提升機(jī)液壓盤形制動(dòng)器的優(yōu)化

張艷紅

（左權(quán)永興煤化有限責(zé)任公司， 山西 晉中 032600）

引言

采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、提升機(jī)等作為綜采工作面大型機(jī)電設(shè)備，各個(gè)設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性將直接決定綜采工作面的產(chǎn)煤效率。提升機(jī)作為立井工作面的主要提升設(shè)備，其承擔(dān)著綜采工作面的煤炭、矸石以及設(shè)備等運(yùn)輸任務(wù)[1]。提升機(jī)的可靠性在一定程度上受制于其制動(dòng)器的性能。經(jīng)統(tǒng)計(jì)表明，實(shí)際生產(chǎn)中70%提升機(jī)事故的發(fā)生均是由于制動(dòng)器失效所導(dǎo)致的。盤式制動(dòng)器作為提升機(jī)應(yīng)用較為廣泛的制動(dòng)器，其失效常導(dǎo)致提升機(jī)事故的發(fā)生。本文著重對(duì)提升機(jī)盤式制動(dòng)器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，旨在提升設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

1 盤式制動(dòng)器概述工作原理

液壓盤式制動(dòng)器作為提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行部件，其與其他氣動(dòng)傳動(dòng)的制動(dòng)裝置相比較具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，且其結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)作相對(duì)靈敏[2]。液壓盤式制動(dòng)器的工作原理如圖1 所示。

圖1 盤式制動(dòng)器工作原理示意圖

如圖1 所示，當(dāng)提升系統(tǒng)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，閘瓦在液壓油正壓力的作用下對(duì)制動(dòng)盤施加壓力，此時(shí)液壓缸內(nèi)的油壓達(dá)到最小值；當(dāng)提升系統(tǒng)處于松閘狀態(tài)時(shí)，液壓缸內(nèi)的油壓達(dá)到最大值。

2 盤式制動(dòng)器失效原因

在實(shí)際生產(chǎn)中，由于盤式制動(dòng)器失效會(huì)導(dǎo)致提升機(jī)滑動(dòng)、墩罐、過卷或者斷繩事故的發(fā)生。經(jīng)實(shí)踐表明，提升機(jī)盤式制動(dòng)器失效的主要形式為不開閘和制動(dòng)力矩不足等造成的。所謂不開閘指的是提升機(jī)在不工作時(shí)制動(dòng)器能夠可靠地閘住提升機(jī)；制動(dòng)力矩不足的是，提升機(jī)遇到緊急情況后或者減速階段不能在規(guī)定時(shí)間確保提升機(jī)安全停機(jī)[3]。

本文著重解決盤式制動(dòng)器制動(dòng)力矩不足的問題.經(jīng)研究導(dǎo)致盤式制動(dòng)器制動(dòng)力矩不足的主要原因包括有正壓力不足、接觸面不足以及摩擦系數(shù)下降等。

1）導(dǎo)致正壓力不足的因素有：閘瓦間隙過大、制動(dòng)器碟簧疲勞或者斷裂以及油缸或活塞被卡住導(dǎo)致碟簧被壓死。

2）導(dǎo)致摩擦系數(shù)下降的因素有：由于液壓油泄露使得盤式制動(dòng)器制動(dòng)盤被污染或閘瓦過熱所導(dǎo)致的。

3）導(dǎo)致接觸面不足的因素有：盤式制動(dòng)器的相關(guān)零件的設(shè)計(jì)、制造不合理，制動(dòng)器制動(dòng)盤等零部件安裝時(shí)存在誤差。

經(jīng)對(duì)提升機(jī)盤式制動(dòng)器工作原理及失效原因的分析，可通過改進(jìn)盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)對(duì)盤式制動(dòng)器實(shí)時(shí)工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)以及加強(qiáng)相關(guān)管理措施等方面提升盤式制動(dòng)器的制動(dòng)性能。本文主要從改進(jìn)盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)達(dá)到提升制動(dòng)性能的目的。

3 盤式制動(dòng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 可靠性要求

為保證優(yōu)化后盤式制動(dòng)器能夠達(dá)到提升制動(dòng)性能的要求，要求優(yōu)化后的盤式制動(dòng)器滿足如下要求：

1）根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，要求盤式制動(dòng)器在靜態(tài)工況下的制動(dòng)力矩大于提升機(jī)額定載荷的三倍；

