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為何油缸前置式制動器慘遭淘汰？與后置式全面對比揭曉真相
發(fā)布時間：
2025-01-23
來源：
礦井提升機作為礦山開采中至關(guān)重要的設(shè)備，承擔(dān)著人員、礦石等的垂直運輸任務(wù)。其制動系統(tǒng)的可靠性直接關(guān)系到整個礦井生產(chǎn)的安全與效率。在制動系統(tǒng)中，制動器是核心部件，油缸前置式制動器與油缸后置式制動器是兩種常見的結(jié)構(gòu)形式，但油缸前置式盤型制動器已被列入淘汰目錄。深入分析這兩種制動器的結(jié)構(gòu)，對于提升機制動系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化以及維護管理都具有重要意義。
一、引言
礦井提升機作為礦山開采中至關(guān)重要的設(shè)備，承擔(dān)著人員、礦石等的垂直運輸任務(wù)。其制動系統(tǒng)的可靠性直接關(guān)系到整個礦井生產(chǎn)的安全與效率。在制動系統(tǒng)中，制動器是核心部件，油缸前置式制動器與油缸后置式制動器是兩種常見的結(jié)構(gòu)形式，但油缸前置式盤型制動器已被列入淘汰目錄。深入分析這兩種制動器的結(jié)構(gòu)，對于提升機制動系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化以及維護管理都具有重要意義。
二、油缸前置式制動器結(jié)構(gòu)剖析
（一）制動油缸的位置與作用
1.位置特點
制動油缸處于制動器靠近提升機卷筒或摩擦輪的一端，這種布局使得油缸與制動執(zhí)行部件的連接更為直接。油缸的活塞桿通常直接與制動臂或制動塊連接機構(gòu)相連，從而能夠快速、有效地傳遞制動力。
2.工作原理
當(dāng)提升機需要制動時，液壓系統(tǒng)向油缸內(nèi)注入高壓油，推動活塞向外運動，活塞通過活塞桿帶動制動臂或制動塊連接機構(gòu)動作，使制動塊壓緊制動盤，產(chǎn)生摩擦力實現(xiàn)制動。而在松閘狀態(tài)下，油缸內(nèi)的油壓降低，活塞在復(fù)位彈簧或其他復(fù)位裝置的作用下縮回，制動塊與制動盤分離。
（二）制動臂結(jié)構(gòu)及力學(xué)分析
1.結(jié)構(gòu)形式
油缸前置式制動器的制動臂一般較短且結(jié)構(gòu)相對簡單。常見的制動臂采用鑄造或鍛造工藝制成，具有較高的強度和剛度。制動臂的一端與油缸活塞桿相連，另一端安裝制動塊，中間通過銷軸與制動器的固定支架連接，形成一個可繞銷軸轉(zhuǎn)動的杠桿結(jié)構(gòu)。
2.力學(xué)分析
根據(jù)杠桿原理，油缸活塞桿施加的力通過制動臂放大后作用在制動塊上。由于制動臂較短，力臂較小，為了產(chǎn)生足夠的制動力，油缸需要提供較大的推力。但較短的制動臂也使得制動響應(yīng)速度較快，因為力的傳遞路徑短，能量損失小。在制動過程中，制動臂承受著油缸推力和制動塊反作用力所產(chǎn)生的彎矩和剪力，因此對制動臂的材料強度和結(jié)構(gòu)設(shè)計要求較高。
（三）制動彈簧的布置與功能
1.布置方式
制動彈簧通常環(huán)繞在油缸周圍，多個彈簧均勻分布。這種布置方式使得彈簧對油缸的作用力較為均勻，能夠保證制動塊在制動時均勻地壓緊制動盤或制動輪。彈簧的一端與油缸的缸體固定，另一端與制動臂或制動塊連接機構(gòu)接觸，在松閘狀態(tài)下，彈簧處于壓縮狀態(tài)，儲存一定的彈性勢能。
2.功能作用
