一种矿井提升机的制动装置的制作方法

本公开属于矿井提升机领域，具体涉及一种矿井提升机的制动装置。

背景技术：

目前，国内外许多大型机械制动都是利用液压系统实现制动目的，传统的液压制动系统通过对液压阀的控制实现制动力大小控制。如现有的起重机与矿井提升机等大型机械制动，目前主要是通过液压型盘式制动器完成制动，液压型盘式制动器利用蝶形弹簧产生制动力，靠油压松闸。当压力油充入油缸后，推动活塞压缩蝶形弹簧，并带动制动器体和闸瓦离开制动盘，呈现松闸的状态；

当油缸内部压力降低后，蝶形弹簧就恢复其压缩变形，靠弹簧力推动制动体及闸瓦，使闸瓦压向制动盘实现制动。长久以来液压控制一直面临着液压油管繁琐的安装，以及液压油泄露造成油压不稳从而影响制动效果，与此同时液压油的泄露也会产生污染环境等一系列得问题，为此国内外众多学者开始研究设计电机械制动装置，并且取得了一定的进展。然而尚未见到将电机械制动装置应用于超深矿井提升机领域中。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本公开的目的在于提供一种矿井提升机的制动装置，解决了背景技术中提到的问题。

本公开的目的可以通过以下技术方案实现：

一种矿井提升机的制动装置，包括滚筒、支架和制动机构，所述滚筒安装于支架上，制动机构安装于支架上，所述支架上安装有托架，制动机构安装于托架上。

所述制动机构包括传动单元、执行单元和驻车单元，传动单元与执行单元连接，驻车单元与执行单元连接。

进一步地，所述传动单元包括蜗轮、蜗杆、移动丝杆、螺母和滚珠，蜗轮与蜗杆相互啮合，蜗轮的内圈同轴安装于螺母的外圈，螺母的内圈通过滚珠与移动丝杆配合安装。

进一步地，所述蜗杆的一端设置有机械松闸端。

进一步地，所述移动丝杆的一端开设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹配合安装有移动块，移动块与执行单元连接。

进一步地，所述执行单元包括静闸瓦、动闸瓦、圆形导轨、联接件、碟形弹簧和导向件，静闸瓦安装于支架的一侧，动闸瓦安装于托架上，动闸瓦与静闸瓦分布于滚筒的两侧，圆形导轨与动闸瓦和联接件连接，联接件与移动块连接，碟形弹簧安装于导向件上，导向件与动闸瓦连接。

进一步地，所述车机构包括梯形丝杆、夹块、直线导轨及导轨支撑架，夹块的一端安装于梯形丝杆上，夹块的另一端安装于直线导轨上，直线导轨安装于导轨支撑架上。

进一步地，所述梯形丝杆分为左右两部分，梯形丝杆的左端丝杆与右端丝杆螺纹旋向相反，左端丝杆与夹块螺纹连接，右端丝杆与夹块螺纹连接。

进一步地，所述动闸瓦的顶端安装有接触头，接触头上开设有流体存储腔和滑槽，滑槽的数量不少于三个，流体存储腔与滑槽连通，流体存储腔内填充有液体，滑槽内安装有接触柱头，接触柱头的一端伸出滑槽外，接触柱头位于滑槽内的一端安装有限位块。

进一步地，接触柱头伸出滑槽的一端铰接安装有侧向夹持块，侧向夹持块的中间部分铰接安装有连动杆，接触头的上表面开设有移动槽，移动槽内滑动安装有移动滑块，移动滑块与连动杆铰接。

本公开的有益效果：

本公开通过控制力矩电机正转时动闸瓦与滚筒接触实现制动，力矩电机反转时动闸瓦远离滚筒制动解除，矿井提升机松闸，同时弱电控制制动装置，利用力矩电机提供制动力矩，无需复杂的液压系统，简化了盘式制动器结构同时避免了液压驱动导致泄露等一系列问题。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开实施例的整体结构主视图；