2）根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，要求其在制動(dòng)過程中的減速度為1.5～5 m/s2。其中，要求提升重物過程中的制動(dòng)減速度最大不能超過5 m/s2；要求下放重物過程中的制動(dòng)最小減速度不能小于1.5 m/s2；

3）為提升盤式制動(dòng)器的可靠性，可為提升機(jī)系統(tǒng)配置兩套盤式制動(dòng)器系統(tǒng)。在正常工作中，每套盤式制動(dòng)器各承擔(dān)50%的制動(dòng)力矩；若其中一套發(fā)生故障，則由另一套全部承擔(dān)制動(dòng)任務(wù)。

4）根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，要求提升機(jī)盤式制動(dòng)器的空動(dòng)時(shí)間不超過0.3 s[4]。

3.2 改進(jìn)設(shè)計(jì)

為提高盤式制動(dòng)器的優(yōu)化效率，鑒于有限元仿真分析手段耗時(shí)過長，本文采用盤式制動(dòng)器近似模型的手段，以上述可靠性要求為約束條件對(duì)盤式制動(dòng)器的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文所優(yōu)化的盤式制動(dòng)器的參數(shù)及其范圍如表1 所示。

表1 盤式制動(dòng)器優(yōu)化參數(shù) m

盤式制動(dòng)器改進(jìn)前后尺寸對(duì)比如表2 所示。

表2 盤式制動(dòng)器優(yōu)化前后尺寸對(duì)比 m

4 盤式制動(dòng)器優(yōu)化效果驗(yàn)證

為驗(yàn)證盤式制動(dòng)器優(yōu)化后能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求，本文將采用實(shí)驗(yàn)的形式對(duì)其在工作狀態(tài)下的各種性能數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，分析其是否滿足安全要求。

主要對(duì)比的性能數(shù)值有：系統(tǒng)在不同控制壓力下，盤式制動(dòng)器閘瓦的實(shí)際行程；系統(tǒng)在不同控制壓力下，盤式制動(dòng)器的實(shí)際制動(dòng)力矩[5]。

4.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建

以JKB-2.1.5P 單繩纏繞式提升機(jī)、ZDYB-1 型液壓站、優(yōu)化后盤式制動(dòng)器等關(guān)鍵分系統(tǒng)為基礎(chǔ)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證盤式制動(dòng)器是否能滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求。

4.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1）盤式制動(dòng)器在自由狀態(tài)下，通過調(diào)整比例溢流閥，使其供油壓力不斷增大，并在盤式制動(dòng)器活塞開始運(yùn)行后讀取對(duì)應(yīng)的壓力數(shù)值；

2）將供油壓力增加至1.25 倍的設(shè)計(jì)油壓后（7.5 MPa），并保持此狀態(tài)10 min，觀察盤式制動(dòng)器是否存在漏油現(xiàn)象；

3）將供油壓力調(diào)整為6.3 MPa，壓縮碟簧，通過調(diào)節(jié)閘瓦螺母使其靠近制動(dòng)盤，并使其間距保持在1 mm，系統(tǒng)開始制動(dòng)，測(cè)量在此情況下閘瓦的制動(dòng)距離。

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1）當(dāng)活塞開始動(dòng)作時(shí)所測(cè)得的實(shí)時(shí)壓力數(shù)值為0.26 MPa，小于《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的0.3 MPa，滿足實(shí)際要求。

2）將供油壓力增加至1.25 倍的設(shè)計(jì)油壓，并保持10 min 后，制動(dòng)盤不存在漏油現(xiàn)象。

3）供油壓力為6.3 MPa 時(shí)，盤式制動(dòng)器閘瓦的制動(dòng)距離與設(shè)計(jì)制動(dòng)距離的差值為設(shè)計(jì)制動(dòng)距離的8%，小于《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的制動(dòng)距離差值為設(shè)計(jì)制動(dòng)距離10%的要求。

5 結(jié)語

盤式制動(dòng)器的失效很大原因與其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理相關(guān)。為此，采用近似模型的手段通過計(jì)算對(duì)盤式制動(dòng)器制動(dòng)盤外半徑以及閘瓦的長度、寬度等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)表明，優(yōu)化的盤式制動(dòng)器能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求。