提升機(jī)制動(dòng)性能的影響機(jī)理的研究

劉云庭

（山西鋪龍灣煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037100）

引言

提升機(jī)作為煤礦綜采工作面生產(chǎn)的關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，其主要承擔(dān)工作面物料、人員以及設(shè)備的運(yùn)輸任務(wù)，擔(dān)負(fù)著礦井生產(chǎn)的重要任務(wù)，其可靠性和穩(wěn)定性不僅決定著綜采工作面生產(chǎn)效率，還關(guān)系著作業(yè)人員的人身安全。在眾多影響因素中，提升機(jī)的制動(dòng)性能是影響其可靠性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵性能。提升機(jī)工作的穩(wěn)定性和可靠性，除了需及時(shí)監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)外，還需根據(jù)其實(shí)際生產(chǎn)情況對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到精密控制的目的[1]。如，當(dāng)提升系統(tǒng)遇到緊急情況時(shí)可基于性能優(yōu)越的制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)減速停車，進(jìn)而避免事故的發(fā)生。因此，開(kāi)展對(duì)影響提升機(jī)制動(dòng)性能因素進(jìn)行研究，為提升機(jī)制動(dòng)性能的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。

1 提升機(jī)提升系統(tǒng)組成

提升系統(tǒng)主要由液壓站和制動(dòng)器兩部分組成，其中由液壓站為系統(tǒng)提供一定壓力的液壓油控制盤(pán)式制動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的制動(dòng)過(guò)程[2]。當(dāng)遇到突發(fā)情況時(shí)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)緊急二級(jí)制動(dòng)，進(jìn)而避免發(fā)生安全事故。

1.1 提升機(jī)液壓系統(tǒng)

提升機(jī)液壓系統(tǒng)主要由油源部分、集油路裝置以及出油過(guò)濾裝置等組成。

其中，為保證提升機(jī)液壓油供給的穩(wěn)定性為系統(tǒng)配置兩套可獨(dú)立工作的油源，采用一臺(tái)正常使用一臺(tái)備用的工作模式。此外，油源部分可通過(guò)調(diào)整裝置，根據(jù)控制需求對(duì)液壓油的壓力進(jìn)行控制。

集油路裝置主要由電磁換向閥、彈簧蓄能器以及溢流閥等組成，其主要功能是為系統(tǒng)的兩個(gè)管路提供液壓油。此外，集油路裝置中設(shè)有單向閥和截止閥，以實(shí)現(xiàn)提升絞車的調(diào)繩功能。

出油過(guò)濾裝置的主要目的是對(duì)液壓油進(jìn)行過(guò)濾，避免系統(tǒng)被液壓油中的雜質(zhì)堵塞，其主要包括有精過(guò)濾器和管件等部件。

1.2 盤(pán)式制動(dòng)器

液壓盤(pán)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)靈敏等[3]。液壓盤(pán)式制動(dòng)器的工作原理如圖1 所示。

圖1 盤(pán)式制動(dòng)器工作原理

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(pán)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。目前，應(yīng)用于提升機(jī)系統(tǒng)中盤(pán)式制動(dòng)器的材料屬性如表1 所示。

表1 盤(pán)式制動(dòng)器材料屬性

2 制動(dòng)性能及其影響因素的分析

根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，提升機(jī)系統(tǒng)的制動(dòng)性能主要由響應(yīng)時(shí)間、制動(dòng)平穩(wěn)性、制動(dòng)力平衡性、同步性以及跟隨性等指標(biāo)進(jìn)行考核。

其中，對(duì)于相應(yīng)時(shí)間要求而言要求在一級(jí)制動(dòng)過(guò)程中，盤(pán)式制動(dòng)器的響應(yīng)時(shí)間不得超過(guò)0.3 s，且要求制動(dòng)器和閘瓦之間的間隙小于2 mm[4]。

對(duì)于制動(dòng)穩(wěn)定性而言，在一級(jí)制動(dòng)過(guò)程中液壓站的壓力沖擊量不大于0.3 MPa；在二級(jí)制動(dòng)過(guò)程中要求其液壓油壓力損失不超過(guò)最大壓力最大攻擊油壓的5%。

對(duì)于制動(dòng)力平衡性而言，要求系統(tǒng)在制動(dòng)操作過(guò)程中制動(dòng)力矩與實(shí)際最大載重量的比值不小于3。