图2是本公开实施例的整体结构侧面图；

图3是本公开实施例的制动机构机构示意图；

图4是本公开实施例的传动单元的结构示意图；

图5是本公开实施例的蜗轮蜗杆结构示意图；

图6是本公开实施例的部分结构剖视图；

图7是本公开实施例的执行单元结构示意图；

图8是本公开实施例的执行单元部分结构示意图；

图9是本公开实施例的驻车单元结构示意图；

图10是本公开实施例的托架示意图；

图11是本公开实施例的箱体示意图；

图12是本公开实施例的箱体盖示意图；

图13是本公开实施例的端盖示意图；

图14是本公开实施例的圆锥滚子轴承座示意图；

图15是本公开实施例的驻车单元中的梯形丝杆结构示意图；

图16是本公开实施例的执行单元中的联接件结构示意图；

图17是本公开实施例的部分结构示意图；

图18是本公开实施例的部分结构剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。

如图1至图18所示，一种矿井提升机的制动装置，包括滚筒1、支架2和制动机构3，滚筒1安装于支架2上，制动机构3安装于支架2上；

支架2上安装有托架5，托架5通过双头螺柱与支架2固连，制动机构3安装于托架5上；

托架5上设置安装有箱体10，箱体10设置第一螺纹孔1001通过螺丝固定于托架5上，制动机构3安装于箱体10内部，箱体10在整个制动机构3中起到保护及支撑作用，

制动机构3包括传动单元、执行单元和驻车单元，传动单元与执行单元连接，传动单元用于向执行单元提供制动力，使得执行单元向靠近滚筒1的方向运动；执行单元用于与滚筒1接触挤压摩擦，来实现对滚筒1的制动；驻车单元与执行单元连接，驻车单元用于保持执行单元的制动效果，避免出现打滑溜车现象。

传动单元包括蜗轮16、蜗杆14、移动丝杆18、螺母15和滚珠23，蜗轮16与蜗杆14相互啮合，蜗轮16的内圈同轴安装于螺母15的外圈，螺母15的内圈通过滚珠23与移动丝杆18配合安装；

在安装时，蜗轮16与蜗杆14之间的轴线夹角应为90度，以此实现运动的垂直换向，蜗杆14的头数和蜗轮16的齿数可以根据实际需求设置，来改变传动比的大小，以此实现减速的目的；

在蜗杆14的两端设置有角接触轴承，蜗杆14与角接触轴承之间过盈配合，为防止蜗杆14及角接触轴承的轴向运动，将角接触轴承置于角接触轴承座13内，同时蜗杆14上设置阶梯轴安装小圆螺母21能够有效避免蜗杆14的轴向运动引起制动的失效；

蜗杆14的一端安装有力矩电机12，力矩电机12的输出轴利用第一联轴器20与蜗杆14连接，控制力矩电机12的速度及力矩的大小，二者共同实现对制动机构3的制动响应时间及制动力矩的控制，达到实际使用要求，利用力矩电机12提供制动力，无需繁琐的液压系统，避免了液压驱动导致泄漏等一系列问题；

蜗杆14的另一端设置有机械松闸端22，紧急情况下可以进行人工干预，避免意外的发生。

螺母15外部设置阶梯轴与蜗轮16固连，安装在螺母15上的蜗轮16的两端设有阶梯轴，在蜗轮16两侧安装有大圆螺母17，可以防止蜗轮16发生轴向运动影响制动机构3的制动精度；

螺母15两端均与圆锥滚子轴承3401过盈配合，圆锥滚子轴承3401用来限制螺母15的前后移动，螺母15的一端圆锥滚子轴承3401安装于箱体10内的圆锥滚子轴承座34内，并在圆锥滚子轴承座34的末端设置端盖11，端盖11与箱体10通过螺丝连接在一块，防止力矩电机12反转时带动移动丝杆18往后移动距离过大造成制动失效；

螺母15另一端安装于与箱体10连接的轴承座连接端口1004内，圆锥滚子轴承座34采用可拆卸式安装于箱体10一侧，例如通过螺栓固定于箱体10的侧面，两圆锥滚子轴承3401均放置于圆锥滚子轴承座34内；

圆锥滚子轴承座34安装于箱体10的一侧并用轴承座连接端口1004通过螺丝连接在一起，且在圆锥滚子轴承3401外端设置垫圈3402，用来固定支撑移动丝杆18，确保能够实现矿井提升机的制动。

移动丝杆18的一端开设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹配合安装有移动块19，移动块19与执行单元连接。

力矩电机12转动时，带动蜗杆14转动，蜗杆14传递运动给蜗轮16从而带动螺母15转动，螺母15内部通过滚珠23将运动传递给移动丝杆18，移动丝杆18在滚珠23推动的作用下实现直线运动，移动丝杆18的前后直线移动带动移动块19移动，从而带动执行单元直线移动，从而实现制动机构3的制动和松闸。

