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、刮板輸送機、提升機等作為綜采工作面大型機電設(shè)備，各個設(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)備等運輸任務(wù)[1]。提升機的可靠性在一定程度上受制于其制動器的性能。經(jīng)統(tǒng)計表明，實際生產(chǎn)中70%提升機事故的發(fā)生均是由于制動器失效所導(dǎo)致的。盤式制動器作為提升機應(yīng)用較為廣泛的制動器，其失效常導(dǎo)致提升機事故的發(fā)生。本文著重對提升機盤式制動器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，旨在提升設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

1 盤式制動器概述工作原理

液壓盤式制動器作為提升機制動系統(tǒng)的執(zhí)行部件，其與其他氣動傳動的制動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，動作相對靈敏[2]。液壓盤式制動器的工作原理如圖1 所示。

圖1 盤式制動器工作原理示意圖

如圖1 所示，當(dāng)提升系統(tǒng)處于制動狀態(tài)時，閘瓦在液壓油正壓力的作用下對制動盤施加壓力，此時液壓缸內(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，液壓缸內(nèi)的油壓達(dá)到最大值。

2 盤式制動器失效原因

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

本文著重解決盤式制動器制動力矩不足的問題.經(jīng)研究導(dǎo)致盤式制動器制動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器制動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：盤式制動器的相關(guān)零件的設(shè)計、制造不合理，制動器制動盤等零部件安裝時存在誤差。

經(jīng)對提升機盤式制動器工作原理及失效原因的分析，可通過改進(jìn)盤式制動器的結(jié)構(gòu)、加強對盤式制動器實時工作狀態(tài)的監(jiān)測以及加強相關(guān)管理措施等方面提升盤式制動器的制動性能。本文主要從改進(jìn)盤式制動器的結(jié)構(gòu)達(dá)到提升制動性能的目的。

3 盤式制動器的優(yōu)化設(shè)計

3.1 可靠性要求

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

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

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減速度最大不能超過5 m/s2；要求下放重物過程中的制動最小減速度不能小于1.5 m/s2；

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

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

3.2 改進(jìn)設(shè)計

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

表1 盤式制動器優(yōu)化參數(shù) m

盤式制動器改進(jìn)前后尺寸對比如表2 所示。

表2 盤式制動器優(yōu)化前后尺寸對比 m

4 盤式制動器優(yōu)化效果驗證

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

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

4.1 實驗平臺的搭建

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

4.2 實驗步驟

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

2）將供油壓力增加至1.25 倍的設(shè)計油壓后（7.5 MPa），并保持此狀態(tài)10 min，觀察盤式制動器是否存在漏油現(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盤，并使其間距保持在1 mm，系統(tǒng)開始制動，測量在此情況下閘瓦的制動距離。

4.3 實驗結(jié)果

1）當(dāng)活塞開始動作時所測得的實時壓力數(shù)值為0.26 MPa，小于《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的0.3 MPa，滿足實際要求。

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

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

5 結(jié)語

盤式制動器的失效很大原因與其結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理相關(guān)。為此，采用近似模型的手段通過計算對盤式制動器制動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。實驗表明，優(yōu)化的盤式制動器能夠滿足實際生產(chǎn)的需求。