電力液壓塊式制動器在礦井提升機中的應(yīng)用

劉坤良，徐永福，劉同欣，高志康

1洛陽礦山機械工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽 471039

2礦山重型裝備國家重點實驗室 河南洛陽 471039

多繩摩擦式提升機根據(jù)傳動形式帶減速器分為Ⅰ型和Ⅱ型，其中Ⅰ型為單電動機帶減速器傳動，Ⅱ型為雙電動機帶減速器傳動。Ⅱ型多繩摩擦式提升機由于自身結(jié)構(gòu)原因，已逐漸退出市場，偶爾會有改造項目[1]。筆者以Ⅰ型多繩摩擦式提升機為例，對其傳動系統(tǒng)進行介紹。

1 Ⅰ型多繩摩擦式提升機

Ⅰ型多繩摩擦式提升機的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。其由主電動機驅(qū)動，動力經(jīng)彈性棒銷聯(lián)軸器、行星齒輪減速器、齒輪聯(lián)軸器傳遞到提升機主軸，主軸裝置帶動鋼絲繩上下運動，提升/下放礦石或人員。

圖1 Ⅰ型多繩摩擦式提升機的結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of I-typed multi-rope friction hoist

提升機在工作制動和安全制動時，盤形制動器利用壓縮的碟簧產(chǎn)生作用在制動盤工作面上的正壓力，通過閘瓦與制動盤之間的摩擦力進行抱閘制動。為了使制動盤不產(chǎn)生附加變形以及主軸不承受軸向附加力，盤形制動器成對布置在制動盤兩側(cè)。

提升機啟動時，盤形制動器靠油壓進行松閘。提升機制動時，考慮到電動機轉(zhuǎn)速較高，電動機轉(zhuǎn)子沖擊慣量較大，為了減少對行星齒輪減速器齒面的沖擊，在彈性棒銷聯(lián)軸器處配置了電動機制動器，吸收機械能并在摩擦副表面轉(zhuǎn)化成熱能向周圍散發(fā)，對減速器起保護作用，輔助制動。

2 電動機制動器

2.1 傳統(tǒng)電動機制動器

傳統(tǒng)電動機制動器安裝在提升機主電動機與行星減速器高速軸之間的彈性棒銷聯(lián)軸器下方，主要由支架、液壓缸、活塞桿、螺母、彈簧、閘體、閘瓦等零部件組成，如圖 2 所示。當(dāng)提升機工作制動或安全制動時，制動器閘瓦抱在彈性棒銷聯(lián)軸器的外套上，吸收電動機轉(zhuǎn)子的沖擊慣量，減小對行星齒輪減速器齒面的沖擊，對減速器起保護作用。

圖2 傳統(tǒng)電動機制動器的結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of traditional motor brake

傳統(tǒng)電動機制動器安裝時，需與提升機制動系統(tǒng)液壓管路中的主管路相連。當(dāng)提升機主電動機啟動時，油路系統(tǒng)油壓升高，液壓缸中活塞桿下移壓縮彈簧，閘體和閘瓦垂直向下移動，直至脫離彈性棒銷聯(lián)軸器外套，實現(xiàn)松閘；當(dāng)提升機工作制動或安全制動時，油路系統(tǒng)油壓下降，液壓缸中活塞桿在彈簧的作用下上移，閘體和閘瓦垂直向上移動，抱住彈性棒銷聯(lián)軸器外套，實現(xiàn)制動抱閘。無論是工作制動還是安全制動，傳統(tǒng)電動機制動器均與提升機盤形制動器同步動作。

傳統(tǒng)電動機制動器的制動方式為垂直移動式，對彈性棒銷聯(lián)軸器外套作用力F的方向如圖 2 所示。由于提升機的工況為連續(xù)頻繁正反轉(zhuǎn)，傳統(tǒng)電動機制動器也連續(xù)頻繁對彈性棒銷聯(lián)軸器外套施加單側(cè)垂直力，長時間運行會造成減速器輸入端的油封失效，出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，如圖 3 所示。這也是傳統(tǒng)電動機制動器自身結(jié)構(gòu)的原因，無法避免。

圖3 傳統(tǒng)電動機制動器的現(xiàn)場應(yīng)用Fig.3 Field application of traditional motor brake

2.2 電力液壓塊式制動器

電力液壓塊式制動器安裝在提升機主電動機與行星減速器高速軸之間的彈性棒銷聯(lián)軸器的左右兩側(cè)，主要由推動器、三角杠桿、制動拉桿、制動彈簧、力矩調(diào)整螺母、制動臂、制動瓦、均等杠桿等組成，如圖 4 所示。

圖4 電力液壓塊式制動器的結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of electro-hydraulic blocked brake