执行单元包括静闸瓦4、动闸瓦26、圆形导轨25、联接件7、碟形弹簧24和导向件27，静闸瓦4安装于支架2的一侧，动闸瓦26安装于托架5上，动闸瓦26与静闸瓦4分布于滚筒1的两侧，圆形导轨25与动闸瓦26和联接件7连接，联接件7与移动块19连接，碟形弹簧24安装于导向件27上，导向件27与动闸瓦26连接；

执行单元与传动单元的移动块19相连接，在传动单元的带动下促使动闸瓦26向滚筒1方向移动，动闸瓦26与静闸瓦4共同作用实现制动目的；

联接件7在执行单元中负责与传动单元的移动块19连接，将运动引入执行单元；

联接件7的中间部分开设有方孔702和销孔703，联接件7与移动块19通过销连接，移动块19将运动传递至执行单元；

托架5上设置有燕尾导轨502，联接件7底部设置燕尾槽704，联接件7与托架5之间通过燕尾槽704和燕尾导轨502安装，从而保证移动丝杆18的直线运动；

在托架5之上设置承力块503，并开设多个螺纹孔用来固定制动机构3的箱体10以及力矩电机12，托架5的底部设置加强筋501提高托架5的使用性能；

联接件7、承力块503、动闸瓦26上各开四个孔心一致的光滑圆孔701，利用圆形导轨25穿过三者，其中圆形导轨25一端设有螺纹与动闸瓦26螺纹连接，圆形导轨25的另一端设有螺纹将圆形导轨25固定于联接件7上，圆形导轨25用于连接动闸瓦26和联接件7，移动丝杆18直线移动时带动联接件7以及动闸瓦26移动；

导向件27的末端设置有一个直径小于碟形弹簧24大径的支撑面，导向件27的另一端与动闸瓦26之间螺纹连接；

通过控制导向件27与动闸瓦26间螺纹进给距离可以控制碟形弹簧24与承力块503之间的距离，确保在制动状态时碟形弹簧24应处于轻微压缩状态或与承力块503之间保持将碰未碰的状态，在松闸时碟形弹簧24压紧承力块503，适当的压缩碟形弹簧24可以降低制动机构在制动过程的冲击力；

当力矩电机12反转时，由移动丝杆18带动促使碟形弹簧24压缩在承力块503上此时碟形弹簧24处于吸收能量状态，制动机构3松闸，松闸过程中，在联接件7的带动下动闸瓦26离开滚筒1，碟形弹簧24与承力块503接触使得碟形弹簧24压缩，有效降低缓冲，提高机械零部件的使用寿命；

当力矩电机12正转时碟形弹簧24远离承力块503，碟形弹簧24释放能量，制动机构3制动；碟形弹簧24能够有效的吸收和释放能量，并降低冲击力，提高机械使用寿命。

驻车机构包括梯形丝杆30、夹块31、直线导轨32及导轨支撑架33，夹块31的一端安装于梯形丝杆30上，夹块31的另一端安装于直线导轨32上，直线导轨32安装于导轨支撑架33上；

梯形丝杆30的一端安装有步进电机8，步进电机8作为动力源，步进电机8的输出轴通过第二联轴器28与梯形丝杆30连接，

梯形丝杆30分为左右两部分，梯形丝杆30的左端丝杆3001与右端丝杆3002螺纹旋向相反，左端丝杆3001与夹块31螺纹连接，右端丝杆3002与夹块31螺纹连接；

两个夹块31下端设有圆孔，光滑直线导轨32穿过圆孔，直线导轨32用来限制夹块31的位移方向，直线导轨32的两端安装于导轨支撑架33上，并利用紧定螺丝将直线导轨32固定，直线导轨32支撑架与箱体10通过螺丝固定，保证夹块31在工作中能够正常移动；

当步进电机8转动时，带动梯形丝杆30运动，从而使得两夹块31相向运动或背离运动；

步进电机8正转时带动梯形丝杆30转动从而使得夹块31夹紧蜗杆14，驻车完成；步进电机8反转时带动梯形丝杆30转动，使得两个夹块31背向运动松开蜗杆14，驻车结束；

