立井摩擦式提升機(jī)的傳動(dòng)與制動(dòng)失效分析

李雯潔

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)同家梁礦，山西 大同 037025）

引言

由于淺層煤礦資源的逐漸減少，因此煤礦企業(yè)開(kāi)始朝著深井礦山方向開(kāi)采，從而給摩擦式提升機(jī)帶來(lái)了較大的應(yīng)用前景。由于提升機(jī)對(duì)礦山生產(chǎn)起著非常重要的作用，主要是由于其可以有效地提高礦山開(kāi)采的效率，而且可以保護(hù)人員的生命安全。而對(duì)于提升機(jī)而言，其最重要單元為：傳動(dòng)單元、制動(dòng)單元，此兩者能夠有效地保證提升機(jī)正常的工作。

1 摩擦提升機(jī)傳動(dòng)與制動(dòng)形式

摩擦提升機(jī)在工作的過(guò)程中主要由電動(dòng)機(jī)給摩擦輪提供動(dòng)力，在鋼絲繩與摩擦襯墊所產(chǎn)生的摩擦力作用下將重物提起以及放下。通常情況下，摩擦提升機(jī)主要有兩種傳動(dòng)方式：第一，電動(dòng)機(jī)將動(dòng)力傳輸給減速器，由減速器將動(dòng)力傳輸給摩擦輪。第二，直聯(lián)結(jié)構(gòu)，其動(dòng)力傳輸方式如圖1 所示，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子與提升機(jī)主軸進(jìn)行連接，從而可以由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)摩擦輪。由于技術(shù)的不斷發(fā)展，在提升傳動(dòng)鏈中設(shè)置各種機(jī)械以及相應(yīng)的電器保護(hù)裝置，從而能夠有效地提高提升設(shè)備的精確性。經(jīng)過(guò)對(duì)摩擦式提升機(jī)的故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，打滑是主要的故障問(wèn)題，主要表現(xiàn)為鋼絲繩與摩擦輪之間的滑動(dòng)。

經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國(guó)煤礦大部分在提升機(jī)方面都采用液壓站與盤(pán)型制動(dòng)相結(jié)合的制動(dòng)形式[1-2]，如圖1、圖2 所示。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)該類(lèi)型的提升機(jī)主要有如下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作快、便于操作、維護(hù)方便；在設(shè)備上設(shè)置有多個(gè)制動(dòng)器，增強(qiáng)可靠性。對(duì)于不同類(lèi)型的設(shè)備而言，在選擇制動(dòng)器時(shí)，可以將最大張力差作為選擇的依據(jù)。通常當(dāng)制動(dòng)失效時(shí)，主要表現(xiàn)為“跑車(chē)”，往往對(duì)提升系統(tǒng)帶來(lái)較大的危害。

圖1 摩擦提升機(jī)傳動(dòng)形式

圖2 液壓制動(dòng)系統(tǒng)圖

2 傳動(dòng)失效分析與預(yù)防

通常摩擦式提升機(jī)在工作的過(guò)程中往往有如下幾個(gè)環(huán)節(jié)：上升加速環(huán)節(jié)；上升勻速與減速階段；下降加速環(huán)節(jié)；下降勻速與減速環(huán)節(jié)；空載加速環(huán)節(jié)；空載勻速與減速環(huán)節(jié)等。當(dāng)處于重物提升加速、減速、重物下放減速狀態(tài)下，往往出現(xiàn)鋼絲繩滑動(dòng)失效的現(xiàn)象，其相應(yīng)的防滑系數(shù)計(jì)算如下所示：

當(dāng)處于重物上提加速狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的防滑系數(shù)

當(dāng)處于重物上提減速狀態(tài)下，其對(duì)應(yīng)的防滑系數(shù)

當(dāng)處于重物下放減速狀態(tài)下，其相應(yīng)的防滑系數(shù)

式中：T 為重載側(cè)鋼絲繩張力，N；Tj為輕載側(cè)鋼絲繩張力，N；m 為摩擦輪重載側(cè)變位質(zhì)量，kg；m2為摩擦輪輕載側(cè)變位質(zhì)量，kg；μ 為摩擦襯墊摩擦系數(shù)；α為鋼絲繩在摩擦輪上的圍包角；a1為提狀態(tài)時(shí)的加速度，m/s2；a2為提狀態(tài)時(shí)減速度，m/s2；a3為下放運(yùn)行時(shí)減速度，m/s2；σ 為提升系統(tǒng)動(dòng)防滑設(shè)計(jì)系數(shù)，通常查閱相關(guān)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)取值，為1.25。通過(guò)分析公式（1）（2）（3）發(fā)現(xiàn)，假如已經(jīng)確定了系統(tǒng)的選型，那么只有剩襯墊摩擦系數(shù)、鋼絲繩在摩擦輪上的圍包角，對(duì)防滑系數(shù)產(chǎn)生影響。