電力液壓塊式制動器安裝時，需要與提升機主控系統(tǒng)對接。當(dāng)提升機主電動機啟動時，推動器通電（見圖 5），推動器中的電動機通電后帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生油壓，活塞和活塞桿在油壓的作用下向上運動，活塞桿伸出至額定行程位置，利用三角杠桿迫使制動拉桿左移，進一步壓縮制動彈簧，通過制動臂帶動制動瓦塊脫離彈性棒銷聯(lián)軸器，實現(xiàn)松閘；當(dāng)提升機工作制動或安全制動時，推動器斷電，推動器中的電動機斷電后葉輪停止旋轉(zhuǎn)，油壓消失，活塞桿縮回至初始位置，在壓縮的制動彈簧作用下，通過制動臂帶動制動瓦塊左右兩側(cè)同時抱住彈性棒銷聯(lián)軸器外套，實現(xiàn)抱閘。由于正壓力左右對稱，不會造成行星減速器高速軸側(cè)油封失效，更好地保護減速器[2]。

圖5 推動器的結(jié)構(gòu)Fig.5 Structure of impeller

2.3 兩者的對比分析

傳統(tǒng)式電動機制動器與電力液壓塊式制動器的對比如表 1 所列。

表1 2 種電動機制動器的對比Tab.1 Comparison of two kinds of motor brake

由表 1 可知，電力液壓塊式制動器支持設(shè)定制動力矩，抱閘響應(yīng)速度快，對彈性棒銷聯(lián)軸器無側(cè)向力，對減速器輸入軸端油封無損壞，同時價格低廉，可靠性較高，維護方便，多項指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)電動機制動器。在新設(shè)計的Ⅰ型礦井提升機或老設(shè)備改造項目中，電力液壓式制動器均已得到廣泛應(yīng)用，現(xiàn)場如圖6 所示。

圖6 電力液壓塊式制動器的現(xiàn)場應(yīng)用Fig.6 Field application of electro-hydraulic blocked brake

3 電力液壓塊式制動器的安裝調(diào)試

電力液壓塊式制動器的推動器盡量安裝在背離主控操作臺側(cè)，安裝符合 GB 6333—1986《電力液壓塊式制動器》和 JB 6406.2—1992《電力液壓塊式制動器技術(shù)條件》要求[3]。電力液壓塊式制動器的調(diào)試主要包括制動力矩的調(diào)整、瓦塊退距（推動器補償行程）的調(diào)整和瓦塊退距均等的調(diào)整。

3.1 制動力矩的調(diào)整

制動器額定制動力矩在出廠時已經(jīng)標(biāo)注，現(xiàn)場可以根據(jù)實際需要，設(shè)定在額定制動力矩和 1/2 額定制動力矩之間，也可以通過彈簧座示值線查看力矩大小，如圖 7 所示。Ⅰ型礦井提升機現(xiàn)多采用變頻器驅(qū)動主電動機，變頻器可以實現(xiàn)電動機平穩(wěn)減速至零速懸停，由變頻器零速信號控制推動器電動機，實現(xiàn)零速抱閘動作。制動力矩可以調(diào)整至額定力矩的 95%，以提高抱閘可靠性，減少對行星減速器齒面的沖擊。

圖7 制動力矩的調(diào)整Fig.7 Control of braking torque

3.2 瓦塊退距 (推動器補償行程) 調(diào)整

瓦塊退距與推動器工作行程成正比關(guān)系：工作行程（h）=推動器額定行程（H）-推動器補償行程（hb）。推動器補償行程必須在推動器行程指示標(biāo)尺所示區(qū)域（見圖 8），否則有失去制動力矩的風(fēng)險。

圖8 瓦塊退距的調(diào)整Fig.8 Control of bush withdrawal

調(diào)整方法如下：

（1）單獨給推動器通電打開制動器；

（2）擰松兩側(cè)防松螺母，再逆時針旋轉(zhuǎn)制動拉桿后閉合制動器；

（3）觀察并測量此時推動器的補償行程hb，嚴格對照說明書，如滿足規(guī)定，則停止調(diào)整，反之則重復(fù)以上步驟，直至符合要求。

3.3 瓦塊退距均等的調(diào)整

通電打開制動器，觀察閘瓦與彈性棒銷聯(lián)軸器外套的間隙，如發(fā)現(xiàn)兩側(cè)不均等，則需進行調(diào)整。

調(diào)整方法如下：

（1）調(diào)松間隙較小一側(cè)的鎖緊螺母 1 和鎖緊螺母2，如圖 9 所示；

圖9 瓦塊退距均等的調(diào)整Fig.9 Control of identical bush withdrawal

（2）順時針旋轉(zhuǎn)連接螺栓，使其下落，觀察兩側(cè)間隙均等后停止旋轉(zhuǎn)；

（3）將鎖緊螺母鎖緊。

4 結(jié)語

帶減速器的礦井提升機采用電力液壓塊式制動器代替?zhèn)鹘y(tǒng)電動機制動器，使得彈性棒銷聯(lián)軸器的制動方式由單側(cè)垂直制動改為水平左右雙側(cè)對稱制動，消除了對彈性棒銷聯(lián)軸器的單側(cè)不平衡力，解決了因單側(cè)推力導(dǎo)致的減速器輸入軸端油封失效漏油現(xiàn)象。從成本、維護及可靠性分析，電力液壓塊式制動器優(yōu)于傳統(tǒng)電動機制動器，并已廣泛應(yīng)用于中信重工Ⅰ型礦井提升機產(chǎn)品上；對老舊提升機設(shè)備改造時，可參考此種制動器。