基于热-机耦合的深井提升机盘式制动器结构优化及疲劳寿命预测
发布时间：2021-07-11 15:37
当前,深部矿井开采是煤矿发展的主流方向。为提高效率,深井提升一般采用大吨位提升,同时,由于工况变得复杂,紧急制动次数也会增多。盘式制动器作为深井提升机的核心部件,制动时所产生的热量和热应力会导致使制动器使用寿命降低,造成安全隐患。因此,深井提升对盘式制动器的要求更高,对深井提升机盘式制动器展开热-机耦合研究也更具有现实意义。本文以某深井提升机盘式制动器为例,综合现有的研究成果并结合实际工况,进行如下研究:（1）根据制动器实际尺寸,利用ABAQUS有限元分析软件对盘式制动器进行有限元建模。在保证分析精度的条件下,对模型进行合理简化、划分网格,并根据经验公式和理论公式对热-机耦合所需要的边界条件进行设置。（2）利用ABAQUS中的热-机耦合求解器对有限元模型进行求解,分析制动器在紧急制动工况下闸瓦以及制动盘温度场、应力场的分布规律,并将闸瓦温度分布云图与闸瓦实际磨损位置进行了对比;利用控制变量法探讨了制动速度、摩擦系数、制动压力、相邻闸瓦之间的夹角等参数对制动器热-机耦合的影响。（3）以制动盘外半径、闸瓦长和宽为设计变量,通过Isight软件中的试验设计对设计变量进行采样取点,根据仿真出的...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
提升机盘式制动器[7]
1、9-扩口式端直通管接头；2、4、8-密封圈；3-油缸盖；5-活塞；6-端盖；7-螺栓；10-调整螺母；11-油缸；12-防尘圈；13-外六角螺塞；14-电涡流传感器 15-内六角螺钉；16-压板；17-筒体；18-平键；19-压环；20-碟形弹簧；21-闸瓦；22-垫板；23-支架；24-制动盘图 1-2 后腔盘式制动器结构图Figure 1-2 Structure of the rear cavity disc brake1.3.3 盘形制动器优点介绍盘式制动器之所以越来越多的被采用，是因为它与其它制动器相比具有如下优点[15]：（1）制动面是平面，因而在安装时容易得到良好的闸瓦承载状态；（2）闸瓦与制动盘之间的压力分布比闸瓦旳径向制动力均匀；（3）制动盘与闸瓦摩擦生热时，可以通过伸缩缝的调整，使制动面仍然保持平面；（4）制动盘的轴向热伸长很小，故闸瓦的空隙可相应减小，而制动盘的径向伸长不会产生负作用；（5）制动盘散热性能好，热稳定性好；
在设计时，制动盘直径要增大，闸瓦数量要增多。本文选取某型号多绳式深井提升机作为研究对象，对闸瓦和制动盘的结构进行了合理简化，取制为空心薄圆柱体，闸瓦为长方体。制动盘和闸瓦的具体几何参数如下表 3-3-2 所示。表 3-1 闸瓦的几何尺寸Table 3-1 Geometric dimensions of brake shoe长度（m） 宽度（m） 厚度（m）0.25 0.2 0.025表 3-2 制动盘几何尺寸Table 3-2 Geometric dimensions of brake disk外半径（m） 内半径(m) 厚度(m) 摩擦半径(m)2.65 2.2 0.07 2.5本文所研究的盘式制动器上有两个制动盘，每个制动盘上有 10 对的闸瓦分制动盘的两侧。制动盘表面每侧相邻两个闸瓦之间的夹角为 15°。盘式制动三维模型简化图以及装配图如图 3-1、图 3-2 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]矿井带式输送机液压制动系统设计研究[J]. 郝雨昆. 煤炭与化工. 2019(01)
[2]基于有限元方法的深井提升机制动系统模态分析[J]. 郝雪弟,张艺萱,刘冰,张雪,刘贺伟,孟国营. 煤炭工程. 2018(10)
