矿井提升机盘式制动器工作可靠性分析.doc

矿井提升机盘式制动器工作可靠性分析
1前言
矿井提升设备的主要任务是沿井筒提升煤炭、矸石，下放材料，升降人员和设备，所以矿井提升设备是联系井下与地面的重要设备，是联系井上下的咽喉。确保矿井提升设备安全可靠的工作关系到人员安全和设备的安全，故我们有必要对矿井提升设备进行安全性分析。
为了确保提升系统安全可靠工作，按照《煤矿安全规程》提升系统有防止过卷装置、防止过速装置、过负荷和欠压保护装置、限速装置、深度指示器失效保护装置、闸间隙保护装置、松绳保护装置、满仓保护装置、减速功能保护装置，这些保护发生作用最终得到安全停车的最后确保是制动闸安全可靠的安全制动工作。所以，制动闸安全可靠是提升机安全可靠运行的最后确保，也是提升机安全可靠运行的基本确保。下面我们就主分析一下提升机制动闸。
现在我国提升机制动闸主要有两种类型，块闸制动系统和盘闸制动系统。块闸制动系统的不够之处在于产生的制动力较小，制动效果差，结构复杂，经过的环节多，经过现场视察闸瓦和制动轮同心度都不是太好，且有效接触面积一般较小，近几年因使用该类型制动系统，已发生过多次提升安全事故。部分单位已率先要求淘汰块闸制动系统，本人也建议淘汰块闸制动系统。下面主要分析一下盘形制动系统。
2 盘形制动系统故障分析
2．1制动系统主要测试内容及要求
《煤矿机电设备完好标准》规定盘形闸制动系统瓦间隙一般为1~1.5mm，最大不得超过2mm；安全制动时空动时间不得0.3s；竖井提升时无论工作闸或保险闸工作时其制动力矩不得小于最大静负荷力矩的3倍；调绳时作用到单滚筒上的制动力矩不得小于该滚筒所悬吊负荷力矩的1.2倍；正在使用中的制动盘偏摆量≤1mm，新安装的制动盘偏摆量≤0.5mm；关于安全制动减速度，上升提重载时，下放重载时。其它还包括“液压站性能〞、“闸瓦磨损及与制动盘接触状况〞、“主轴窜动量〞等。
2．2引起盘形闸制动失效的因素

制动力矩可用下式表示：
                 〔1〕
式中：－每个闸瓦作用于制动盘上的正压力，N；
－闸瓦与制动盘之间的摩擦系数；
－制动盘平均摩擦半径，m；
－制动盘闸上的个数。
从上式可以看出，提升机安装好后，其制动盘摩擦半径和闸瓦个数是确定的，因而制动力矩主要与作用在制动盘上的正压力和闸瓦与制动盘之间的摩擦系数有关，而正压力可用下式表示：
                 〔2〕
式中：－碟形弹簧的刚度，N/m；
－弹簧在制动器无液压油时的预压量，m；
－盘形闸中活塞运动阻力，N；
－盘形闸中残压，Pa；
－盘形闸中油缸面积，m2。
由公式可见，影响制动力矩的主要因素有弹簧的预压量、闸瓦间隙、碟形弹簧的刚度、活塞运动阻力、盘形闸中的残压、闸瓦与制动盘之间的摩擦系数等，现分析如下：

弹簧预压量直接决定着闸瓦作用于制动盘上正压力的大小，制动器在运行一段时间后，闸瓦由于磨损将使得闸瓦间隙变大，碟形弹簧预压量将随着闸瓦间隙的增大而减小，制动力也随之减小。因此，闸瓦磨损的本质是弹簧预压量减小，并通过闸瓦间隙反映出来，闸瓦间隙将决定制动力矩的大小。

施加于制动盘上的正压力是依靠碟形弹簧储积的压力势能产生的。碟形弹簧在频繁使用中由于金属的疲惫现象引起使用应力即刚度急剧下降，致使制动力有较大的变化。由于盘形闸中碟形弹簧数量较多，一旦有一片碟形弹簧损坏，将会使整个制动器失去制动力。因此碟形弹簧是影响盘形闸能否正常工作的重要因素。
据制定资料介绍，提升机的双盘形闸弹簧的使用寿命是按5×105循环次数制定的。在使用中应当依据实际状况确定弹簧的使用寿命。可按下式计算：
                            〔3〕
式中：－每年工作时间数，单位小时(h)；
－每小时提升次数；　－每提升一次松闸次数。

由于盘形闸在制动过程中，活塞与液压缸之间、筒体与制动器之间的摩擦以及卡缸等原因使得运动阻力比理论值大，在其它影响因素不变的状况下，运动阻力的增大将导致制动力矩的降低，假设出现卡缸将使盘形闸制动完全失效。

如果油质差或被污染等因素使油路不畅或堵塞，将出现制动器中油液不能完全回到油箱，从而使制动器工作腔内的残压较大。由于盘形闸是靠油液压力松闸和碟形弹簧力制动的，残压的增大将使制动力矩降低。假设出现油路堵塞，制动器中的油液不能回油，使碟形弹簧储存的能量无法释放，从而导致盘形闸制动失效。

闸瓦摩擦系数通常认为是一个常数，实际上不同的提升速度、温升、正压力对摩擦系数有不同的影响，另外闸瓦和制动盘假设被污染或闸瓦材质差及闸瓦过热，则摩擦系数将大降低，严重时将会使制动失效。

由于制动盘本身误差、安装误差、主轴轴向游隙及支撑系统误差，制动盘存在偏摆，使几副闸不能同时作用或在一副闸中单面先接触。制动盘偏摆度过大，使闸瓦与制动盘不能很好地贴合且接触面积减小，并使闸瓦间隙不均匀，造成制动力不稳定并加剧提升机滚筒轴向受力，从而造成提升机运行不稳定和疲惫损坏，同时加剧制动器内碟形弹簧的疲惫。反之，制动力的不稳定和轴向力又加剧制动盘的变形，使其偏摆度加大，可见制动盘偏摆度将影响到制动力矩。