此外，要求制動(dòng)系統(tǒng)的每付盤(pán)式制動(dòng)器可同步運(yùn)行；且要求制動(dòng)系統(tǒng)的正壓力是由溢流閥控制的，具有較好的跟隨性。

經(jīng)研究可知，影響提升機(jī)制動(dòng)性能的關(guān)鍵因素包括有：彈簧蓄能器的彈簧剛度，液壓油中的空氣含量，液壓管路的長(zhǎng)度，電磁換向閥閥口的通流截面積、固有頻率，制動(dòng)油壓等[5]。

3 提升機(jī)制動(dòng)性能的影響機(jī)理的仿真分析

為精確獲取影響提升機(jī)制動(dòng)性能的因素具體是如何影響其制動(dòng)效果的，本文基于AMESim 軟件搭建提升機(jī)液壓系統(tǒng)的仿真模型，并對(duì)其關(guān)鍵影響因素的影響機(jī)理進(jìn)行仿真分析。

3.1 仿真模型的搭建

盤(pán)式制動(dòng)器作為提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)中液壓分系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其直接決定制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本文將著重介紹盤(pán)式制動(dòng)器的模型的搭建，所搭建盤(pán)式制動(dòng)器的仿真模型如圖2 所示。

圖2 盤(pán)式制動(dòng)器仿真模型

與盤(pán)式制動(dòng)器仿真模型相對(duì)應(yīng)的液壓系統(tǒng)元件的關(guān)鍵參數(shù)如表2 所示。

表2 提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)液壓系統(tǒng)元件參數(shù)

3.2 影響機(jī)理仿真結(jié)果的分析

3.2.1 電磁換向閥閥口通流截面積的影響機(jī)理

選取不同的電磁換向閥閥口的通流截面積，分別取電磁換向閥閥口的通流截面積為2 mm2、5 mm2、10 mm2以及20 mm2分析盤(pán)式制動(dòng)器內(nèi)油缸油壓的變化情況，仿真結(jié)果如圖3 所示。

圖3 不同閥口通流截面積制動(dòng)器油缸內(nèi)油壓變化情況

如圖3 所示，隨著電磁換向閥閥口通流截面積的增大，盤(pán)式制動(dòng)器油缸的油壓降壓所需的時(shí)間縮短，即可通過(guò)增大電磁換向閥閥口通流截面積提升提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力。

3.2.2 電磁換向閥固有頻率的影響機(jī)理

分別取制動(dòng)系統(tǒng)液壓系統(tǒng)中電磁換向閥的固有頻率為10 Hz、20 Hz、40 Hz 以及60 Hz，分析盤(pán)式制動(dòng)器油缸內(nèi)油壓的變化情況。

經(jīng)仿真可得，當(dāng)電磁換向閥的固有頻率分別為10 Hz 和20 Hz 時(shí)，盤(pán)式制動(dòng)器的油壓均可下降至設(shè)定的油壓值；而當(dāng)電磁換向閥的固有頻率為40 Hz和60 Hz 時(shí)，盤(pán)式制動(dòng)器油缸內(nèi)的油壓分別下降至2.3 MPa 和2.1 MPa。因此，可得出當(dāng)電磁換向閥閥口的固有頻率大于40 Hz 時(shí)，其制動(dòng)保壓壓力不能夠滿足制動(dòng)器的跟隨性的要求。

故，經(jīng)對(duì)電磁換向閥固有頻率影響機(jī)理的仿真分析后，為滿足制動(dòng)系統(tǒng)的跟隨性能，要求電磁換向閥的固有頻率小于40 Hz。

4 結(jié)語(yǔ)

提升機(jī)作為綜采工作面的關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，其制動(dòng)性能直接決定提升機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。液壓系統(tǒng)和盤(pán)式制動(dòng)器作為提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，為滿足制動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)特性、制動(dòng)力平衡性能以及跟隨性能，需根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)要求不斷優(yōu)化其影響制動(dòng)性能的因素。電磁換向閥作為液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵零件，其閥口通流截面積和固有頻率為影響制動(dòng)系統(tǒng)的主要因素。經(jīng)仿真分析，可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求盡可能地采用較大截面積和固有頻率小于40 Hz 的電磁換向閥。