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帶式輸送機盤式制動器的穩(wěn)定及熱變形安全性分析

文檔作者：陳艷文檔來源：晉能控股煤業(yè)集團四臺礦		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年10月03日
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試驗研究
2023年第9期 Mechanical Management and Development No.9,2023
總第245期 機械管理開發(fā) Total245
D0I:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2023.09.021
帶式輸送機盤式制動器的穩(wěn)定及熱變形安全性分析
陳艷
（晉能控股煤業(yè)集團四臺礦，山西大同037000)
摘要：針對盤式制動器的熱變形作用，采用有限元模擬的形式對不同的制動壓力及制動速度的變化作用進行分
析，從而選取合理的工藝參數(shù)，減少制動器的熱變形，保證帶式輸送機的安全穩(wěn)定使用。
關鍵詞：盤式制動器；摩擦熱；熱變形；制動壓力；制動速度
中圖分類號：TD63 文獻標識碼：A 文章編號：1003-773X(2023)09-0050-03
0 引言
我國大量的煤礦開采輸送中，帶式輸送機是主要
的輸送設備，具有運量大、結構簡單、輸送效率高的優(yōu)
點，可較好地適應煤礦高效、長距離的輸送要求。隨著
煤礦開采效率的提升，對帶式輸送機的運量及速度要
求不斷提高!,同時為了保證輸送的安全，對帶式輸
送機的制動性能具有較高的要求。盤式制動器通過摩
擦片與制動盤的摩擦實現(xiàn)帶式輸送機的制動，具有散
熱性能好、穩(wěn)定性高的特點[2],可以較好地滿足帶式
輸送機的使用要求。隨著帶式輸送機在煤礦中輸送運
量增加，輸送速度提高，盤式制動器使用過程中常由
于溫度升高，引起制動器的熱衰減及熱裂紋[3]，影響
盤式制動器的使用穩(wěn)定性，限制了帶式輸送機的使
用。針對帶式輸送機盤式制動器的熱變形進行分析，
對影響熱變形的因素作用進行分析[4],從而減小盤式
制動器的熱變形，提高其穩(wěn)定性，實現(xiàn)帶式輸送機的
高效運行。
1 盤式制動器分析模型的建立
盤式制動器通過摩擦作用產生的力矩使得帶式
輸送機實現(xiàn)制動，摩擦副產生一定的摩擦熱，引起熱
變形，使得制動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，進一步惡化了變形狀態(tài)。對
盤式制動器的熱變形進行模擬分析，由于帶式輸送機
使用的盤式制動器為對稱布置的摩擦片結構[6],與制
動盤形成摩擦副，在建模過程中，僅針對一個摩擦副
進行分析即可，減小了計算的工作量。
盤式制動器多依靠制動鉗的作用實現(xiàn)摩擦片與
制動盤的接觸，為簡化分析，設定摩擦副的材料均為
各向同性，且不考慮熱輻射作用對制動盤的影響作用，
摩擦副的表面為光滑表面。依據(jù)某型號的盤式制動器
采用ABAQUS分析軟件建立盤式制動器的結構模
型，制動盤的外徑為1600mm、內徑為350mm，制動
力矩作用為1400N·m，制動瓦間距為2mm，設定摩
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，制動盤的彈性模量為2.06×
105MPa,泊松比為0.3[8],熱膨脹系數(shù)為4.5×10。在
ABAQUS分析軟件中進行制動器網格的劃分，采用
C3D8RT的單元格形式，既可以滿足制動器結構分析
內容[9],同時滿足溫度計算分析，得到盤式制動器的
網格模型如圖1所示。
圖1 盤式制動器網格劃分模型
在盤式制動器進行摩擦制動的過程中，摩擦片與
制動盤之間產生熱對流、熱傳導以及熱輻射三種散熱
的相互作用，在接觸表面上熱傳導引起的溫度變化占
主要部分[10]。制動過程中制動速度及制動壓力的變化
是引起摩擦熱變化的主要因素，從而進一步造成熱
變形。對制動速度及制動壓力的影響作用進行分
析，將摩擦熱等效為瞬態(tài)的熱流加載到摩擦副表面
進行分析。
2 盤式制動器熱變形安全性仿真分析
2.1 盤式制動器溫度的變化分析
盤式制動器的溫度變化引起熱變形，首先對制動
器的溫度變化進行分析。在不同的制動壓力作用時，
制動壓力改變了摩擦副的摩擦系數(shù)[11],從而對摩擦熱
流的強度產生影響。帶式輸送機制動過程中所需的制
動力矩較大，在三種不同的制動壓力（25、30、35MPa）
下對盤式制動器的溫度變化進行分析，得到制動過程
中溫度的變化如圖2所示。
從圖2中可以看出，在制動過程中，不同制動壓
力下，制動器的溫度均呈相同的增加趨勢，溫度變化
呈一定的鋸齒狀上升，在制動的后段，其溫度上升較
大；在不同的制動壓力下，壓力作用越小則制動器的
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