制動彈簧的主要功能是在液壓系統(tǒng)失效或停電等緊急情況下提供可靠的制動力，實現(xiàn)安全制動。當(dāng)液壓系統(tǒng)壓力降低或消失時，彈簧釋放彈性勢能，推動制動臂使制動塊壓緊制動盤或制動輪，確保提升機停止運行。此外，制動彈簧還起到緩沖和減振的作用，在制動過程中緩解制動塊與制動盤或制動輪之間的沖擊力，延長制動部件的使用壽命。
（四）整體結(jié)構(gòu)緊湊性與空間需求
1.緊湊性特點
由于油缸、制動臂和制動彈簧等主要部件集中在制動器的一端，油缸前置式制動器的整體結(jié)構(gòu)較為緊湊。這種緊湊的結(jié)構(gòu)使得制動器在提升機上的安裝空間需求較小，便于在空間有限的礦井提升機房內(nèi)進行布置。同時，緊湊的結(jié)構(gòu)也有利于減少提升機的整體重量和占地面積，降低設(shè)備成本和基建投資。
2.空間布置優(yōu)勢
在一些對提升機整體尺寸要求較為嚴(yán)格的場合，如小型礦井或舊有提升系統(tǒng)的改造，油缸前置式制動器的緊湊結(jié)構(gòu)能夠更好地適應(yīng)現(xiàn)有空間條件。它可以更靈活地與其他設(shè)備進行組合安裝，提高設(shè)備的集成度和空間利用率。
三、油缸后置式制動器結(jié)構(gòu)剖析
（一）制動油缸的位置與作用
1.位置特點
制動油缸位于制動器遠(yuǎn)離提升機卷筒或摩擦輪的一端，與油缸前置式制動器的位置形成鮮明對比。這種布置方式使得油缸與制動執(zhí)行部件之間需要通過較長的傳動機構(gòu)進行連接，如拉桿、連桿等。
2.工作原理
在制動過程中，液壓系統(tǒng)向油缸內(nèi)輸入高壓油，推動活塞運動，活塞通過活塞桿帶動拉桿或連桿等傳動機構(gòu)動作，傳動機構(gòu)再將力傳遞給制動臂，使制動塊壓緊制動盤實現(xiàn)制動。松閘時，油缸內(nèi)油壓降低，活塞在復(fù)位裝置作用下回縮，制動塊與制動盤分離。
（二）制動臂結(jié)構(gòu)及力學(xué)分析
1.結(jié)構(gòu)形式
油缸后置式制動器的制動臂通常較長且結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。制動臂一般采用高強度鋼材焊接而成，具有較大的抗彎和抗扭能力。制動臂的一端通過銷軸與制動器的固定支架連接，中間與傳動機構(gòu)相連，另一端安裝制動塊。由于制動臂較長，為了保證其在受力時的穩(wěn)定性，通常會在制動臂上設(shè)置加強筋或支撐結(jié)構(gòu)。
2.力學(xué)分析
較長的制動臂使得力臂增大，根據(jù)杠桿原理，在油缸推力相同的情況下，能夠產(chǎn)生更大的制動力矩。這對于一些需要較大制動力的大型礦井提升機來說具有明顯優(yōu)勢。然而，較長的制動臂也會導(dǎo)致制動響應(yīng)速度相對較慢，因為力的傳遞需要經(jīng)過較長的路徑，存在一定的能量損失和延遲。此外，制動臂在工作過程中不僅承受彎矩和剪力，還會受到較大的軸向拉力，因此對制動臂的材料性能和結(jié)構(gòu)設(shè)計要求更為苛刻。
（三）制動彈簧的布置與功能
1.布置方式
制動彈簧一般布置在制動臂靠近制動塊的一端，通常采用單個或多個大彈簧的形式。彈簧的一端與制動臂固定，另一端與制動塊連接機構(gòu)或制動塊本身接觸。在松閘狀態(tài)下，彈簧處于拉伸狀態(tài)，儲存彈性勢能。
2.功能作用
與油缸前置式制動器類似，制動彈簧在油缸后置式制動器中同樣起到安全制動和緩沖減振的作用。在液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，彈簧釋放彈性勢能，使制動塊壓緊制動盤或制動輪，實現(xiàn)可靠制動。同時，彈簧的緩沖作用可以減輕制動過程中的沖擊和振動，保護制動部件和提升機設(shè)備。
