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帶式輸送機(jī)盤(pán)式制動(dòng)器的穩(wěn)定及熱變形安全性分析

文檔作者：陳艷文檔來(lái)源：晉能控股煤業(yè)集團(tuán)四臺(tái)礦		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年10月03日
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試驗(yàn)研究
2023年第9期 Mechanical Management and Development No.9,2023
總第245期 機(jī)械管理開(kāi)發(fā) Total245
D0I:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2023.09.021
帶式輸送機(jī)盤(pán)式制動(dòng)器的穩(wěn)定及熱變形安全性分析
陳艷
（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)四臺(tái)礦，山西大同037000)
摘要：針對(duì)盤(pán)式制動(dòng)器的熱變形作用，采用有限元模擬的形式對(duì)不同的制動(dòng)壓力及制動(dòng)速度的變化作用進(jìn)行分
析，從而選取合理的工藝參數(shù)，減少制動(dòng)器的熱變形，保證帶式輸送機(jī)的安全穩(wěn)定使用。
關(guān)鍵詞：盤(pán)式制動(dòng)器；摩擦熱；熱變形；制動(dòng)壓力；制動(dòng)速度
中圖分類(lèi)號(hào)：TD63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-773X(2023)09-0050-03
0 引言
我國(guó)大量的煤礦開(kāi)采輸送中，帶式輸送機(jī)是主要
的輸送設(shè)備，具有運(yùn)量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸送效率高的優(yōu)
點(diǎn)，可較好地適應(yīng)煤礦高效、長(zhǎng)距離的輸送要求。隨著
煤礦開(kāi)采效率的提升，對(duì)帶式輸送機(jī)的運(yùn)量及速度要
求不斷提高!,同時(shí)為了保證輸送的安全，對(duì)帶式輸
送機(jī)的制動(dòng)性能具有較高的要求。盤(pán)式制動(dòng)器通過(guò)摩
擦片與制動(dòng)盤(pán)的摩擦實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的制動(dòng)，具有散
熱性能好、穩(wěn)定性高的特點(diǎn)[2],可以較好地滿(mǎn)足帶式
輸送機(jī)的使用要求。隨著帶式輸送機(jī)在煤礦中輸送運(yùn)
量增加，輸送速度提高，盤(pán)式制動(dòng)器使用過(guò)程中常由
于溫度升高，引起制動(dòng)器的熱衰減及熱裂紋[3]，影響
盤(pán)式制動(dòng)器的使用穩(wěn)定性，限制了帶式輸送機(jī)的使
用。針對(duì)帶式輸送機(jī)盤(pán)式制動(dòng)器的熱變形進(jìn)行分析，
對(duì)影響熱變形的因素作用進(jìn)行分析[4],從而減小盤(pán)式
制動(dòng)器的熱變形，提高其穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的
高效運(yùn)行。
1 盤(pán)式制動(dòng)器分析模型的建立
盤(pán)式制動(dòng)器通過(guò)摩擦作用產(chǎn)生的力矩使得帶式
輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，摩擦副產(chǎn)生一定的摩擦熱，引起熱