作者簡介：陳艷(1994一），女，山西右玉人，本科，畢業(yè)于遼寧工程技術大學測繪工程專業(yè)，助理工程師，研究方向為機電。
2023年第9期 陳 艷：帶式輸送機盤式制動器的穩(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
時間/s
圖2 制動器不同壓力下的溫度變化曲線
隙增加，產生的熱流密度較小，可減小制動器的溫升。
在不同的制動速度作用時，制動速度對摩擦副摩
擦系數(shù)的影響不大，但改變了摩擦產生的熱量[12],引
起溫度的變化。帶式輸送機制動過程中在三種不同的
制動速度（4、6、8r/s）下對盤式制動器的溫度變化進
行分析，得到制動過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
時間/s
圖3 制動器不同速度下的溫度變化曲線
從圖3中可以看出，在不同的制動速度下，制動
初期階段三條曲線的相差不大，制動速度的影響不
大；隨著制動過程的進行，則制動速度越大，產生的溫
升作用越大;在時間達到2.5s之后，三種速度下的溫
度上升逐漸減緩。這是由于隨著制動速度的增加，制
動盤與外界的熱交換速度加快，從而減緩了制動器溫
度上升的速率。
2.2 盤式制動器熱變形的變化分析
制動速度及制動壓力的變化引起制動器溫度的
升高，從而產生一定的熱變形，對盤式制動器的穩(wěn)定
性造成影響。制動壓力的變化會改變材料的變形量，
引起熱變形的增加。對盤式制動器在不同制動壓力
(25、30、35MPa)作用下的熱變形進行分析，得到制動
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。在制動過程中，,2s之前的初始階段，
制動器的熱變形不大，此時處于溫度積累的階段；隨
著熱量的增加，則在2s之后制動器熱變形呈快速上
升的趨勢，此時不同壓力的作用相差不大；在制動的
后段，則較大的制動壓力產生的熱變形最大。
制動速度改變了制動器的摩擦熱，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
時間/s
圖4 制動器不同壓力下的熱變形變化曲線
的熱變形。對盤式制動器在不同制動速度（4、6、8r/s）
作用下的熱變形進行分析，得到制動器的最大熱變形
變化如圖5所示。從圖5中可以看出，在制動過程中，
初始2s以前的過程中，制動器的熱變形較??；同樣在
2s之后熱變形呈快速上升的趨勢，且較大的制動速
度引起的熱變形作用一直較大，制動速度越大，則產
生的熱變形作用越大，不利于制動器的穩(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
時間/s
圖5 制動器不同速度下的熱變形變化曲線
3絲結論
1)盤式制動器是煤礦輸送過程中帶式輸送機使
用的主要的制動器類型，具有較好的制動性能。由于
煤礦的高效大運量輸送，制動過程中引起的熱變形作
用對盤式制動器的穩(wěn)定使用造成影響，影響帶式輸送
機的使用。
2)用有限元仿真分析的形式對不同的制動壓力
及制動速度引起的熱變形作用進行分析，建立了盤式
制動器的有限元分析模型并進行模擬計算，結果表
明，在制動壓力及制動速度增加的過程中，所產生的
摩擦熱增大，從而引起熱變形作用的增加。同時，較
大的制動速度及制動壓力減小了制動器的接觸面
積，造成熱應力的分布不均，進一步引起熱變形作用
地增加。
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上接第49頁
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[4] 高
上接第47頁
(編輯：王婧）
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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.采煤機滾筒螺旋葉片磨損分析及其結構參數(shù)優(yōu)化[.機
械管理開發(fā),2022,37(2）：111-113.
峰.采煤機螺旋葉片磨損問題分析研究.機械管理開發(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
[9]钅鐘麗，金永平.不同輪轂比對礦用對旋式軸流通風機氣動性能影
響分析[J].礦業(yè)工程研究，2018,33（4)：68-72.
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[11] 胡海峰.離心通風機房中安裝軸流通風機的改造與實施[J].內
蒙古煤炭經濟，2017（11）：114-115.
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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