单轨吊制动车关键部件设计与分析.pdf

煤矿机电
2017年第2期
郑礼成.单轨吊制动车关键部件设计与分析[J].煤矿机电,2017(2):72-74.doi:10.16545/j. cnki. cmet.2017
02.022
单轨吊制动车关键部件设计与分析
郑礼成
(凯盛重工有限公司,安徽淮南232058
摘要:设计了一种超速自动保护的单轨吊制动车,对其核心单元进行了结构设计与选型计算,
并运用 Solid Works对制动摇臂、液压缸及弹簧座等关键部件进行了三维建模,并导入 ANSYS Work
bench进行有限元分析,得到了在最不利工况下的应カ及变形云图。通过静力分析结果观察,设计
安全可靠,效果良好,为单轨吊制动车的设计及应用提供了参考。
关键词:单轨吊制动车;离心触发装置;液压缸;有限元分析
中图分类号:TD524
文献标识码:B文章编号:1001-0874(2017)02-0072-03
Design and Analysis of Key Components
Braking Car for Monorail Vehicle
g
(Triumph Heavy Industry Co., I td. Huainan 232058, China)
Abstract An automatic braking car for overspeed protection of monorail vehicle was designed. Structural design
and calculation of its core unit were carried out. Solid Works software was applied to build 3D model of braking
arm, hydraulic cylinder and spring seat, which were imported into ANSYS Workbench to conduct finite element
anal ysis. The stress and deformation cloud picture of these key components in the most adverse condition were
obtained. The results show that the design is safe and reliable and provides a reference for design and application of
the braking car for monorail vehicle
Keywords: braking car for monorail vehicle; centrifugal trigger; hydraulic cylinder; finite element analysis
0引言
不大于2m/s,超过最高速度值的30%时应能自动
紧急制动。本文开发的制动车结构紧凑,主要由
单轨吊车悬挂在轨道上行驶,安装布置灵活,不车架、行走车轮、限速器触发装置、执行机构和液压
受巷道坡度起伏的影响,既可运物,乂能运人,能够系统等组成,其关键技术是对行车速度进行监测、判
实现不经转载的直达运输,近年来其应用日益广断,当达到设定值时利用离心力实施触发动作,通过
泛
执行机构以及液压油缸和制动弹簧的配合,驱动制
煤矿生产的发展对煤矿辅助运输系统提出了更动闻夹紧轨道腹板,实现超速制动保护
高的要求。研发了一种在失控超速状态下自动刹车
离心触发装置设计
的新型单轨吊制动车,可应用于多种形式的单轨吊1.1.1结构原理
系统中。本文对单轨吊制动车的关键技术和核心元
新型离心释放触发装置是检测并实施超速制动
件进行了设计与分析,具有十分重要的参考价值
保护的触发机构,主要由行走轮、轴、轴承、弹簧、转
关键技术及核心单元设计
轮、滑块、定位板、调节螺钉等组成,如图1所示。行
走轮吊挂在轨道上行走,通过轴将行车速度传递给
根据我国煤炭行业标准,单轨吊最高运行速度与之连接的转轮,转轮里布置有滑块、拉伸弹簧及调
万方数
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?73
节螺钉等,当转轮转速超过设定值时,滑块在离心力1.2液压缸与制动弹簧组件
的作用下拉动弹簧,甩出转轮实施触发。
液压缸和制动弹簧组件则是刹车制动力的发生
机构,是制动力源。在结构上是把压缩弹簧套在缸
筒上,利用液压缸和弹簧座将弹簧夹紧限位。制动
力来自弹簧的被压缩蓄能,压缩弹簧是靠液压油缸
的拉力来实现的。根据使用工况及系统要求,选择
外形尺寸较小,并能承受一定冲击负载的焊接型液
压缸。
1.2.1缸筒设计
1)液压缸内径
4F
(8
ー转轮;2-离心滑块;3-弹簧;4ー螺钉;5-轴:6-行走轮式中,D为缸筒内径,mm;Fm为制动弹簧的最大载
图1离心释放触发装置结构示意图
荷,设计值Fm…=60kN;P为系统压力,P=16
1.1.2拉伸弹簧设计4
MPa;m为0.95。
离心触发装置的转轮直径为100mm,圆柱离心
解得,D=70.9mm,取标准值,缸筒内径为80
滑块的设计质量为83g,质心距为30mm,当滑块向mmo
外发生位移10m时,触发制动装置动作。
2)缸筒的外径和壁厚验算:
1)单轨吊正常运行时,Vm、=2m/s,则圆柱滑
液压缸的内径80mm,其外径取标准值95mm,
块的角速度为:
缸壁的厚度为7.5mm。缸筒材料选用35钢,调质
处理。
R0.05
rad/ s
壁厚强度校核:
滑块的离心力
F,=mo2r=3.984N
P、=16<0.35x(D2-D
32.58(9
2)单轨吊超速30%状态时,运行速度
式中,P、为额定压力,MPa;D,为缸筒外径,m;D
V=Vx(1+30%)=2.6m/s
为缸筒内径,mm;o、为材料屈服点,320MPa。
滑块的角速度为
经计算壁厚强度满足设计要求
52 ra
R0.05
(4)1.2.2活塞杆设计
活塞杄材料选用45钢,调质处理。初选活塞杆
当滑块位移达到10mmn时,其离心力
直径d=40mm。
F2=mo2r=8.977N
(5
1)按强度条件校核
两个拉伸弹簧同时受力,分别为
P=4.489N;P1=1.992N
(6)
d=40>
4F
13.82
(10
故弹簧刚度
式中,d为活塞杆的直径,mm;F为活塞杆上的作用
P"=(Pn-P1)/10=0.251N/mm(7
选取材料直径为0.5mm,中径为6mm的拉伸弹,60kN;[o]为活塞杆材料许用应力,400MPa。
簧,其弹簧刚度为0.23Nmm,拉伸弹簧在不同工
2)按弯曲稳定性校核
况下的状态如表1所示。
≤
表1拉伸弹簧的受力和拉伸情况
自由状态预拉伸状态滑块释放状态极限状态
式中,F为液压缸的最大拉力,60kN;F为活塞杆
拉伸力/N
0,400
1.992
4.489
7.200