在制动过程中启动驻车机构，利用步进电机8转动带动梯形丝杆30转动，使两边夹块31沿着直线导轨32相向运动夹紧蜗杆14，最终完成矿井提升机的制动，避免因惯性产生的溜车现象。

在箱体10上设置孔以及步进电机连接端口1005，方便箱体10内部结构与外部力矩电机12及步进电机8连接，箱体10上设置有箱盖9，保证箱体10内传动结构不会进污染物，影响制动精度。

动闸瓦26的顶端安装有接触头260，接触头260上开设有流体存储腔265和滑槽266，滑槽266的数量不少于三个，流体存储腔265与滑槽266连通，滑槽266内安装有接触柱头262，接触柱头262的一端伸出滑槽266外，接触柱头262伸出滑槽266外的一端安装有橡胶垫，橡胶垫能够增大接触面摩擦力，接触柱头262位于滑槽266内的一端安装有限位块267，限位块267的外圈安装有第一密封圈，第一密封圈的外圈与滑槽266的内壁紧密贴合，流体存储腔265内填充有液体；

当制动机构3开启制动时，动闸瓦26带动接触柱头262向待制动面移动，接触柱头262的顶端与待制动面接触，当待制动面表面不平整时，接触柱头262与待制动面的接触点不在一个平面上，待制动面的凸点挤压接触柱头262往回收缩，回缩的接触柱头262挤压其所在的滑槽266内的液体向流体存储腔265流动，待制动面的凹点与接触柱头262未接触，未接触到待制动面的接触柱头262处前端不受到压力作用，液体流向未接触到待制动面的接触柱头262所在的滑槽266内，直至所有接触柱头262与待制动面所受压力均衡，流体存储腔265内的液体能起到缓冲的作用，所有接触柱头262维持在平衡状态，使得待制动面与接触柱头262的接触点受力均匀并压紧待制动面，从而实现接触头260适用于不平整的待制动面；

在实际应用中，当需要制动的部件为小型机械时，接触头260上的接触柱头262不完全与待制动面接触，原有的接触柱头262可能无法实现对小型平面的制动；

接触柱头262伸出滑槽266的一端铰接安装有侧向夹持块263，侧向夹持块263的中间部分铰接安装有连动杆264，接触头260的上表面开设有移动槽261，移动槽261内安装有移动滑块，移动滑块沿着移动槽261做直线运动，移动滑块与连动杆264铰接；

当待制动面为小型平面时，待制动面与一部分接触柱头262的顶端接触挤压，与待制动面接触的接触柱头262向接触头260的内部运动并挤压流体存储腔265内的液体，使得液体向未与待制动面接触的接触柱头262所在的滑槽266内流动，未与待制动面接触的接触柱头262向接触头260的外部运动，带动侧向夹持块263上与接触柱头262铰接的一端向背离接触头260的方向运动，在移动滑块和连动杆264的作用下，侧向夹持块263上未与接触柱头262连接的一端向靠近接触头260的方向运动，侧向夹持块263上未与接触柱头262连接的一端与待制动机械的侧面接触压紧，使得待制动机械的端面和侧面均受到制动力的作用，制动更牢靠，从而实现对小型机械的制动作用；

当待制动面为大型平面时，待制动面与侧向夹持块263接触挤压，在连接杆和移动滑块的作用下，侧向夹持块263未与接触柱头262连接的一端向靠近接触头260的方向运动，所有的接触柱头262与待制动面接触便可实现制动作用。

工作原理：

控制力矩电机12转动，通过蜗杆14转动带动蜗轮16转动，使得螺母15旋转带动移动丝杆18作直线运动，移动块19将运动传递至联接件7，联接件7沿着燕尾槽704导轨直线运动带动闸瓦26、碟形弹簧24及导向件27向滚筒1方向移动，直至动闸瓦26压紧滚筒1；

启动驻车单元，由步进电机8提供动力源，带动梯形丝杆30旋转，使得夹块31沿着直线导轨32相向运动夹紧蜗杆14，防止出现溜车现象，完成制动过程；

当制动机构3松闸时，驻车机构启动，使得夹块31背向运动松开原本夹紧的蜗杆14，再控制力矩电机12反转带动动闸瓦26做远离滚筒1的直线运动，从而实现制动机构3的松闸。