變形，使得制動(dòng)器摩擦副的表面接觸發(fā)生變化[5],造
成了摩擦副表面的磨損，進(jìn)一步惡化了變形狀態(tài)。對(duì)
盤(pán)式制動(dòng)器的熱變形進(jìn)行模擬分析，由于帶式輸送機(jī)
使用的盤(pán)式制動(dòng)器為對(duì)稱(chēng)布置的摩擦片結(jié)構(gòu)[6],與制
動(dòng)盤(pán)形成摩擦副，在建模過(guò)程中，僅針對(duì)一個(gè)摩擦副
進(jìn)行分析即可，減小了計(jì)算的工作量。
盤(pán)式制動(dòng)器多依靠制動(dòng)鉗的作用實(shí)現(xiàn)摩擦片與
制動(dòng)盤(pán)的接觸，為簡(jiǎn)化分析，設(shè)定摩擦副的材料均為
各向同性，且不考慮熱輻射作用對(duì)制動(dòng)盤(pán)的影響作用，
摩擦副的表面為光滑表面。依據(jù)某型號(hào)的盤(pán)式制動(dòng)器
采用ABAQUS分析軟件建立盤(pán)式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)模
型，制動(dòng)盤(pán)的外徑為1600mm、內(nèi)徑為350mm，制動(dòng)
力矩作用為1400N·m，制動(dòng)瓦間距為2mm，設(shè)定摩
擦片的彈性模量為2.2×103MPa，泊松比為0.25，熱
膨脹系數(shù)為1.6×10-5，制動(dòng)盤(pán)的彈性模量為2.06×
105MPa,泊松比為0.3[8],熱膨脹系數(shù)為4.5×10。在
ABAQUS分析軟件中進(jìn)行制動(dòng)器網(wǎng)格的劃分，采用
C3D8RT的單元格形式，既可以滿(mǎn)足制動(dòng)器結(jié)構(gòu)分析
內(nèi)容[9],同時(shí)滿(mǎn)足溫度計(jì)算分析，得到盤(pán)式制動(dòng)器的
網(wǎng)格模型如圖1所示。
圖1 盤(pán)式制動(dòng)器網(wǎng)格劃分模型
在盤(pán)式制動(dòng)器進(jìn)行摩擦制動(dòng)的過(guò)程中，摩擦片與
制動(dòng)盤(pán)之間產(chǎn)生熱對(duì)流、熱傳導(dǎo)以及熱輻射三種散熱
的相互作用，在接觸表面上熱傳導(dǎo)引起的溫度變化占
主要部分[10]。制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)速度及制動(dòng)壓力的變化
是引起摩擦熱變化的主要因素，從而進(jìn)一步造成熱
變形。對(duì)制動(dòng)速度及制動(dòng)壓力的影響作用進(jìn)行分
析，將摩擦熱等效為瞬態(tài)的熱流加載到摩擦副表面
進(jìn)行分析。
2 盤(pán)式制動(dòng)器熱變形安全性仿真分析
2.1 盤(pán)式制動(dòng)器溫度的變化分析
盤(pán)式制動(dòng)器的溫度變化引起熱變形，首先對(duì)制動(dòng)
器的溫度變化進(jìn)行分析。在不同的制動(dòng)壓力作用時(shí)，
制動(dòng)壓力改變了摩擦副的摩擦系數(shù)[11],從而對(duì)摩擦熱
流的強(qiáng)度產(chǎn)生影響。帶式輸送機(jī)制動(dòng)過(guò)程中所需的制
動(dòng)力矩較大，在三種不同的制動(dòng)壓力（25、30、35MPa）
下對(duì)盤(pán)式制動(dòng)器的溫度變化進(jìn)行分析，得到制動(dòng)過(guò)程
中溫度的變化如圖2所示。
從圖2中可以看出，在制動(dòng)過(guò)程中，不同制動(dòng)壓
力下，制動(dòng)器的溫度均呈相同的增加趨勢(shì)，溫度變化
呈一定的鋸齒狀上升，在制動(dòng)的后段，其溫度上升較