[3]超深矿井提升机盘形闸制动系统机电液仿真建模[J]. 王刚,狄亚鹏,李建涛. 中南大学学报(自然科学版). 2018(04)
[4]基于热-结构顺序耦合对轮槽铣床主轴箱热变形分析[J]. 李志伟. 机械. 2017(10)
[5]矿井提升系统恒减速制动特性分析[J]. 贺亚彬,黄越,黄家海,赵瑞峰,黎文勇. 煤炭技术. 2017(08)
[6]基于Manson-Coffin工业盘式制动器疲劳寿命研究[J]. 毕晓林,胡洪洋,吕维奇,孙鸣. 矿山机械. 2017(06)
[7]基于热-结构顺序耦合对机床主轴箱环境温度的热特性分析[J]. 李志伟. 机械研究与应用. 2017(02)
[8]超深井提升机制动器紧急制动热-结构分析[J]. 王文俊,李济顺,刘义,薛玉君,邹声勇. 煤矿安全. 2016(11)
[9]矿井提升机新型盘式制动器检测结构设计[J]. 刘彬,周辉. 煤炭科技. 2016(02)
[10]千米深井提升机动态提升过程制动力矩计算[J]. 翟维东,刘超,杜悟迪,梁皓,马钟旻. 矿山机械. 2016(05)
博士论文
[1]制动盘仿生耦合表面抗疲劳性能研究[D]. 杨肖.吉林大学 2015
[2]提升机紧急制动闸瓦摩擦磨损特性及其突变行为研究[D]. 鲍久圣.中国矿业大学 2009
硕士论文
[1]汽车通风盘式制动器的热机耦合分析与结构优化设计[D]. 王继业.江苏大学 2018
[2]矿用提升机盘式制动器正压力分析及其检测方法[D]. 高晓强.太原理工大学 2017
[3]基于热机耦合的制动盘紧急制动有限元分析及试验研究[D]. 许德帮.西南大学 2017
[4]基于铜基摩擦材料盘式制动器温度场与热应力耦合分析[D]. 王师图.哈尔滨理工大学 2017
[5]客车盘式制动器热—结构耦合分析及其结构优化[D]. 刘艳.浙江理工大学 2017
[6]汽车通风式盘式制动器热—结构耦合分析及结构的优化设计[D]. 吴昊.华南理工大学 2016
[7]盘式制动器热机耦合特性及疲劳寿命预测研究[D]. 汪德成.上海工程技术大学 2016
[8]风机主轴制动器摩擦副热—力耦合有限元分析[D]. 胡育勇.南昌大学 2014
[9]风电机组盘式制动器建模及其研究[D]. 刘洋.华北电力大学 2014
[10]矿井提升机监测与故障诊断系统研究[D]. 杨亚涛.西安科技大学 2013
本文编号：3278371
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
提升机盘式制动器[7]
1、9-扩口式端直通管接头；2、4、8-密封圈；3-油缸盖；5-活塞；6-端盖；7-螺栓；10-调整螺母；11-油缸；12-防尘圈；13-外六角螺塞；14-电涡流传感器 15-内六角螺钉；16-压板；17-筒体；18-平键；19-压环；20-碟形弹簧；21-闸瓦；22-垫板；23-支架；24-制动盘图 1-2 后腔盘式制动器结构图Figure 1-2 Structure of the rear cavity disc brake1.3.3 盘形制动器优点介绍盘式制动器之所以越来越多的被采用，是因为它与其它制动器相比具有如下优点[15]：（1）制动面是平面，因而在安装时容易得到良好的闸瓦承载状态；（2）闸瓦与制动盘之间的压力分布比闸瓦旳径向制动力均匀；（3）制动盘与闸瓦摩擦生热时，可以通过伸缩缝的调整，使制动面仍然保持平面；（4）制动盘的轴向热伸长很小，故闸瓦的空隙可相应减小，而制动盘的径向伸长不会产生负作用；（5）制动盘散热性能好，热稳定性好；