实验时，可编程控制器与力矩电机12连接，通过可编程控制器向力矩电机12发送数字量信号和模拟量信号；

制动机构3的安装位置距离滚筒1有1mm-2mm，可编程控制器及力矩电机12接通220v交流电电源，通过可编程控制器发送正转指令至力矩电机12，使得力矩电机12正转带动动闸瓦26移动至距离滚筒1有1.5mm左右；

通过可编程控制器发送指令调节力矩电机12转速及转矩大小实现对制动装置制动力及制定响应时间的控制；

通过步进电机8接入24v电源且步进电机8的输出轴与梯形丝杆30通过联轴器连接，由可编程控制器发送指令至步进电机8控制步进电机8的正反转。

通过可编程控制器来控制其优点是利用力矩电机12的反馈信号可以实现制动机构3制动力及制动响应时间的实时调控，其次整个电机械制动器结构适用于超深矿井提升机，安装拆卸方便，避免了液压驱动泄露等一系列问题。

以下进一步给出本发明装置实验测试的实验结果分析

制动力的大小是对制动机构3制动效果最直接的反应，为得到制动踏面在堵转情况下制动力大小与电流及行程的关系进行如下试验，步骤为：

1)根据矿井提升机制动需要，安装固定好力矩电机12和制动机构3；

2)安装固定好制动机构3中的执行单元，确保动闸瓦26能够随着力矩电机12的运转而直线移动；

3)将制动机构3中的传动单元安装在箱体10内部预定的位置，确保传动单元可以完成运动的传递；

4)将步进电机8安装在制动机构3的箱体10之上确保力矩电机12堵转时也即动闸瓦26与滚筒1接触的时候，驻车单元可以正常运转；

5)接通电源，将程序输入可编程控制器内部，通过可编程控制器发送的指令控制力矩电机12及步进电机8的运转；通过可编程控制器发送的数字量信号改变力矩电机12的转向，通过模拟量信号改变力矩电机12的输出传动力的大小以及传动速度；通过可编程控制器发送的脉冲信号控制步进电机8正反转实现制动过程中的驻车；

6)改变制动机构3堵转时梯形丝杆30的行程，力矩电机12驱动制动装置工作，轮辐式传感器及称重显示器输出制动装置堵转时梯形丝杆30在不同行程状态下的制动力大小，在梯形丝杆30行程为0.5mm、0.55mm、0.6mm、0.65mm、0.7mm及0.75mm情况下读出制动机构3在制动及松闸时的制动力如表1；

7)通过可编程控制器改变输出模拟量的大小也即改变电流的大小，由力矩电机12驱动，观察制动机构3在不同的电流下，制动机构3的制动力大小，测得两组实验数据如表2。

(1)制动装置制动力与行程的关系

在制动踏面行程范围内，将轮辐式传感器与动闸瓦26放置在同一水平面两者处于即碰未碰状态下，通过kollmorgenworkbench软件设置梯形丝杆30行程的大小，来观测堵转时梯形丝杆30的行程与制动力之间的关系，连续进行3组试验；梯形丝杆30行程的大小设置有6个：0.5mm、0.55mm、0.6mm、0.65mm、0.7mm、0.75mm，驱动力矩电机12工作，观察称重显示器所显示的数据，分析得出制动踏面的行程与堵转力矩之间的关系。在每一确定行程下测得三组制动机构3制动力的变化情况如下：

表1为制动力与行程关系表：

通过表格信息中可看出，制动机构3堵转时，增大梯形丝杆30行程距离，制动机构3的制动力大小也会增大，由此可见制动踏面与所需制动的物体接触越紧密制动力越大，制动效果越好，故本发明方案中通过动闸瓦26压紧滚筒1实现制动是可行的。

(2)制动装置制动力大小与电流的关系

力矩电机12在力矩模式下通过可编程控制器输入的模拟量信号来改变力矩电机12的电流大小，进而控制制动机构3制动力的大小，为得出制动力与电流间的关系，驱动力矩电机12运转，测出多组实验数据如下。

表2为制动力与电流关系表：

根据上述实验数据表明，制动机构3的制动力随着电流的增大而增大，故制动机构3的制动力大小可通过改变可编程控制器输给力矩电机12的模拟量大小来控制，从而避免了传统液压制动方式中因液压油泄露而造成的一系列问题。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本公开的基本原理、主要特征和本公开的优点。本行业的技术人员应该了解，本公开不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本公开的原理，在不脱离本公开精神和范围的前提下，本公开还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本公开范围内。