Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．４，２０１２ 某液压绞车带式刹车系统的设计计算 赵坤，王道令 （中交一航局第一工程有限公司，天津３００４５６） 摘要：通过对某液压绞车带式刹车系统主要部位进行了分析和计算，为系统的设计及部件的选型提供了一种方法。 关键词：液压绞车；带式刹车系统；设计 中图分类号：ＴＨ１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—５４５Ｘ（２０１２）０４－００２８－－０２ 液压绞车广泛运用于海洋工程、建筑、水利工 试验静负载时，即最大刹车力时钢丝绳拉力为 Ｆ＝０．８ＦＢ＝０．８×７１４＝５７１．２ｋＮ 程、林业、矿山、码头等的物料升降或平拖，其刹车方 式包括外抱式、内蹄式、盘式、带式等。带式刹车因其 构造简单、制动力矩大，而应用得较多。但在设计过 程中，往往因无法获得准确的数值，导致刹车力过大 或过小，前者对绞车整体结构造成破坏，后者无法满 足使用要求。 本文将对某液压绞车带式刹车系统主要部位的 设计，做一个介绍。 刹车力为 Ｔ＝０．８Ｆ￣（Ｏ１＋ ２ ＝５７１．２×ｒ８００＋３６）／２０００＝２３８．７６１ ｋＮ 刹车带紧边拉力为 ＝ （ 一１） 代人数值，得 ＝２７６．８ ｋＮ 刹车带松边拉力 １ 主要参数 代人数值，得 现有一台起重总质量为２０ ｔ的绞车，钢丝绳型号 ：ｒ／（ｅ￣一１） ＝３８ ｋＮ 为６×１９Ｗ＋ＦＣ一３６．０—１６７０（破断拉力ＦＢ＝７１４ ｋＮ， 公称直径ｄ＝３６ ｍｍ），卷简直径Ｄ ＝８００ ｌｌｌ／ｎ（绳径比 不小于ｌ６），刹车轮毂直径Ｄ２＝２ ０００ ｍｌｎ，刹车轮毂 宽度为１８０ ｎｌｎｌ。 式中， 为摩擦系数，这里选用无石棉刹车带，取０．３５； 为刹车带包角，假设角度为３２５￣，在这里转化 为弧度 ＝３２５×＂ｔｒ／１８０。 ２．２刹车钢带的确定 ２设计计算 ２．１刹车力的计算 刹车结构如图１所示。 刹车钢带采用Ｑ２３５材质钢板，展开结构如图２ 所示。 图２ 刹车钢带展开结构 图１绞车刹车系统 收稿日期：２０１２—０１—１６ 其有效横截面积Ａ直接影响刹车带抗拉强度， 作者简介：赵坤（１９８１一），女，河北晋州人，工程师，学士学位，研究方向为工程机械。 ２８ 《装备制造技术））２０１２年第４期 按刹车带所受最大拉力确定钢带外廓尺寸，钢带所 假定弹簧刚度 受最大拉力为紧边拉力 ，许用拉应力取值 Ａ＝０．７５ ＝１７６．２５ ＭＰａ。 由此得出钢带最小横截面积为１ ５７０ ＩＴｌｎ￣２。 由图２可知， Ａ＝（Ｗ－３ｄｌ 式中， 为刹车带宽度，取１５０ ｍｍ； ｄ。为连接孔直径，取１１ ｍｍ； ｔ为刹车钢带厚度； 代人数值，得 ｔ＝１３．４２ ｎｌｎｌ，取￡＝１４ｎｌｌｎｏ 注：刹车钢带许用拉应力 取值，直接影响到钢 带厚度，取值不大于材质屈服点应力，视设备使用工 况而定。 ２．３刹车连接销轴的确定 刹车带紧边连接销轴受力最大，材质选用４５号 钢，许用剪应力取 ．ｒ＝０．４８．＝Ｉ１２ＭＰａ 销轴所需最小截面 Ａ销 Ｔ，／ｚ＝２ ４７１ １１１１／１２ 由此可知销轴所需最小直径 Ｄ销＝２ ７ ＝５６ ｍｍ，取Ｄ销＝６０ ｌｎｌＴｌ。 ２．４刹车油缸的设计 刹车系统采用储能弹簧式常闭刹车结构，确保 制动动作迅速可靠。油缸内部储能弹簧通过曲臂传 递作用力，曲臂作用点的选取决定了作用于各连接 点作用力的大小，直接影响刹车油缸内部储能弹簧、 油缸活塞及液压系统的设计和选用。 （１）储能弹簧的确定。为保证锚绞机工作时刹车 带完全打开，避免刹车带与轮毂产生摩擦，影响整机 的传动效率，刹车带与轮毂应保证一定的退距，退距 暂取值占＝１０ Ｉｎｌｎ，考虑到储能弹簧预压缩量及结构 布置等因素，通常情况下Ｘ／Ｙ取值１／４较为适宜，取 Ｘ＝１５０ＩＴｔｌＴＩ，Ｙ＝６００ｌｎｎｌ，则打开刹车时油缸最小行 程为 Ｌ＝占ｙ ＝１０×６ｏｏ／１５ｏ＝４０ｌａｉｎ 如图１所示，储能弹簧作用于刹车所需最小力 为 ，根据力矩平衡原理 Ｘ＝死Ｙ， 计算得 ＝９．５ ｋＮ Ｋ＝１００ Ｎ／ｍｍ， 则弹簧预压缩量 Ｌ２＝ ＝９５ ｍｉｌｌ 刹车完全打开时弹簧总压缩量为 ＝ＬＩ＋Ｌ２＝４０＋９５＝１３５ ｉｎｌｎ 弹簧总压缩力为 Ｔ＝ＫＬ＝１３５×１００＝１３ ５００ Ｎ 绘出弹簧性能曲线，如图３所示。 