利用有限元软件Ansys对防爆电梯制动轮与闸瓦摩擦能量及温升的分析.pdf

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セ气开吴〉(2012.No.1
文章编号:1004-289X(2012)01-0106-03
利用有限元软件 Ansys对防爆电梯制动轮
与闸瓦摩擦能量及混升的分析
李洪,李刚2
1.沈阳特种设备检测研究院,辽宁沈阳110035;2.东北大学工业爆炸及防护研究所,辽宁
沈阳110819)
摘要:分绍了利用有限元教件 Ansys,建立有限元法热力学计算模型,对防爆电梯制动轮、闸瓦摩擦能量及温升
进行了分析。
关键词:有限元软件 Ansys;防爆电梯制动轮;闸瓦;摩擦能蚤;温升
中图分类号:TM76
文献标识码:B
Analysis of the Friction Energy and Temperature Rise between the Braked Wheel
and Brake-shoe for Explosion-proof Elevators by Finite Element Software Ansys
E Hong, LI Gang
(1. Shenyang Special Equipment Test Research Institute, Shenyang 110035, China; 2. Industry Explosion
and Protection Reearch Institute, Shenyang 100819, China)
Abstract The paper presents to use finite element sofware Ansys to set up a thermodynamics computing model of the fi
nite element method and has a study of the friction energy and temperature rise between the breaked wheel and break
whoe for the explosion-proof elevator.
Key words: finite element software Ansys; explosion-proof elevator; breaked wheel; breake-shoe; riction energy; tem-
perature rise
1前言
转动、滑动和可能撞击的机构釆取降低机械运转速度、
发生撞击的两个部件应用不同的金属或垫以无火花材
随着我国经济改革和生产建设的不断发展,运行料、相对摩擦部件之一用不产生火花的材料制造等安全
在石油、化工煤气、制药等爆炸性危险气体环境的防措施防止产生火花与高温。而机械运动防爆一般不能
爆电梯数量不断增多。为了防止电气火花、摩擦冲击进行防爆试验,不能像电气设备那样取得防爆合格证。
火花和机械、电器表面的高温引起燃烧或爆炸事故,防
按照CB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》附
爆电梯主要采取电气防爆和机械运动防爆的措施。
录D中第2条第d条款规定:电梯的制动系统应进行试
电气防爆就是采取外壳限制爆炸、用介质層离点验和验证。试验时,将载有125%额定载重量的轿厢以
火源和限制火花能量等方法,防止电气设备和线路在额定速度下行,切断电动机和制动器供电后,制动器应
工作中产生的火花与热量点燃危险区域内的爆炸性混能使曳引机停止运转,以验证电梯制动系统的性能。
合气体,如隔爆型、正压型、充油型、充傻型、浇封型、增
一般情况下,防爆电梯均采用“零”速制动原理
安型、本质安全型等防爆电气设备,防爆电气设备须经即当曳引轮接近静止时,闻瓦才会动作“抱死”制动
过国家认可的防爆电气产品监督检验机构进行相应的轮,所以防爆电梯在正常工作时,制动轮和闸瓦之间的
防爆性能试验,取得相应的防爆合格证才能投入使用。滑动摩擦很小,由此而产生的摩擦能量及温升可以忽
机械运动防爆就是防止发生金属的撞击与摩擦,对略,但以下两种情况发生时可能使摩擦表面达到较危
吴〉(2012.No.1)
险的状态:
(1)正在运行中的曳引机动力电源突然失电
曳引机转动部件动能的计算
(2)控制电源突然失电。
根据主轴静载和常规数据,选取YJ250B曳引机
以上两种情况发生时,曳引机均在以额定速度运转动件惯性量I=0.34kg·m2,安全系数取2,最后取
行,要想使其停止转动,闸瓦必须给制动轮施以摩擦,I=0.68kg·m2进行计算。根据转速n=960转/分可
通过摩擦功来消耗系统的动能。系统的动能主要包含得以弧度(rad)表示的转动角速度o=960/60*2r
两部分:曳引电机转动部件具有的转动动能和对重或1005rad/s。
轿厢的平动动能通过蜗轮蜗杆传动机构反传过来的部
所以,曳引机转动部件的动能:
分能量。由于曳引钢丝绳传递拉力而不能传递压力,
K1=0.5Io2=0.5x0.68×100.55=3434.1J
轿厢加上125%额定载荷时远大于对重重量,所以防
爆电梯下行时和上行时相比,制动器需要做较多的摩、4运动轿厢能量的计算
擦功才能使轿厢静止,也就是说,当轿厢下行时若动力
轿厢及125%额定载荷以额定速度下行具有的动
电或控制电突然失电时,制动轮表面温升情况较危险。能K为:
按国家防爆电梯型式试验规则的要求,对无法进
K=0.5*(P+1.25Q)昭=0.5*(1650+1,25
行防爆试验,不能取得防爆合格证的非电气部件,应提1000*1.03=1450J
供足够的计算或说明资料。
正常工作时蜗杆是主动件,而制动时蜗轮是主动
为保证防燝电梯的制动轮与闸瓦摩擦能量及温升
件。此时,忽略蜗轮蜴杄磨损效率损耗和溅油损耗,蜗
满足要求,首先对制动轮与闻瓦摩擦能量进行分析,并
轮蜗杆传动机构的反传动效率为:
采用有限元软件 ANSYS建立模型,进行计算。有限元
分析方法最大的特点是将物体分成许多个小单元进行
LB
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计算,从而很方便地描绘出物体内部不同地方的温度
式中,γ为蜗杆分度圆螺旋线上的升角,6.34度
值,也就是说它计算的是温度场。利用有限元分析方p'=areg(O√一滑动摩擦系数,蜗轮齿圈材料为锡基
法进行热力学计算是目前国际上最为流行的技术之合金,根据曳引轮线速度为1m/s和蜗杆螺旋升角,近
尤其是对于摩擦热力学的计算,解决了传统的整体
似计算蜗轮蜗杅摩擦面相对滑动速度为9m/s,査表得
平均近似方法误差较大的问题,使计算结果更符合实
知∫=0.017,所以p'= arct(O.017)=0.974度。
际情况。下面以额定载重量1000kg的防爆电梯为例,
代人式中可得,
计算分析防爆电梯的制动轮与闻瓦摩擦能量及温升。
m=tg(6.34-0.974)/tg(6.34)=84.5%。
2主要技术参数
所以,下降轿厢的动能反传给制动轮的部分能量
防爆电梯的温度级別为,7,=135℃;额定载重量,K2为:
=1000kg;额定速度,昭=1.0m/s;轿厢自重,P=
K2=Kxm=1450*0.845=1225.8
1650kg;对重重量,R=2150kg;曳引比,r=1:1;电动机转5制动轮摩擦能量的计算
速,n=960r/min;制动轮材质,HI200;制动轮宽B、轮缘
根据以上分析,制动轮摩擦总能量W为
厚h,1