煤礦提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化

劉西根　楊光

【摘 要】礦井提升機(jī)在井筒中被用來(lái)提升罐籠、礦車等，屬于一種大型礦井運(yùn)輸設(shè)備，是機(jī)械液壓電氣一體化設(shè)備。礦井提升機(jī)不僅有一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)還有多元復(fù)雜的機(jī)械部件，機(jī)械部分是一個(gè)靠彈性元件相互作用的多質(zhì)量、多自由度的力學(xué)體系。針對(duì)煤礦提升系統(tǒng)制動(dòng)失靈或制動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，分析了引起制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因，提出了針對(duì)性的預(yù)防及改進(jìn)措施，并根據(jù)改進(jìn)措施對(duì)煤礦提升機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，以增強(qiáng)礦井提升機(jī)的安全性。

【關(guān)鍵詞】煤礦提升機(jī)；制動(dòng)系統(tǒng)；改進(jìn)措施

中圖分類號(hào)：TD534 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

礦井提升機(jī)在井筒中利用鋼絲繩來(lái)提升罐籠、礦車等，屬于一種大型礦井運(yùn)輸設(shè)備，是機(jī)械液壓電氣一體化設(shè)備。礦井提升機(jī)作為溝通礦井與地面的紐帶，其作用是向井下運(yùn)送材料、向地面運(yùn)輸?shù)V石、運(yùn)送設(shè)備以及人員，使用比較頻繁，負(fù)載重量變化比較大，這就需要其制動(dòng)裝置性能良好。

1、制動(dòng)系統(tǒng)概述

礦井提升機(jī)有多部分裝置組成，制動(dòng)系統(tǒng)作為其重要的部件直接影響提升機(jī)的提升效率。制動(dòng)系統(tǒng)有三部分組成，分別為制動(dòng)裝置、液壓裝置以及電控裝置，其中制動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及制動(dòng)器這兩部分組成制動(dòng)裝置。制動(dòng)裝置的作用是控制提升機(jī)的安全制動(dòng)、工作制動(dòng)以及提升機(jī)的運(yùn)行。制動(dòng)器和卷筒輪邊緣之間相互摩擦而產(chǎn)生力矩，要求制動(dòng)器動(dòng)作靈敏并且可調(diào)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用來(lái)產(chǎn)生和調(diào)節(jié)制動(dòng)力；重力、機(jī)械力、液壓或氣壓共同作用產(chǎn)生制動(dòng)力。制動(dòng)裝置的性能直接影響提升機(jī)的提升效率，從統(tǒng)計(jì)的礦井提升機(jī)發(fā)生事故來(lái)看，制動(dòng)造成的事故占提升機(jī)事故的大多數(shù)。主要有以下兩方面的原因：一是在提升機(jī)提升終端，提升機(jī)不能及時(shí)停止；二是緊急狀況發(fā)生時(shí)，提升機(jī)安全制動(dòng)無(wú)法及時(shí)發(fā)揮作用。

2、傳統(tǒng)提升機(jī)液壓制動(dòng)系統(tǒng)問(wèn)題分析

a）液壓制動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)液壓油數(shù)值調(diào)控制動(dòng)時(shí)間，導(dǎo)致制動(dòng)減速度的計(jì)算或設(shè)計(jì)存在不合理之處；b）電液調(diào)壓裝置會(huì)導(dǎo)致工作制動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)作業(yè)穩(wěn)定性下降；c）受油質(zhì)或管道暢通性等因素影響，使得制動(dòng)系統(tǒng)在進(jìn)行緊急制動(dòng)時(shí)，管道會(huì)出現(xiàn)回油不暢的情況；d）液壓制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行中存在殘壓過(guò)高的情況，導(dǎo)致盤形制動(dòng)裝置內(nèi)部碟簧無(wú)法有效展開，進(jìn)而導(dǎo)致制動(dòng)力矩不夠；e）運(yùn)行中電磁閥容易發(fā)生卡閥等故障。