預(yù)防打滑方法如下所示：選用高摩襯墊，由于國(guó)外襯墊具有較大的摩擦系數(shù)，通常數(shù)值可以達(dá)到0.28 或者0.3，因此可以大大提高防滑效果；可以通過(guò)增大設(shè)置在鋼絲繩摩擦輪上面的圍包角，同時(shí)還必須兼顧鋼絲繩與摩擦輪的使用周期，因此可以把圍包角設(shè)定在190°～195°范圍內(nèi)；必須保證鋼絲繩清潔性，假如鋼絲繩出現(xiàn)結(jié)冰的現(xiàn)象，必須將其慢慢空載運(yùn)行一段時(shí)間，直至鋼絲繩冰水脫落后，在正常工作；當(dāng)鋼絲繩安全系數(shù)與襯墊之間的壓力比值滿(mǎn)足工況需要時(shí)，可以適當(dāng)?shù)脑黾幼陨碇亓俊?/p>

3 制動(dòng)失效分析與預(yù)防

3.1 失效分析

通常情況下，提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)有兩個(gè)裝置組成：液壓站、盤(pán)型制動(dòng)器。因此，制動(dòng)系統(tǒng)故障主要表現(xiàn)在液壓站以制動(dòng)器。在只考慮盤(pán)型制動(dòng)器時(shí)，可以認(rèn)為盤(pán)型制動(dòng)器是一個(gè)獨(dú)立的單元，依據(jù)《煤安規(guī)程》可以看出制動(dòng)力矩應(yīng)該大于提升靜力矩的3 倍[3]。

靜力矩計(jì)算公式：

制動(dòng)力矩計(jì)算公式：

通過(guò)比較可以發(fā)現(xiàn)，制動(dòng)力矩能夠滿(mǎn)足工作需要滿(mǎn)足式（6）表達(dá)的關(guān)系：

式中：Fj為提升機(jī)的最大靜張力差，N；Dm為摩擦輪名義直徑，m；n 為制動(dòng)器頭數(shù)量；k 為蝶形彈簧剛度，N/m；δ 為蝶形彈簧以及壓縮量，m；F0為制動(dòng)器活塞運(yùn)動(dòng)阻力，N；P 為制動(dòng)器油缸的殘壓，Pa；A 為油缸橫截面積，m2；f 為閘瓦的摩擦輪；Rm為摩擦制動(dòng)半徑，m。通過(guò)分析公式（4）（5）（6）可以發(fā)現(xiàn)，要想能夠更好地保證制動(dòng)力矩，首先需要降低活塞阻力以及油缸殘壓，其次需要保證有足夠的閘瓦摩擦力、碟簧剛度等。

3.2 預(yù)防方法

依據(jù)相應(yīng)的規(guī)程，設(shè)置合適的制動(dòng)器對(duì)數(shù)，通常情況下必須大于靜力矩的3.25 倍；對(duì)閘瓦間隙進(jìn)行定期檢查，同時(shí)將間隙控制在2 mm 以?xún)?nèi)。由于在使用的過(guò)程中，將會(huì)導(dǎo)致閘瓦出現(xiàn)磨損的現(xiàn)象；對(duì)制動(dòng)盤(pán)進(jìn)行定期清潔，維護(hù)人員必須認(rèn)真清洗制動(dòng)盤(pán)中的油污，從而可以防止閘瓦與制動(dòng)盤(pán)出現(xiàn)過(guò)大的摩擦；對(duì)制動(dòng)器油缸的殘壓進(jìn)行控制，通常情況下盤(pán)型制動(dòng)器主要在油壓松閘以及碟形彈簧實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，當(dāng)殘壓增加后能夠大大降低制動(dòng)力矩。

4 結(jié)語(yǔ)

在礦井提升裝置中，其動(dòng)力主要借助摩擦襯墊以及鋼絲繩的摩擦。通過(guò)對(duì)盤(pán)型制動(dòng)器與液壓站故障進(jìn)行分析，同時(shí)提出預(yù)防措施，不僅可以確保提升機(jī)的安全性，而且也可以保障井下工作人員的生命安全。