Ｎ ｌ３ ５ｏｏ ９ ５０ｏ 图３ 弹簧性能曲线 （２）刹车系统油压的确定。油缸结构如图４所示。 图４ 刹车油缸结构 总为油缸总行程， 为弹簧预压缩量，ｄ为油缸 活塞直径，打开刹车时需要克服弹簧力。假设油缸活 塞直径ｄ＝１００ ｍｎｌ，则活塞面积 Ａ＝ （ｄ／２） ＝７ ８５４砌 系统油压为 Ｐ＝ＴＩＡ＝１３ ５０Ｏ／７ ８５４＝１７．２ ＭＰａ 弹簧的簧丝直径、中径、圈数、缠绕比等各项参数 直接影响到弹簧刚度与许用压缩量，从而影响到油缸 缸径与长度。关于弹簧的设计，在此不作过多赘述。 ３结束语 本文通过对液压绞车带式刹车系统的各主要部 位进行分析计算，为系统的设计、部件的选型提供了 一种方法。该文侧重于计算方法的说明，对现实的设 计有较强的指导意义。 参考文献： 【１］成大先．机械设计手册（第４版）Ｎｑ．北京：化学工业出版 社，２００２． （下转第４３页） ２９ 《装备制造技术）２０１２年第４期 ４ 结束语 参考文献： 【１】刘方辉，钱心远，张杰．ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ技术在现代塑料模 本文介绍了以Ｃｉｍａｔｏｒｎ Ｅ软件为平台，对结构复 具设计制造中的应用【Ｊ】．模具工业，２０１０，３０（１）：ｌ－６． 杂的双轮机头前盖进行三维造型设计、模具设计和 ［２］赖新建。刘锡荣，刘春文，等．Ｃｉｍａｔｒｏｎ Ｅ模具设计基础教程 数控加工编程的过程，实现了模具的ＣＡＤ／ＣＡＭ一体 【Ｍ】．北京：人民邮电出版社，２００９． ［３］高汉华，何冰强．塑料成型工艺与模具设计［ ．大连：大连 化。应用ＣＡＤ／ＣＡＭ一体化技术，改变了传统模具设 理工大学出版社。２００７． 计与制造的手段，将使模具设计与加工工作越来越 【４］傅信国．零件造型设计和模具数控加工编程叫】．北京：清华 方便、快捷，有效地缩短了模具制造周期，降低成本， 大学出版社，２００８． 提高产品品质，对企业快速响应客户需求，提高市场 ［５］何秋梅．基于Ｃｉｍａｔｒｏｎ Ｅ的相机面壳凸模的数控加工编程 竞争力，有着非常重要的意义。 【Ｊ】．模具技术，２０１０（３）：４８－５３． Ｍｏｌｄ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ＮＣ ＰｒＯｇｒａｍｍｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｆｒｏｎｔ Ｃｏｖｅｒ ｏｆ ｔｈｅ Ｈｅａｄ Ｏｆ ａ Ｔｗｉｎ．Ｔｕｒｂｏ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｃｉｍａｔｒｏｎ ＺＨＡＯ Ｓｈｉ－ｙｕ。，ＺＨＡＮ Ｙａｈ－ｒａｎ ，ＰＡＮ Ｙｕ—ｃｈｅｎｇ ，ＰＡＮ ｊｉｎａ—ｈｕｉ ，ＬＩＮ Ｊｉａｎ—ｓｈａｎ （１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｅｃｈａｔｏｒｎｉｃｓ，Ｎｉｎｇｄｅ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｆｕ’ａｎｎ￣ｕｊｉｎａ ３５５０００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｎａｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｆｕｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ ３５０１０８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｎｅｅｄｓ ｆｏ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ＣＡＤ／ＣＡＭ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｍｏｕｌｄ ｉｎｄｕｓｔｒｙ。