矿用提升机盘形制动器制动安全分析.pdf

2020 年 5 月2020 年第 5 期 提升机是煤矿主要的运输设备之一，也是事故高 发危险环节之一。矿用提升机主要承担着运输人员和 物料的任务。由于近几年生产技术的快速发展，提升 机正常运行一般都会有变频、直流电机等动力拖动投 入运行，运用 PLC 编程使得提升机在上提物料 （ 人员） 和下放物料 （ 人员） 时可以安全平稳地运行，实现自 动平稳加速、减速功能。一般正常运行时，机械制动 （ 盘闸制动器） 全部处于打开状态，当提升机处于运行 状态时，机械或电气部分出现故障不能正常控制提升 速度时，需要机械制动投入运行保证提升机安全制动。 提升机的安全制动需要制动力来保证，提升机制动器 的工作可靠性是保证提升机安全运行的重要环节。 1机械制动的工作原理 盘形制动器是靠碟形弹簧产生制动力且靠油压松 闸的，处于制动状态时，利用碟簧组的弹簧力使闸瓦 与闸盘接触制动。当油压力降低为零时 （制动过程）， 碟簧预紧产生的弹簧力通过碟簧中置推动轴及磨损补 偿螺柱作用于闸瓦上，施加的正向弹簧力使闸瓦与制 动盘贴合产生制动正压力，从而制约制动盘的旋转趋 势。油缸的压力容腔充油升压 （ 松闸过程 ） ，当油液压 力逐步升高至工作压力时，与闸瓦相连的活塞受油压 作用，克服碟簧的预紧力并压缩碟簧而向后移动，活 塞通过中空大螺柱、碟簧中置推动轴、闸瓦磨损补偿 螺柱而带动闸瓦后移，闸瓦与制动盘之间形成间隙， 从而解除作用于制动盘上的制动正压力[1]。 2影响安全制动的因素和解决方法 2.1提升时最大载重量影响因素和解决方法 a 根据提升机的最大静张力和制动力矩确定最大 提升量，保证最大提升量的静张力不超过提升机设计 的最大静张力，且保证所有制动闸的制动力矩之和与 实际提升最大静荷重旋转力矩之比不小于 3。 b 如果是双滚筒提升机提升，除了要满足上述要 求外，还必须保证提升机主副滚筒的最大静张力差不超 过提升机设计的最大静张力差，并且保证其 3 倍最大静 拉力差所产生的力矩小于所有的制动力矩之和；在力矩 不满足要求的情况下，保证最大静张力不超设计值，通 过调节主副滚筒的最大静拉力 （ 配重） 降低静张力差， 使其满足制动力矩要求[2]。 2.2制动力矩影响因素和解决方法 a 制动力矩的计算方法为 Mzh∑FzR n n1 移FiR，1 式1中，Mzh为各点实测制动力矩之和，N m；Fz为各 点制动力，N；R 为实验时 Fz的作用半径，m；∑Fi为 实测各组闸的制动力之和，N；n 为分组实验数。 b 闸盘制动力的计算方法为 PF/S，2 FP伊S，3 式2耀3中，P 为制动闸瓦与闸盘接触时制动器内油液 压力，Pa；F为制动力，N；S 为制动器内油缸面积，m2。 2.3制动力不足影响因素和解决方法 a 闸瓦间隙是影响制动力的关键因素。由于碟形 弹簧具有低行程、高补偿力的特性，因此闸瓦间隙的大 小直接影响碟形弹簧形变的大小。若闸瓦间隙过大，在 实施制动时碟形弹簧的回弹较大，导致弹力下降，使得 收稿日期2020-03-10 作者简介曹艳军，1985年生，男，山西太原人，2007年毕业于太 原理工大学机械电子工程专业，工程师。 矿用提升机盘形制动器制动安全分析 曹艳军 （ 山西省煤矿节能监测中心，山西 太原 030045 ） 摘要 通过解析矿用提升机制动器制动的工作原理，分析影响安全制动的因素，可以在工作中尽快找出影响安全制 动的原因，并采用相应的解决方法使提升机在有效制动范围内运行。 关键词 矿用提升机；盘形制动器；制动力；静张力；安全制动 中图分类号 TD534.5文献标识码 A文章编号 2095-0802-202005-0089-02 Brake Safety Analysis of Disc Brake of Mine Hoist CAO Yanjun Shanxi Coal Mine Economized Detection Center, Taiyuan 030045, Shanxi, China Abstract By analyzing the working principle of the brake of the mine hoist and the factors that affect the safety braking, the reasons that affect the safety braking can be found out as soon as possible in the work, and the corresponding solutions can be adopted to make the hoist run within the effective brake range. Key words mine hoist; disc brake; braking force; static tensile force; safety braking （总第 176 期） 技术研究 89 2020 年第 5 期2020 年 5 月 （上接 79 页） 参考文献 ［1］ 王国法， 杜毅博.智慧煤矿与智能化开采技术的发展方向 ［J］ . 煤炭科学技术， 2019， 471 1-10. ［2］ 杨志勇， 刘福明， 佟德君.露天煤矿智慧矿山创新设计理念 ［J］ . 露天采矿技术， 2019， 342 6-9. ［3］ 孙喜民， 时亚民.