3、提升機(jī)液壓系統(tǒng)回路優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

提升機(jī)液壓制動(dòng)系統(tǒng)回路主要包括正常制動(dòng)回路、恒減速制動(dòng)回路和二級(jí)制動(dòng)回路。為確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定，在關(guān)鍵回路中應(yīng)當(dāng)布設(shè)液壓元件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而確保通過(guò)液壓制動(dòng)系統(tǒng)能夠充分保障提升機(jī)的正常運(yùn)行，從而最大化提升運(yùn)行作業(yè)的安全性。同時(shí)，針對(duì)液壓系統(tǒng)預(yù)設(shè)安全系數(shù)并設(shè)計(jì)相應(yīng)的安全系數(shù)回路，為安全提升作業(yè)提供雙重保障。下圖1所示即為液壓制動(dòng)系統(tǒng)回路結(jié)構(gòu)示意圖。

3.1正常制動(dòng)回路

正常作業(yè)時(shí)，提升機(jī)的作業(yè)過(guò)程可分為啟動(dòng)、加速、全速、減速、慢爬行和停止等階段。一般提升機(jī)正常運(yùn)行至井底或提升至地面井口時(shí)均需要進(jìn)行制動(dòng)，這屬于正常制動(dòng)。當(dāng)液壓泵終止供油后，G3、G4、G5電磁鐵通電，A、B兩組制動(dòng)裝置和高壓球閥、壓力過(guò)濾裝置、電磁換向閥及比例溢流閥構(gòu)成回路，并參照比例溢流閥的電壓信號(hào)自大到小直至為0，而通過(guò)調(diào)控比例溢流閥的壓力值，能夠最終確保提升機(jī)滾筒做到完全制動(dòng)。

3.2恒減速制動(dòng)回路

提升機(jī)運(yùn)行中一旦出現(xiàn)故障，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先采取恒減速制動(dòng)方式，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)行速度逐漸降低，防止由于制動(dòng)減速度差值較大而發(fā)生斷繩故障、對(duì)于恒減速制動(dòng)回圖1提升機(jī)液壓制動(dòng)系統(tǒng)回路結(jié)構(gòu)示意圖路而言，其核心組件為伺服閥，借助伺服閥恒減速制動(dòng)回路能夠精準(zhǔn)定位提升容器，實(shí)現(xiàn)高精度控制的同時(shí)確保高速響應(yīng)。在運(yùn)行時(shí)，需要針對(duì)滾筒安裝角編碼裝置以確保滾筒轉(zhuǎn)速訊號(hào)能夠?qū)崟r(shí)輸入電液伺服裝置中，并借由對(duì)預(yù)設(shè)速度值的比對(duì)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)恒減速回路的有效調(diào)控，確保滾筒轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的均衡性。

3.3二級(jí)制動(dòng)回路

提升機(jī)運(yùn)行中，一旦恒減速制動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，將會(huì)自行啟動(dòng)二級(jí)制動(dòng)回路，也就是通過(guò)恒力矩達(dá)成制動(dòng)。這時(shí)換向閥G3、G4斷電，G5延時(shí)斷電，蓄能裝置起到補(bǔ)油與穩(wěn)壓的功效。系統(tǒng)壓力值借由溢流閥進(jìn)行設(shè)定，并實(shí)施二級(jí)制動(dòng)操作。通過(guò)二級(jí)制動(dòng)能夠?yàn)樘嵘龣C(jī)的安全、精準(zhǔn)制動(dòng)提供保障，否則瞬間產(chǎn)生的強(qiáng)大制動(dòng)力會(huì)將鋼絲繩拉斷，進(jìn)而引起不必要的財(cái)產(chǎn)和人員損失。

