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总第264期机械管理开发Total264

2025年第4期MechanicalManagementandDevelopmentNo.4,2025

优化改造D0I:10.16525/14-1134/th.2025.04.065

矿用提升机盘式制动器仿真分析及结构优化设计

李国彬

（内蒙古科大爆破工程有限公司，内蒙古呼和浩特010010)

摘要：在对提升机以及盘式制动器进行简要说明的基础上，利用SolidWorks和ANSYS软件建立了盘式制动器的

有限元仿真模型并分析计算。结果发现，在紧急制动情况下，闸瓦和制动盘之间由于剧烈摩擦，接触表面最高温度

和最大应力分别达到了336℃和804.3MPa,过高的温度和应力会使制动器性能严重恶化。经过优化后制动盘最高

温度和最大应力分别降低至275.9℃和698.7MPa，制动器的性能得到显著改善。经过1年煤矿工程现场应用，验

证了新制动器的安全性与稳定性，可以为企业创造良好的安全效益和经济效益。

关键词：煤矿提升机；盘式制动器；有限元仿真；结构优化

中图分类号：TH138文献标识码：A文章编号：1003-773X(2025)04-0181-02

0引言构，其长度、宽度和厚度分别为250mm、200mm和

提升机广泛应用于煤矿开采领域，运行时一旦失25mm。所研究的制动装置，在卷筒两侧对称布置有

控，轻则造成经济损失，重则造成人员伤亡事故。制动两个制动盘，每个制动盘对称布置有10对闸瓦，其

器作为提升机的重要组成部分，是确保设备安全运行中，每侧两个相邻闸瓦之间的角度为15°，图2为制

的重要保障,必须具备很高的可靠性[1-2]。利用传统方

动盘网格划分图。

法设计的制动结构，面对紧急情况时暴露了一些问制动盘

题，使用寿命较短[3]。本文以煤矿深井提升机为研究盘形制动器

对象，首先对其开展有限元仿真分析，在此基础上开

展结构优化设计工作，在保障提升机设备安全可靠运

行方面，具有一定的理论与实践意义。

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提升机以及盘式制动器概述图1盘式制动器结构图2制动盘网格划分

以JK-2.0×2.0型煤矿提升机为对象进行研究，在三维几何模型的基础上，继续利用ANSYS建

该设备卷筒的直径和宽度均为2000mm，电机功率立有限元仿真模型。首先设置闸瓦和制动盘的力学及

为280kW。提升机运行时不同阶段的速度存在差异，物理参数。其中闸瓦采用的是WSM-3无石棉材料，

需要制动器配合调节。同时，制动器在紧急情况下启其材料密度为1788kg/m²,弹性模量和泊松比分别为

动，还可以保障设备安全[4。如图1所示为提升机盘2.2GPa和0.3。制动盘材料为Q345，弹性模量和泊松

式制动器的典型结构图。机械结构方面主要由制动比分别为210GPa和0.3。网格划分时选用C3D8RT

盘、闸瓦及其他部件组成，需要制动时在其他机械或单元类型，网格尺寸由软件自动确定，制动盘的单元

液压元件的作用下，闸瓦与制动盘紧密接触，通过摩数量为15180个，节点数量为19480个，制动盘网格

擦实现制动，期间由于摩擦作用会产生大量热量，使划分情况见图2。闸瓦和制动盘之间的摩擦系数设置

相关结构的温度升高，加剧闸瓦结构的磨损，使其使为0.5,紧急制动加速度设置为4.1m/s。

用寿命缩短，严重时可能引发安全事故。基于此，有必2.2仿真结果分析

要对制动结构进行优化设计，旨在降低制动过程中结制动盘与闸瓦之间摩擦制动时会产生很多热量，

构的温度和热应力，延长结构使用寿命，以此保障提并且大部分被制动盘和闸