（四）整體結(jié)構(gòu)緊湊性與空間需求
1.緊湊性特點
相比于油缸前置式制動器，油缸后置式制動器的整體結(jié)構(gòu)較為松散。由于油缸后置以及較長的制動臂，使得制動器在軸向方向上的尺寸較大。這種結(jié)構(gòu)特點在一定程度上增加了提升機的整體尺寸和重量，對提升機房的空間要求較高。
2.空間布置劣勢
在空間有限的礦井提升機房內(nèi)，油缸后置式制動器的安裝和布置可能會受到一定限制。需要更大的空間來容納制動器的各個部件，并且在設(shè)備布局時需要考慮與其他設(shè)備之間的空間關(guān)系，以確保設(shè)備的正常運行和維護。
四、兩種制動器結(jié)構(gòu)對比總結(jié)
（一）制動性能對比
1.制動力矩
油缸后置式制動器由于制動臂較長，力臂較大，在相同油缸推力的情況下能夠產(chǎn)生更大的制動力矩，適用于對制動力要求較高的大型礦井提升機。而油缸前置式制動器制動力矩相對較小，但通過合理設(shè)計油缸推力和制動臂結(jié)構(gòu)，也能滿足一般礦井提升機的制動需求。
2.制動響應(yīng)速度
油缸前置式制動器制動臂較短，力的傳遞路徑短，制動響應(yīng)速度較快，能夠在較短時間內(nèi)實現(xiàn)制動動作。油缸后置式制動器由于制動臂較長且力的傳遞經(jīng)過多個環(huán)節(jié)，制動響應(yīng)速度相對較慢。在一些對制動及時性要求較高的場合，如提升機運行過程中突然出現(xiàn)緊急情況，油缸前置式制動器可能更具優(yōu)勢。
（二）可靠性與維護性對比
1.可靠性
兩種制動器在正常工作條件下都具有較高的可靠性。但油缸前置式制動器由于結(jié)構(gòu)相對簡單，部件數(shù)量較少，出現(xiàn)故障的概率相對較低。油缸后置式制動器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，傳動機構(gòu)和制動臂等部件較多，增加了故障點。不過，通過合理的設(shè)計、制造和維護，油缸后置式制動器也能保證較高的可靠性。
2.維護性
油缸前置式制動器的制動油缸位于前端，便于檢查、維修和更換。制動彈簧環(huán)繞在油缸周圍，也相對容易進行維護和調(diào)整。而油缸后置式制動器的油缸位于后端，維修時需要拆除一些傳動部件，操作相對復(fù)雜。此外，較長的制動臂和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也增加了維護的難度和工作量。
（三）成本對比
1.制造成本
油缸后置式制動器由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要使用更多的材料和零部件，制造工藝也相對復(fù)雜，因此制造成本較高。油缸前置式制動器結(jié)構(gòu)簡單，制造成本相對較低。在設(shè)備采購時，油缸前置式制動器的價格優(yōu)勢可能更為明顯。
2.安裝成本
油缸前置式制動器結(jié)構(gòu)緊湊，安裝空間需求小，安裝過程相對簡單，安裝成本較低。油缸后置式制動器整體尺寸較大，對安裝空間要求高，安裝過程需要更多的人力和物力，安裝成本較高。
3.維護成本
如前所述，油缸前置式制動器維護相對容易，維護成本較低。油缸后置式制動器維護難度大，維護工作量多，需要投入更多的人力、物力和時間，因此維護成本較高。
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