3.4增加系統(tǒng)安全系數(shù)設(shè)計(jì)分析

a）為確保提升機(jī)運(yùn)行正常、有效，液壓制動(dòng)系統(tǒng)使用兩套液壓泵，其動(dòng)力源均由獨(dú)立的比例調(diào)節(jié)控壓裝置操控，其中一套處于備用狀態(tài)。如此，運(yùn)行中一旦一套供油系統(tǒng)發(fā)生問(wèn)題，便能夠借助高壓球閥切換至另一套；b）為提升制動(dòng)安全系數(shù)，避免油路發(fā)生堵塞和換方閥動(dòng)作失誤等故障而導(dǎo)致油液無(wú)法正?；赜?，應(yīng)當(dāng)確保系統(tǒng)壓力不降低為零。這就需要在控制內(nèi)增設(shè)手動(dòng)換向閥，將A、B兩組制動(dòng)閥油路和油箱直接相連，并于手動(dòng)換向閥左側(cè)布設(shè)一個(gè)節(jié)流閥，以防治發(fā)生瞬時(shí)制動(dòng)現(xiàn)象。

4、改進(jìn)措施

1）用電液比例溢流閥調(diào)壓裝置替換掉原先落后的十字彈簧式電液調(diào)壓裝置。電液比例溢流閥主要有三部分組成，分別為：壓力先導(dǎo)閥、安全閥和電磁鐵。電液比例溢流閥相比于十字彈簧式電液調(diào)壓裝置有很多優(yōu)點(diǎn)，比如：跟隨性強(qiáng)、調(diào)壓比較穩(wěn)定、小體積、調(diào)壓線性度好。電液比例溢流閥調(diào)壓裝置的跟隨性比十字彈簧式電液調(diào)壓裝置的跟隨性提高了20%，這大大提高了制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。2）PLC代替部分液壓系統(tǒng)的電控系統(tǒng)。通過(guò)PLC的程式化設(shè)置來(lái)檢測(cè)提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)變化，相比于以前的電控系統(tǒng)，其后期維護(hù)比較方便。3）在提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)中安裝壓力表或者壓力繼電器，當(dāng)制動(dòng)系統(tǒng)中的殘壓高于規(guī)定值時(shí)，要求制動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行制動(dòng)。4）在提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)中配備非接觸電磁閥閥芯監(jiān)測(cè)傳感器以及電磁閥故障監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)制動(dòng)系統(tǒng)中的電磁閥無(wú)法正常使用時(shí)，監(jiān)測(cè)傳感器就會(huì)報(bào)警，并且能夠精準(zhǔn)定位發(fā)生故障的地點(diǎn)，還能通過(guò)監(jiān)控設(shè)備清楚地看到故障的電磁閥，大大減少了后期維護(hù)的時(shí)間，提高了工作效率。5）閥門泄露會(huì)造成空氣進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部，因此要及時(shí)更換和維修損壞的閥門，防止空氣通過(guò)液壓系統(tǒng)進(jìn)入系統(tǒng)。6）通過(guò)監(jiān)測(cè)液壓裝置和制動(dòng)器，來(lái)及早發(fā)現(xiàn)制動(dòng)器存在的問(wèn)題。比如：安裝PBM監(jiān)測(cè)裝置，通過(guò)PBM監(jiān)測(cè)裝置可以獲取制動(dòng)力矩大小，并且能夠監(jiān)測(cè)彈簧是否斷裂、閘瓦的磨損情況、殘存壓力的大小以及油路是否通暢等；安裝盤型制動(dòng)器，當(dāng)制動(dòng)力矩不足時(shí)，盤型制動(dòng)器可以輔助增壓設(shè)備，增加制動(dòng)力以及制動(dòng)力矩，減少制動(dòng)器故障發(fā)生率。7）加強(qiáng)日常維護(hù)。

結(jié)束語(yǔ)

制動(dòng)系統(tǒng)作為提升機(jī)的重要部件，在提升過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其制動(dòng)裝置性能的優(yōu)劣直接影響提升機(jī)的提升能力與安全性，因此應(yīng)從制動(dòng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題出發(fā)，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以增強(qiáng)提升機(jī)的安全性，提高提升機(jī)的工作效率。

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[3]湯明.某船錨機(jī)液壓系統(tǒng)制動(dòng)失效故障原因分析與排除[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2017（29）：133-134.

（作者單位：平頂山天安煤業(yè)股份有限公司一礦）