大；在不同的制動(dòng)壓力下，壓力作用越小則制動(dòng)器的
溫度越小，這是由于較小的壓力作用使得摩擦副的間
收稿日期：2022-11-15
作者簡(jiǎn)介：陳艷(1994一），女，山西右玉人，本科，畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)測(cè)繪工程專(zhuān)業(yè)，助理工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)電。
2023年第9期 陳 艷：帶式輸送機(jī)盤(pán)式制動(dòng)器的穩(wěn)定及熱變形安全性分析 51
100
25MPa
30MPa
80F 35MPa
/60
40
20
0
2 3 4 5
時(shí)間/s
圖2 制動(dòng)器不同壓力下的溫度變化曲線
隙增加，產(chǎn)生的熱流密度較小，可減小制動(dòng)器的溫升。
在不同的制動(dòng)速度作用時(shí)，制動(dòng)速度對(duì)摩擦副摩
擦系數(shù)的影響不大，但改變了摩擦產(chǎn)生的熱量[12],引
起溫度的變化。帶式輸送機(jī)制動(dòng)過(guò)程中在三種不同的
制動(dòng)速度（4、6、8r/s）下對(duì)盤(pán)式制動(dòng)器的溫度變化進(jìn)
行分析，得到制動(dòng)過(guò)程中溫度的變化如圖3所示。
100
一4r/s
+6r/s
80F -8r/s
60F
40H
20
2 3 4 5
時(shí)間/s
圖3 制動(dòng)器不同速度下的溫度變化曲線
從圖3中可以看出，在不同的制動(dòng)速度下，制動(dòng)
初期階段三條曲線的相差不大，制動(dòng)速度的影響不
大；隨著制動(dòng)過(guò)程的進(jìn)行，則制動(dòng)速度越大，產(chǎn)生的溫
升作用越大;在時(shí)間達(dá)到2.5s之后，三種速度下的溫
度上升逐漸減緩。這是由于隨著制動(dòng)速度的增加，制
動(dòng)盤(pán)與外界的熱交換速度加快，從而減緩了制動(dòng)器溫
度上升的速率。
2.2 盤(pán)式制動(dòng)器熱變形的變化分析
制動(dòng)速度及制動(dòng)壓力的變化引起制動(dòng)器溫度的
升高，從而產(chǎn)生一定的熱變形，對(duì)盤(pán)式制動(dòng)器的穩(wěn)定
性造成影響。制動(dòng)壓力的變化會(huì)改變材料的變形量，
引起熱變形的增加。對(duì)盤(pán)式制動(dòng)器在不同制動(dòng)壓力
(25、30、35MPa)作用下的熱變形進(jìn)行分析，得到制動(dòng)
器的最大熱變形變化如圖4所示。從圖4中可以看
出，隨著制動(dòng)壓力的增加，摩擦熱增加，則所引起的熱
變形逐漸增大。在制動(dòng)過(guò)程中，,2s之前的初始階段，
制動(dòng)器的熱變形不大，此時(shí)處于溫度積累的階段；隨
著熱量的增加，則在2s之后制動(dòng)器熱變形呈快速上
升的趨勢(shì)，此時(shí)不同壓力的作用相差不大；在制動(dòng)的
后段，則較大的制動(dòng)壓力產(chǎn)生的熱變形最大。
制動(dòng)速度改變了制動(dòng)器的摩擦熱，從而引起不同
0.018 一25MPa
一30MPa
0.015 35MPa
0.012
0.009
0.006
0.003
0 1 2 3 4 5
時(shí)間/s
圖4 制動(dòng)器不同壓力下的熱變形變化曲線
的熱變形。對(duì)盤(pán)式制動(dòng)器在不同制動(dòng)速度（4、6、8r/s）
作用下的熱變形進(jìn)行分析，得到制動(dòng)器的最大熱變形
變化如圖5所示。從圖5中可以看出，在制動(dòng)過(guò)程中，
初始2s以前的過(guò)程中，制動(dòng)器的熱變形較?。煌瑯釉?
