某液壓絞車帶式剎車系統(tǒng)的設計計算

趙 坤，王道令

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

液壓絞車廣泛運用于海洋工程、建筑、水利工程、林業(yè)、礦山、碼頭等的物料升降或平拖，其剎車方式包括外抱式、內(nèi)蹄式、盤式、帶式等。帶式剎車因其構造簡單、制動力矩大，而應用得較多。但在設計過程中，往往因無法獲得準確的數(shù)值，導致剎車力過大或過小，前者對絞車整體結構造成破壞，后者無法滿足使用要求。

本文將對某液壓絞車帶式剎車系統(tǒng)主要部位的設計，做一個介紹。

1 主要參數(shù)

現(xiàn)有一臺起重總質(zhì)量為20 t的絞車，鋼絲繩型號為6×19W+FC-36.0-1670（破斷拉力FB=714 kN，公稱直徑d=36 mm），卷筒直徑D1=800 mm(繩徑比不小于16)，剎車輪轂直徑D2=2 000 mm，剎車輪轂寬度為180 mm。

2 設計計算

2.1 剎車力的計算

剎車結構如圖1所示。

圖1 絞車剎車系統(tǒng)

試驗靜負載時，即最大剎車力時鋼絲繩拉力為

剎車力為

剎車帶緊邊拉力為

代入數(shù)值，得

剎車帶松邊拉力

代入數(shù)值，得

式中，

μ為摩擦系數(shù)，這里選用無石棉剎車帶，取0.35；

α為剎車帶包角，假設角度為325°，在這里轉(zhuǎn)化為弧度α=325×π/180。

2.2 剎車鋼帶的確定

剎車鋼帶采用Q235材質(zhì)鋼板，展開結構如圖2所示。

圖2 剎車鋼帶展開結構

其有效橫截面積A直接影響剎車帶抗拉強度，按剎車帶所受最大拉力確定鋼帶外廓尺寸，鋼帶所受最大拉力為緊邊拉力T1，許用拉應力取值

由此得出鋼帶最小橫截面積為1 570 mm2。

由圖2可知，

式中，

W為剎車帶寬度，取150 mm；

d1為連接孔直徑，取11 mm；

t為剎車鋼帶厚度；

代入數(shù)值，得

t=13.42 mm，取t=14 mm。

注：剎車鋼帶許用拉應力δ取值，直接影響到鋼帶厚度，取值不大于材質(zhì)屈服點應力，視設備使用工況而定。

2.3 剎車連接銷軸的確定

剎車帶緊邊連接銷軸受力最大，材質(zhì)選用45號鋼，許用剪應力取

銷軸所需最小截面

由此可知銷軸所需最小直徑

2.4 剎車油缸的設計

剎車系統(tǒng)采用儲能彈簧式常閉剎車結構，確保制動動作迅速可靠。油缸內(nèi)部儲能彈簧通過曲臂傳遞作用力，曲臂作用點的選取決定了作用于各連接點作用力的大小，直接影響剎車油缸內(nèi)部儲能彈簧、油缸活塞及液壓系統(tǒng)的設計和選用。

（1）儲能彈簧的確定。為保證錨絞機工作時剎車帶完全打開，避免剎車帶與輪轂產(chǎn)生摩擦，影響整機的傳動效率，剎車帶與輪轂應保證一定的退距，退距暫取值ε=10 mm，考慮到儲能彈簧預壓縮量及結構布置等因素，通常情況下X/Y取值1/4較為適宜，取X=150 mm，Y=600 mm，則打開剎車時油缸最小行程為

如圖1所示，儲能彈簧作用于剎車所需最小力為T3，根據(jù)力矩平衡原理

計算得

假定彈簧剛度

則彈簧預壓縮量

剎車完全打開時彈簧總壓縮量為

彈簧總壓縮力為

繪出彈簧性能曲線，如圖3所示。

圖3 彈簧性能曲線

（2）剎車系統(tǒng)油壓的確定。油缸結構如圖4所示。

圖4 剎車油缸結構

L總為油缸總行程，L為彈簧預壓縮量，d為油缸活塞直徑，打開剎車時需要克服彈簧力。假設油缸活塞直徑d=100 mm，則活塞面積

系統(tǒng)油壓為

彈簧的簧絲直徑、中徑、圈數(shù)、纏繞比等各項參數(shù)直接影響到彈簧剛度與許用壓縮量，從而影響到油缸缸徑與長度。關于彈簧的設計，在此不作過多贅述。

3 結束語

本文通過對液壓絞車帶式剎車系統(tǒng)的各主要部位進行分析計算，為系統(tǒng)的設計、部件的選型提供了一種方法。該文側(cè)重于計算方法的說明，對現(xiàn)實的設計有較強的指導意義。

[1]成大先.機械設計手冊（第4版）[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002.