ｔｈｅ ｆｒｏｎｔ ｃｏｖｅｒ ｆｏｔｈｅ ｈｅａｄ ｏｆ ａ ｔｗｉｎ ｔｕｒｂｏ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｓａ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ ｔｏ ｉｎｔｒｏｄｕｅｅ ｈｔｅ ｍｏｄｅｍ ｍｏｕｌｄ ｄｅｓｉｇｎ ｎａｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｃｉｍａｔｒｏｎ．ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｈｔｅ ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒｔ ｉｎ ｈｔｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ，ｍｏｕｌｄ ｄｅｓｉｎｇ ｎａｄ ＮＣ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ．Ｉｔ Ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ｈｔａｔ ｈｔｅ ｑｕＭｉｙｔ ｆｏ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｃａｎ ｂｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｔｈｅ ｃｙｃｌｅ ｆｏ ｍｏｕｌｄ ｄｅｓｉｎｇ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｃａｎ ｂｅ ｓｈｏｒｔｅｎｅｄ ａｎｄ ｈｔｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｓｔ Ｃａｌｌ ｂｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｗｉｈｔ ｈｔｅ ｎｉｔｅｇｒａｔｅｄ ＣＡＤ／ＣＡＭ ａｂｉｌｉｔｙ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ Ｃｉｍａｔｒｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｏｕｌｄ ｄｅｓｉｇｎ；ＮＣ；ｃｌｍａｔｒｏｎ （上接第２９页） Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｂｒａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ａ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｗｉｎｃｈ ＺＨＡＯ Ｋｕｎ，ＷＡＮＧ Ｄａｏ－ｌｉｎｇ （Ｎｏ．１ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，ｏｆ ＣＣＣＣ Ｆｉｒｓｔ Ｈａｒｂｏｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔｉｎａｊｉｎ ３００４５６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ｎａａｌｙｚｉｎｇ ｎａｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｈｔｅ ｍａｉｎ ｐａｒｔｓ ｏｆｔｈｅ ｂａｎｄ ｂｒａｋｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ａ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｗｉｎｃｈ，ａｎｄ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｈｔｅ ｄｅｓｉｎｇ ｏｆｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｎａｄ ｈｔｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｉｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｗｉｎｃｈ；ｂａｎｄ ｂｒａｋｅ ｓｙｓｔｅｍ；ｄｅｓｉｎｇ ４３