在设计时，制动盘直径要增大，闸瓦数量要增多。本文选取某型号多绳式深井提升机作为研究对象，对闸瓦和制动盘的结构进行了合理简化，取制为空心薄圆柱体，闸瓦为长方体。制动盘和闸瓦的具体几何参数如下表 3-3-2 所示。表 3-1 闸瓦的几何尺寸Table 3-1 Geometric dimensions of brake shoe长度（m） 宽度（m） 厚度（m）0.25 0.2 0.025表 3-2 制动盘几何尺寸Table 3-2 Geometric dimensions of brake disk外半径（m） 内半径(m) 厚度(m) 摩擦半径(m)2.65 2.2 0.07 2.5本文所研究的盘式制动器上有两个制动盘，每个制动盘上有 10 对的闸瓦分制动盘的两侧。制动盘表面每侧相邻两个闸瓦之间的夹角为 15°。盘式制动三维模型简化图以及装配图如图 3-1、图 3-2 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]矿井带式输送机液压制动系统设计研究[J]. 郝雨昆. 煤炭与化工. 2019(01)
[2]基于有限元方法的深井提升机制动系统模态分析[J]. 郝雪弟,张艺萱,刘冰,张雪,刘贺伟,孟国营. 煤炭工程. 2018(10)
[3]超深矿井提升机盘形闸制动系统机电液仿真建模[J]. 王刚,狄亚鹏,李建涛. 中南大学学报(自然科学版). 2018(04)
[4]基于热-结构顺序耦合对轮槽铣床主轴箱热变形分析[J]. 李志伟. 机械. 2017(10)
[5]矿井提升系统恒减速制动特性分析[J]. 贺亚彬,黄越,黄家海,赵瑞峰,黎文勇. 煤炭技术. 2017(08)
[6]基于Manson-Coffin工业盘式制动器疲劳寿命研究[J]. 毕晓林,胡洪洋,吕维奇,孙鸣. 矿山机械. 2017(06)
[7]基于热-结构顺序耦合对机床主轴箱环境温度的热特性分析[J]. 李志伟. 机械研究与应用. 2017(02)
[8]超深井提升机制动器紧急制动热-结构分析[J]. 王文俊,李济顺,刘义,薛玉君,邹声勇. 煤矿安全. 2016(11)
[9]矿井提升机新型盘式制动器检测结构设计[J]. 刘彬,周辉. 煤炭科技. 2016(02)
[10]千米深井提升机动态提升过程制动力矩计算[J]. 翟维东,刘超,杜悟迪,梁皓,马钟旻. 矿山机械. 2016(05)
博士论文
[1]制动盘仿生耦合表面抗疲劳性能研究[D]. 杨肖.吉林大学 2015
[2]提升机紧急制动闸瓦摩擦磨损特性及其突变行为研究[D]. 鲍久圣.中国矿业大学 2009
硕士论文
[1]汽车通风盘式制动器的热机耦合分析与结构优化设计[D]. 王继业.江苏大学 2018
[2]矿用提升机盘式制动器正压力分析及其检测方法[D]. 高晓强.太原理工大学 2017
[3]基于热机耦合的制动盘紧急制动有限元分析及试验研究[D]. 许德帮.西南大学 2017
[4]基于铜基摩擦材料盘式制动器温度场与热应力耦合分析[D]. 王师图.哈尔滨理工大学 2017
[5]客车盘式制动器热—结构耦合分析及其结构优化[D]. 刘艳.浙江理工大学 2017
[6]汽车通风式盘式制动器热—结构耦合分析及结构的优化设计[D]. 吴昊.华南理工大学 2016
[7]盘式制动器热机耦合特性及疲劳寿命预测研究[D]. 汪德成.上海工程技术大学 2016
[8]风机主轴制动器摩擦副热—力耦合有限元分析[D]. 胡育勇.南昌大学 2014
[9]风电机组盘式制动器建模及其研究[D]. 刘洋.华北电力大学 2014
[10]矿井提升机监测与故障诊断系统研究[D]. 杨亚涛.西安科技大学 2013
本文编号：3278371
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