2s之后熱變形呈快速上升的趨勢(shì)，且較大的制動(dòng)速
度引起的熱變形作用一直較大，制動(dòng)速度越大，則產(chǎn)
生的熱變形作用越大，不利于制動(dòng)器的穩(wěn)定使用。
0.018 4r/s
6r/s
0.015 8r/s
0.012
0.009
0.006
0.003
0 1 2 3 4 5
時(shí)間/s
圖5 制動(dòng)器不同速度下的熱變形變化曲線
3絲結(jié)論
1)盤(pán)式制動(dòng)器是煤礦輸送過(guò)程中帶式輸送機(jī)使
用的主要的制動(dòng)器類(lèi)型，具有較好的制動(dòng)性能。由于
煤礦的高效大運(yùn)量輸送，制動(dòng)過(guò)程中引起的熱變形作
用對(duì)盤(pán)式制動(dòng)器的穩(wěn)定使用造成影響，影響帶式輸送
機(jī)的使用。
2)用有限元仿真分析的形式對(duì)不同的制動(dòng)壓力
及制動(dòng)速度引起的熱變形作用進(jìn)行分析，建立了盤(pán)式
制動(dòng)器的有限元分析模型并進(jìn)行模擬計(jì)算，結(jié)果表
明，在制動(dòng)壓力及制動(dòng)速度增加的過(guò)程中，所產(chǎn)生的
摩擦熱增大，從而引起熱變形作用的增加。同時(shí)，較
大的制動(dòng)速度及制動(dòng)壓力減小了制動(dòng)器的接觸面
積，造成熱應(yīng)力的分布不均，進(jìn)一步引起熱變形作用
地增加。
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（編輯：李俊慧）
上接第49頁(yè)
(12):68-70. （編輯：王慧芳）
[4] 高
上接第47頁(yè)
(編輯：王婧）
52 第38卷
機(jī)械管理開(kāi)發(fā)
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Stability and Thermal Deformation Safety Analysis of Belt Conveyor Disc Brakes
Chen Yan
(Sitai Mine, Jinneng Holding Coal Group, Datong Shanxi 037000, China )
Abstract: Aiming at the role of thermal deformation of disc brake, finite element simulation is used to analyse the role of different braking
pressures and changes in braking speed, so as to select reasonable process parameters to reduce the thermal deformation of the brake and
ensure the stable and safe use of belt conveyor.
Key words: disc brake; frictional heat; thermal deformation; braking pressure; braking speed
[3] 趙云亮.采煤機(jī)滾筒螺旋葉片磨損分析及其結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化[.機(jī)
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峰.采煤機(jī)螺旋葉片磨損問(wèn)題分析研究.機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2021,36
Research on the Wear Mechanism of Spiral Blades of Coal Mining Machine Drums
Tian Xiaogang
(Shanxi Lingzhida Coal Industry Co., Ltd., Changzhi Shanxi 046000, China)
Abstract: In order to solve the problem of serious abrasion of the spiral blade of coal mining machine drum, simulation research on its
abrasion situation was carried out, and the force on the blade in the cutting process was analysed, and it was found that the overall force on
the blade showed fluctuating changes with the change of time, and the loading on the blade was more prominent at the time of 13.5 and 20
s. At the same time, the cumulative contact energy in tangential and normal directions under different cutting times was analysed. At the
same time on different cutting time blade tangential, normal cumulative contact energy analysis, found that with the simulation time
continues to increase, this time tangential, normal cumulative contact energy presents a trend of gradual increase, and blade wear is more
serious parts are mainly concentrated in the outer edge of the blade part, blade tail end, tooth seat root, the coefficient of firmness continues
to increase, this time, the total amount of wear of the blade presents a trend of gradual increase, for the The development of high-efficiency
cutting drum provides certain technical support.
Key words: mining machine; numerical simulation; spiral blade; cutting time; robustness coefficient
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Analysis of the Influence of Axial Flow Ventilator Airfoil Blade Thickness on Fan
Performance
Hu Yan
(Sitai Mine, Jinneng Holding Coal Group, Datong Shanxi 037003, China )
Abstract: The thickness of the airfoil blades has an important influence on the performance of the axial flow ventilator. Based on the
thickness distribution function of the blades, four airfoil blades with different relative thicknesses were selected for discrete element
modelling analysis. The results show that when the ventilator works below the rated flow rate, the performance of the ventilator with 12%
thickness of the blade is better; when it works above the rated flow rate, the performance of the ventilator with 6% thickness of the blade is
better.
Key words: axial flow ventilator; airfoil blade; relative thickness; full pressure; full pressure efficiency

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