原理
绞车制动系统主要分为两部分：液压制动器和手动制动闸（简单式制动）。

分别被放置在绞车传动系统的输入轴和减速器（行星轮大内齿轮外部）。

本文着重讨论手动制动闸部分的制动效果。

手动制动闸制动过程如下：
（1）启动电机，传动齿轮转动，刹住左侧制动轮上的制动带，卷筒不动，右侧大内齿圈的制动带松开，仅大内齿圈转动。

（2）松开左侧制动带，缓慢刹住右侧制动带，大内齿圈停止转动，卷筒开始转动。

（3）如欲停止卷筒工作，操作过程与上相反。

2.简化研究模型
依据理论研究的一般原则，为了便于研究实际系统，将以上传动系统简化。

同时，给出将制动器布置在卷筒上的简化系统结构。

依据文献的方法，将初始条件规定为：除制动器的布置位置与结构不同外，其余所有机械零部件的结构条件、
运动参数及边界条件均完全对应相等。

同时，假设两个齿轮系统中，各齿轮及轴的转动惯量分别为J1、J2、J3、J4、J5、J6 J7、J8与J4、J5大小相同。

各齿轮轴的角速度分别为ω1、ω2、ω3、ω4、ω5、ω6、ω7、ω8，且根据传动关系有ω1＞ω2＞ω3＞ω4＞ω5＞ω6。

在切断输入动力后，两种制动装置依据所假设的制动力矩施加制动力。

为了便于比较，令从动力切断到卷筒完全停止，两种方案，卷筒轴转过的制动转角相等，即
A6B6θ=θ（1）
3.能量守衡法则的引入
由于纯属理论性推导，传动系统都假设处于理想状态运转。

根据物理学能量守衡法则，系统在切断动力之后，卷筒上的动能通过齿轮传动，分解转换为制动器的摩擦功，各齿轮副的摩擦功，轴承的摩擦功和齿轮搅油过程中消耗的能量。

令动力切断后开始制动前，两齿轮系统的动能分别为E及E，则
设两系统的制动器从开始做功到卷筒停止转动，制动器所做的摩擦功为WA 和WB；两齿轮系统第i轴与i+1轴上齿轮组成的齿轮副以及转动副的轴承摩擦功分别为GA i，i+1、GB i，i+1以及SA i、SB i；齿轮搅拌润滑油所消耗的少许能量为HA、HB，根据能量守衡，式（2）、式（3）可化为
4.简化计算结果
根据式（1）表示的两卷筒轴制动转角相等的关系，及规定的初始条件，可推导出
将式（6）~式（8）带入式（4）~式（5）得
进一步简化，在式（9）左半部分中，相对于制动闸的摩擦功，可以略去，得
5.两传动系统所需制动力矩比较
制动器分别在减速器、卷筒上所施加的制动力矩为MA、MB，可认为制动全过程中MA、MB保持不变，系统制动轮转角为θ，则可列出
式（11）~式（13）代入（10），得
通常，从i46≥4，显然有
MA≤MB（15）
6.制动器布置在减速器上的效果
本文分析研究表明，将制动器布置在减速器上比在卷筒上制动具有较为明显的优势：
6.1制动力矩不大于传统制动系统的制动效果。

6.2由于在减速器的输入部分安装了制动器，使得系统可以无冲击或小冲击启动，即“软启动”。

6.3由于传动结构突破性的进展，在电机轴上安装制动器，既可以实现多级制动，又可实现快速、高效率制动。

6.4制动装置位置的转移，使得整机结构变得更为紧凑，更符合现场的需要。

【参考文献】
［１］徐大伟,等.制动器布置于精密齿轮传动系统输入端的效果.机电设备，2004,(2).
［２］王绍定.矿用小绞车.北京：煤炭工业出版社，1981.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。