基于ADAMS的自锁式自动安全制动机构的建模与仿真

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矿用绞车的制动系统可靠 性是矿 井安全生产 的重要保障 ，良好的制动性能是 绞车安全工作 的关键因素之- ，这种 自锁式 自动安全制动机构很好 的解决 了目前制 动系统 的制动力矩小 ，不能 自锁 ，只能作 为工作 制动 ，不 能满足大力矩机械传动的安全制动要求 ，特别是对安全制动性能要求较高的煤矿机械更是得不到满足等许多不足 。

ADAMS仿真软件采用交互式 图形环境 和零件 库 、约束库 、力库 ，建立完全参数化 的机械 系统几何模型 ，它的求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格 郎 日方程方法〃立系统动力学方程 ，对虚拟机械 系统进行静力学 、运 动学和动力学分析 ，输出位移 、速度 、加速度 和反作用力曲线。ADAMS软件 的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测 、峰值载荷 以及计算有限元的输入载荷等 。基于所建立的数学模 型，利用系统动力学分析软件ADAMS对制动系统进行三维建模 ，并对其在各种条件下进行动态仿真 ，分析仿真结果 ，从而得到该 自锁式安全制动系统 的制动性能。

1 自锁式 自动安全制动系统制动原理当断电或机械故障造成卷筒出现反转时 ，在弹簧力 的作用下 ，两个偏心楔块的 自由端 与齿轮圆形凹槽 的弧面相接触并形成-个 白锁角 ，防止齿轮反转 ，由于齿轮与卷筒 固定连接 ，所 以能够防止卷痛转 ，实现绞车安全制动。当故障排除后 ，在正常运转状 态下 ，转动操纵杆，带动两偏心楔块 同方 向同步转动 ，当操纵杆上的限位孔 与轴承支架上的限位销手柄位置重合 时 ，限位销手柄插 入操纵杆限位孔 ，将两个偏心楔块的 自由端与大齿轮圆形凹槽 的弧面之 间分离 ，自锁制动解除 ，这时卷筒可随意正反转。拉出限位销手柄 ，两偏心楔块在弹簧里的作 用下 自动复位 ，这时机构进入 自锁式 自动安全制动状态。

2 建立数学模型2.1矿用绞车 自锁式 自动安全机构在制动状 态下运 行的基本方程(a)结构原理主视示意图 (b)结构原理剖面示意图1.手柄；2.操纵杆；3.销轴 ；4.偏心楔块 ；5.转轴；6.平键 ；7.固定座 ；8.平键 ；9.限位销柄 ；10.轴承支架 ；11.大齿轮；12.卷筒 ；13.卷筒轴 ；14.弹簧图 1在绞车进行 紧急制动 的时候 ，牵引 电机关闭 ，并且外部给绞车-个制动力 即施加-个运行阻力使绞车快 速安全 的停下来 。设施加的外部阻力是 F(N)，绞车负载 为 w(N)，在制动状态下力的平衡方程为 ：2F COS Or.M(g O/.) (N)式 中，M 为绞 车 的负重质 量 (kg)；g为重力加 速 度(m/s2)； 为制动时的减速度 (m/s )； 是摩擦 系数 ；Or。

是楔块给大齿轮内表面 的力与竖 直方 向的夹角 (。 )，当绞车向上提升物品或人员时取 ，当绞车 向下输送物品或人员时取 -。由于绞车提升机的速度较慢 ，故忽略速度对绞车制动的影响。

2.2 绞车制动过程的数学建模(1)制动减速度数学模型a g (m/s )(2)制动路程数学模型1S：vnl--1 dt (m)l式中 ，v。是制动前提升绞车的速度 (m/s)；t是制动行设 计 与 研 究程所用的时间(S)。

3 三维建模图 2是矿用绞车结构总装配 图的平面图，要想 了解该制动 机构的制动性 能 ，应有三维 图在 ADAMS里分 析研究 。为了便于分析 ，本文通过 Pro/e画图软件画 出简化 的三维 图然后导入到 ADAMS中。该矿用绞车的制动系统 的刚体模型是基于以下几个假设条件 的：①绞车的滚筒做纯转动不存在打滑的现象 ，这是理想的状态 。②各零件 的装配 间隙 以及制造误差忽略不计 。③各部件均视为理想的刚体。

；蕈l fr h - 图 2 矿用绞车结构总装配图图 3 绞车制动系统的简化模型图图 3中小齿轮代表主动轮 ，大齿轮代表从动轮。当绞车正常运转时 ，主动轮也就是小齿轮带动大齿轮转动 ，进而进行货 物以及人员 的提升。 当停 电或提升机 出现故 障时(即反转 )，偏心楔块就会阻止大齿 轮的反转 ，进而起到制动的作用 ，保 护人员及货物的安全 。

4 仿真结果 的输出本文以 JSDB-25双速调度 回柱绞车为例分析论证 ，其参考参数为 ：平均静 张力 ：快速 42KN，慢速 320 KN；最 大绳速(外层 )M/S：快速 1.5，慢速 0.18；平均绳速 M/S：快速1.2，慢 速 0.12；电动机 型号 ：YBK2-280M-6，功 率 55KW，转速 980r/min；整机重量 KG(包 括电机 )：7000；卷简 直径x宽度 MM：540x700，容绳量 M：500M；负重为 10t。利用ADAMS软件在该模型的基础上进行运动学和动力学仿真 ，可以模拟出绞车制动时的运动规律(减速度和路程的曲线 )，本文以较理想的状态进行模拟仿真，忽略空气等阻力的影 响。图 4、图 5所示分别 为上升或下降时最高速度 的制动位移速度曲线 。

～- --- - -- - - - - 位 移，- - - 、. ，/ ～/ r ～ // 速 度- - 时间/0图 4 上升时最高速度时的制动位移速度 曲线竹移// 。

/ 、、 、 / ，/ < 、～ // / 速度- -- - 图 5 下降时最高速度时的制动位移速度曲线1 D -0 80 e 剥D 4D1200 8- O 6 世幽0 400 D5 结 论通过 ADAMS软件分析验证 了该 自动系统 的可靠性 以及安全性 ，论证 了该制动系统在提升或者向下运输 的时候 的制动性能 ，通过分析可以得到 自动安全制动机构具有安全可靠 的制动性能 ，从 图 5、图 6可 以看到该制动 系统 的制动距离短 ，制动迅速 ，有效 的保证 了矿井 运输 的安全 ，对 于突发 的情况具有很好的预防和保护功能 ，该 系统操作简便 ，结构简单 ，成本较低适合用于各种小型的煤矿提升机 。