单轨吊制动性能分析

摘 要：本文在钳式液动制动机构的基础上，对单轨吊的制动装置的受力进行了分析，并研究了制动片的摩擦材料，确定选用铜锡合金作为制动材料，制动力应当控制在46.875kN-62.5kN之间。随后利用有限元分析软件ansys对单轨吊工字钢结构受力、制动过程中摩擦材料的生热情况和应力分布进行了仿真分析，以保证各关键结构的稳定性。

关键词：单轨吊；制动；铜锡合金；有限元分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.042

1 引言

煤炭行业是我国的支柱产业，在“十三五”规划中提出要建设集约、安全、高效、绿色的现代煤炭工业体系。为实现安全、高产、高效的现代化矿井建设，矿井辅助运输设备的现代化已经成为评判煤矿现代化水平的重要指标。单轨吊作为井下辅助运输系统的重要组成部分，具有可靠性高、不受底板条件的影响、对巷道适应能力强、方便实现运输网络化等优点。为保证设备安全可靠运行，我国对运输设备的制动系统有着严格要求，因此对单轨吊制动装置的仿真与分析有着最重要的意义。

2 工字钢吊轨仿真分析

为保证单轨吊能够正常的运行，需要考虑铺设在巷道顶板的吊轨的材料的应力、应变以及载荷变化等多种因素，因此将基于ANSYS有限元软件对单轨吊的可靠性分析。单轨吊车的轨道与普通工字钢不同，它的翼板厚而窄，对长度方向的平直性、截面形状误差、机械强度和化学成分都有严格的要求，以提高其承载能力和耐磨损能力，减少运行阻力。轨道截面如图1所示。

图2为单轨吊运行过程中吊轨等效应力云图。等效应力服从von Mises屈服准则，考虑了第一、第二、第三主应力，可以用来对疲劳，破坏等的评价，可以发现在工字钢两端上下表面处出现应力集中，该位置应当是吊轨安装重点加固位置和维修防护位置，以保证矿井生产安全运行。

井下工作条件苛刻，混杂各种气体，所以严禁明火与设备温度过高，单轨吊制动是依靠摩擦片与钢轨摩擦实现的，在这个过程中会产生大量的热，导致局部温度过高，相关规定已经指出该温度不得超过150℃，因此借助ansys有限元热分析的方法，结果如图3所示。摩擦过程中产生的最高温度低于相应的安全规定，适合选用铜锡合金材料为摩擦材料。

图4为单轨吊制动时等效应力分布云图，其最大应力部位并没有出现在接触的端头，而是随着机车在制动过程中摩擦头不断挤压轨道发生变化，最终出现在制动结束时摩擦头与轨道接触的边缘部位，所以对摩擦头的生产加工，以及延长其使用寿命提供了技术参考。并且其最大应力约为38MPa，低于铜质摩擦材料的强度。

3 总结

本文研究分析了在选用铜锡合金作为制动片摩擦材料时，制动力应当控制在46.875kN-62.5kN之间。并利用有限元分析软件ANSYS对单轨吊工字钢进行受力分析，最大等效应力出现在工字钢两段上下表面处，这是安装和维护重点检查的地方。在制动过程中摩擦材料生热低于150℃，最大应力约为38MPa，低于铜质摩擦材料的强度，符合井下安全生产的需要。本文通过仿真分析对摩擦头的生产加工，井下单轨吊的安装与维修提供了参考。

参考文献：

[1]白同庆，李东生.添加微量锡对铜基摩擦材料性能的影响[J]. 材料工程，1998（10）：30-32.

[2]庄妍，王康宇.基于Von-Mises屈服准则的结构安定性研究[J]. 地下空间与工程学报，2016，12（s1）：170-174.

[3]中煤建设开发总公司编.现代矿井辅助运输设备选型及计算[M]. 煤炭工业出版社，1994.

[4]刘阳阳，顾道达，张立祥.单轨吊制动机构设计与分析[J].煤炭技术，2015，34（03）：253-255.

[5]郑礼成.单轨吊制动车关键部件设计与分析[J].煤矿机电，2017，12（02）：72-74

[6]刘阳阳，顾道达，张立祥.单轨吊制动机构设计与分析[J].煤炭技术，2015，34（03）：253-254.

[7]白月香，张勇明.柴油机单轨吊的液压传动系统[J].煤炭技术，

2012，31（03）：9-11.

作者简介：许胜利（1990-），男，山东枣庄人，专科，技術员，研究方向：采矿机械。