盘式制动器发热计算

盘式制动器发热计算煤炭科学研究总院上海分院 潘敏献摘要:防爆力矩可调型盘式制动器制动过程中的温升直接关系到煤矿安全。

本文介绍了用动态法模拟制动盘温度变化过程的模拟原理、设计方法及应用实例。

叙词:盘式制动器　温升　动态模拟　计算Abstract :T emperature rise observed in brak ing p rocess of exp lo si on 2p roof disk brake w ith adjustable brak ing fo rce is of direct concern to the safety of coal m ine 1T h is paper p resents the p rinci p le and design m ethod fo r dynam 2ic analogue of the p rocess of temperature variati on on brake disk 1A p ractical examp le of app licati on is also show n in the paper 1Key words :D isk brake T emperature rise D ynam ic analogue Calculati on 1 大倾角下运带式输送机制动时,为防止物料因惯性下滑,要求加速度控制在-011～-013m s 2[1]。

力矩可调型盘式制动器是满足这一要求的新设备。

对于大型下运带式输送机其制动能量很大,这些能量在短时内转化为制动盘热量,使制动盘温度迅速升高。

现有的计算方法求得的温度是制动盘的平均温度,无法描述制动盘温度的变化过程,无法计算制动盘最高温度。

煤矿井下对设备允许的最高温度有严格要求,规定T m ax <150℃[1]。

将输送机和制动盘作为一个系统用计算机进行动态模拟可计算得到制动盘制动时温度变化过程和最高温度T m ax 。

11模拟计算原理将制动盘划分成多个小单元,从中任取一微小单元A (见图1),它由六个面组成(即l =1,2,…,6)。

每个面与相邻单元或环境均产生热交换,热平衡方程为:Q(t )=∑6l =1(Q l (t )1+Q l (t )2+Wl (t ))(1)图1　制动盘模拟分析示意图式中,Q l (t )1为t →t +∃t 时间内,l 面向环境释放的热量;Q l (t )2为t →t +∃t 时间内,l 面向相邻单元传递或从相邻单元吸收的热量;W l (t )为t →t+∃t 时间内l 面外界的热源向单元释放的热量;Q (t )为单元A 在t →t +∃t 时间内吸收的热量。

考虑到从高速旋转(1500r m in )在很短时间内迅速制动,其模拟分析可简化,视制动盘同一厚度处任意一周为等温线。

将制动盘沿厚度方向分成n 片,将每一片分成m 个环,如果n 、m 足够大,则每一环可视为等温环。

对于任意第i 片j 环(i =1,2,…,n ,j =1,2,…,m ),由4个面组成(l =1,2,…,4)见图2。

其热平衡方程为:Q(t )(i ,j )=∑4l =1(Ql (t )1(i ,j )+Q l (t)2(i ,j )+W l (t )(i ,j ))(2)式(2)中各项的表达式分别为:Q l (t )1(i ,j )=K S l(i ,j )(T (t )(i ,j )-T 0) (3)式中　K ——散热系数S l(i ,j )——单元l 面的面积,当l 面不与环境接触时,S l (i ,j )=0T(t )(i ,j )——单元在t 时刻的温度T 0——环境温度Q l (t )2(i ,j )=Κ(T (t )(i ,j )-T (t )(i ’,j ’))S l(i ,j )∃t b l(i ,j ) (4)式中　Κ——导热系数T(t )(i ’,j ’)——与l 面接触的相邻单元温度b l(i ,j )——与l 面接触的两相邻单元中心距Q(t )(i ,j )=Cm(i ,j )(T (t +∃t )(i ,j )-T(t )(i ,j )) (5)式中　C ——比热m (i ,j )——单元质量因为,制动盘制动时,热源仅由摩擦表面产生,当i =2,3,…,n -1,j =1,2,…,m 时W l (t )(i ,j )=0。

因此可将摩擦表面(第1片或第n 片)取出分析,见图3。

设边界方程为:ABC 区域Η=Υ1(Θ) (6)ADC 区域Η=Υ2(Θ) (7)图2　制动盘等温环分析示意图3　制动盘摩擦表面分析示意设t 时刻制动盘转速为n (t ),摩擦片对制动盘比压P (t ),摩擦系数Λ。

当m 足够大且∃Θ Θ很小时,t →t +∃t 时间内单元j 内任意一段弧条所做的摩擦功为:W ’(t )(1,j )=2ΠΛ1(t )n (t )Θ2j ×〔Υ1(Θj )-Υ2(Θj )〕∃Θ∃t(8)整个表面摩擦功为:W ’(t )=∑mj =1W ’(t )(1,j )=2ΠΛ1(t )n (t )∃Θ∃t ×∑mj =1{Θ2j〔Υ1(Θj)-Υ2(Θj )〕}(9)下运带式输送机,在t →t +∃t 时间内制动功为:W (t )1=FΠD n (t )∃t i(10)式中　D ——驱动滚筒直径,m i ——减速器速比n (t )——t 时刻制动盘转速F ——制动力,F ={(q t +q +2q 0)a +g q sin Α-〔(q +2q 0)×co s Α+q t 〕Ξ}L(11)q t ——输送机上下托辊转动部分单位长度质量,kg mq ——物料单位长度质量,kg m q 0——输送带单位长度质量,kg m a ——输送机加速度,m s 2g ——重力加速度,m s2Α——输送机倾角Ξ——上、下托辊阻力系数制动功应与两个表面摩擦功之和相等,即:W(t )1=2W ’(t),由此可得摩擦片对制动盘的比压:P (t )=FD4i Λ∃Θ∑mj =1{Θ2j〔Υ1(Θj)-Υ2(Θj )〕}(12)将式(12)代入式(8)得W (t )(1,j )=ΠFD n (t )∃t {Θ2j 〔Υ1(Θj )-Υ2(Θj )〕}2i ∑mj =1{Θ2j 〔Υ1(Θj )-Υ2(Θj )〕}(13)根据式(3)、(4)、(5)、(13)列出每一单元的热平衡方程,代入给定的输送机、制动盘参数及环境温度值,设定时间步长,即可用计算机算出制动盘制动时温度变化过程。