践行能源革命发展现代智慧型煤矿 ［J］ .中 国煤炭工业， 20161 69-71. ［4］ 王静.关于煤矿智慧矿山网络系统的探讨 ［J］ .现代工业经济 和信息化， 2018， 816 65-66. ［5］ 王国法， 王虹， 任怀伟， 等.智慧煤矿 2025 情景目标和发展路 径 ［J］ .煤炭学报， 2018， 432 295-305. ［6］ 梁海东.液压支架智能推移控制系统的优化研究 ［J］ .机械管 理开发， 2018， 3312 208-209. ［7］ 任怀伟， 孟祥军， 李政， 等.8 m 大采高综采工作面智能控制系 统关键技术研究 ［J］ .煤炭科学技术， 2017， 4511 37-44. （ 责任编辑刘晓芳 ） 闸皮与闸盘接触时的正压力不足；制动空行程时间延 长，灵敏度降低。解决方法为利用长度为 300 mm 的 塞尺对每一副闸瓦间隙进行测试，保证其盘形制动器 在正常工作中油压最高时闸瓦间隙不大于 2 mm；同时 要测量出所使用提升机制动盘的端面跳动且保证不超 过 1.0 mm。根据闸盘的偏摆量来调节闸瓦间隙，闸瓦 间隙要大于偏摆的最大值并小于闸瓦间隙要求的最大 值，这样可以保证在使用的过程中不会因为闸盘的偏 摆而使得闸皮磨损厚度不一致，进而导致制动时接触 面积不足，使得制动力矩下降[3]。 b 对提升机所有闸盘的制动力进行测试，如果所 有闸盘的制动力均低于要求值，说明碟形弹簧的弹力 不足。解决方法为先观测液压站主油泵的供给油压， 如果当前工作油压值到液压站最大允许油压值还有上 升空间，可以通过提升液压站主油泵的供给油压来增 加碟形弹簧的形变，同时闸瓦间隙会增大，将闸瓦间 隙恢复至合理范围，在抱闸时增大碟形弹簧的弹力， 提高制动力。由于闸盘的正压力等于碟形弹簧的弹力 减去残余油压对活塞的作用力和制动器的阻尼力，因 此在提高供给油压值的同时还需要测试油压 （制动） 手柄回归最低零位时的残压，并使残压值符合表 1 要求。 表 1设计最大压力与残压关系单位MPa c 在实际制动力矩测试工作中，发现制动闸皮与 闸盘的接触面积也是影响制动力矩的因素之一。当制 动闸皮与闸盘的接触面积小于制动闸皮面积的 60时， 会出现制动力矩不足的现象。解决方法为利用闸瓦 的压力且用热敏传真纸测取闸瓦与制动盘的接触面积。 一般新更换的闸皮是凸面的，接触面积不够，这样就 需要停止提升机运输，利用空车旋转控制制动手柄， 使得闸皮和制动盘轻微接触，将闸皮磨平，增大接触 面积。在摩擦的过程中要时刻注意闸盘的表面温度， 当表面温度较高时，停止摩擦使其自然降温，切记不 得用水快速降温，防止温差过大导致闸盘变形，影响 正常使用。 d 制动盘表面或制动闸皮有油渍时会降低摩擦系 数，造成制动力矩减小甚至完全丧失。解决方法为 在使用过程中要经常观察或停车时用手指轻抹闸盘观 察是否有油渍。如果出现油渍，就需要检修确认油渍 的来源。如果工作过程中油渍误飞溅上去，处理时就 简单了，将闸盘上的油渍擦拭干净就可以了。如果制 动闸油缸或油管漏油、渗油到闸盘上，处理起来就比 较麻烦了，不仅仅要找到漏油点堵漏或更换密封圈， 还要将闸皮内的油渍清理干净或更换闸皮。 e 在按上述要求调整后制动力矩仍然不符合要求 的情况下，就需要更换一些关键部件。a打开制动闸 头，取出碟形弹簧，观察碟形弹簧有无折断或裂纹， 导致正压力下降。还有一种情况就是由于长时间使用， 弹簧疲劳出现弹性降低，导致正压力下降。这种情况 的解决方法为更换全部碟形弹簧。更换时需考虑碟形 弹簧的型号和大小，更重要的是根据提升机的实际情 况选择刚性弹力合适的碟形弹簧。更换带有压力传感器 的碟簧座，可以实时监测碟形弹簧的弹力。b当闸皮的 摩擦量过大或薄厚不均匀时，需要更换新的闸皮。更 换新闸皮时需要考虑闸皮的型号和大小，并选择摩擦 系数符合要求的闸皮。c变更设计，更换更高压力的液 压站、高强度碟形弹簧，使贴闸油压升高；或者在条 件允许的情况下增加制动闸瓦数量[4]。 3结语 矿用提升机运行的安全、可靠直接关系到矿井的 正常运行和煤矿广大职工的安全，尤其是在当前“安 全第一”的环境下，更应该保证提升机的安全、可靠 和平稳运行。通过分析制动力，可以为提升机操作者 提供直接有效的方案，使其能够快速选出合适的安全 运行方案，希望能为广大提升机操作者提供帮助，保 证提升机的安全高效运行，为国家建设、人民生活需 要提供更好的能源保障。 参考文献 ［1］ 王宏德.盘式制动闸制动力矩下降原因分析与对策 ［J］ .中州 煤炭， 20063 57. ［2］ 国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程 ［S］ .北京 煤炭工 业出版社， 2011. ［3］ 矿用产品安全标志办公室， 国家安全生产上海矿用设备检测 检验中心， 河南煤矿安全监察局.AQ 10152005 煤矿在用 缠绕式提升机系统安全检测检验规范 ［S］ .北京 煤炭工业出 版社， 2005. ［4］ 中信重工机械股份有限公司， 洛阳矿山机械工程设计研究院 有限责任公司， 上海冶金矿山机械厂， 等.JB/T 32772017 矿用提升机和矿用提升绞车液压站 ［S］ .北京 机械工业出版 社， 2017. （ 责任编辑刘晓芳 ） 设计最大压 力 Pmax 6.3111421 残压 Pc臆0.5臆1 90