21计算实例分析计算实例主参数:输送量:Q =400t h 机长:L =422m输送机倾角:Η=-24°带速:v =2m s平均加速度:a =-013m s 2电机额定转速:n e =1480r m in 环境温度:T 0=35℃制动盘型号:A ZP 2630×112[2]制动盘材料:ZG 350摩擦片形状:等弧长摩擦片、固定方式为纵向铰接[3]图4　计算机模拟计算制动盘温度变化曲线计算结果如图4所示,曲线1为制动盘摩擦表面温度变化曲线,曲线2为制动盘通风道内表面(与摩擦表面平行的内表面)温度变化曲线。

从图中可知,制动过程中摩擦面产生的热量在制动盘中有一传递过程。

当t 1=3174s 时,最高温度T m ax =17413℃。

当t 2=13176s 时,制动盘平衡温度为T b =12712℃。

用静态方法进行计算时,制动盘的平均温度T ’b =12314℃。

盘式制动器在进行试验时,摩擦片有产生烟雾的现象(摩擦片基料为石棉制品),说明摩擦片表面温度已接近200℃[4],由此可见模拟计算结果是符合实际工况的。

参考文献1　大倾角上、下运带式输送机成套设备可行性研究报告1煤炭科学研究总院上海分院1198512　盘式制动器　制动盘1JB T 7019-9313　潘敏献1防爆型盘式制动器摩擦片形状和固定形式1起重运输机械,1996(1):16～184　杨长≥1起重机械1北京:机械工业出版社,19851全国起重机械标准化技术委员会成立经国家技术监督局批准,全国起重机械标准化技术委员会(以下简称标委会)已正式成立,标委会成立大会暨一届一次会议于1997年7月9日至7月11日在广州市召开,来自机械部、建设部、交通部、劳动部、铁道部、电力部、冶金部、中船总公司及国家教委等九个部门的48名代表出席了会议,他们分别代表了流动式起重机、塔式起重机、臂架式起重机、桥门式起重机等几大类产品的制造厂、科研院校、用户、质量监督检验及政府主管部门。

会议讨论通过了标委会章程、秘书处工作细则等一些重要文件,讨论并初步落实下一阶段的工作。

该标委会是在起重机械专业领域内从事全国标准化技术工作的技术组织,负责起重机械专业技术领域的标准化技术归口工作,其主要任务是向国家技术监督局和国务院有关行政主管部门提出起重机械专业标准化工作的方针、政策和技术措施的建议,协助组织国家标准和行业标准的制定、修订和复审工作,负责组织标准的技术审查工作、宣贯和解释等工作,统一承担对口的国际标准化组织ISO TC 96(起重机技术委员会)、ISO TC 111(钢制圆环链、吊链、零部件及附件技术委员会)的标准化技术业务工作,对外开展标准化技术交流活动等。

该标委会的编号为CSBT S TC 227,主任委员和秘书处设在机械部北京起重运输机械研究所,共有39个单位的41名技术专家被国家技术监督局正式聘为委员(包括主任委员和副主任委员)。

因此,该标委会的成立,将对我国起重机械专业领域标准化工作的统一、协调和发展起到了积极的促进作用。

(肖立群) 我国生产的80吨汽车起重机通过鉴定四川长江集团长江起重机厂自行设计制造的Q Y 80型全液压伸缩臂越野汽车起重机,日前在泸州市通过了部级鉴定,为我国在能源、交通、冶金、军工、机械及建筑等行业提供了快速吊装作业和自行转移的大型起重机设备。

列为国家“八五”重点研制项目的Q Y 80型汽车起重机,长14196m 、宽218m ,高3195m 、自重67195t ,最大起重量为80t ,最大起升高度为59111m 。

整车采用先进的电脑力矩限制器控制,配有全套安全装置,操作轻便、灵活、舒适,作业安全可靠。

上车液压系统运用高压开、闭式混合主油路,传动效率高,节能效果好。

其伸缩机构采用独特的两根单级油缸加两套组合钢丝绳伸缩机构,确保第三、四、五节主臂同步伸缩自如,提高了作业效率。

底盘转向助力系统为双回路动力转向系统,并带应急转向装置及转向机械限位机构,使转向操作轻便、可靠。

样机经机械部工程机械试验场和国家工程机械质量检测中心进行5100次起重循环作业,10000公里行驶等一系列性能试验证明,完全达到国家、国际有关技术标准和设计任务书的要求。