矿井提升机盘闸制动器性能参数的分析确定

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五 、相应的关键技术措施 在应用于大采高的支架设计过程中 ,考虑到上述支架横 向稳定性 、纵向稳定性 、抗冲击问题 ,应采取一些相应的技术 措施 。 (一) 提高支架横向稳定性的关键技术措施 1. 四连杆机构的孔轴配合间隙不超过 0. 7 mm 。 2. 增大支架结构件及连接耳板的强度 ,保证横向歪斜时 的抗扭性能及结构稳定性 。 3. 尽量增加底座宽度及底座的结构稳定性 。 4. 采用 1. 75m 架间距 。 5. 中间架底座设底调千斤顶 ,防止支架横向下滑 ,调整与 邻架的间隙 。 6. 中间架顶梁和掩护梁增设强力的活动侧护板 ,以防止 支架横向倾倒 ,调整与邻架间正常距离 ,避免挤架和咬架 。 7. 排头三架组成锚固站 ,以作为全工作面横向稳定性的 基础 。其作用为前调 、防倒 、防滑 。架后设调架装置 。 (二) 提高支架纵向稳定性的关键技术措施 1. 支架应采用陡掩护梁紧凑型结构 ,尽量增大掩护梁与 顶梁的背角 ,严格控制掩护梁的外漏量 。 2. 在四连杆机构设计中 ,使顶梁的双纽线运动轨迹自上 而下为向工作面煤壁倾斜的曲线 ,保证水平摩擦力始终指向 采空区 。 3. 优化支架结构布置及整体力学特征 ,使支架整体力学 性能满足仰采 、俯采时纵向稳定性要求 。
———确定盘形闸蝶形弹簧刚度和制动力矩时 ,要根据实 测值 ,而不限于理论值 。
———制动力矩 的 大 小 是 盘 形 闸 制 动 器 失 效 的 最 主 要 因 素 ,因为过大和过小都不符合要求 。确定时要单个进行 ,然后 累加 ,并且贴闸油压值和开闸油压值要以闸瓦处为准 ,而不是 液压站处压力表的读数 。
= K ·Δ0 - Fz - P ·A
(6)
当闸瓦与制动盘刚好贴上时 ,闸瓦与制动盘处于贴上的
临界状态 ,制动器内的油压称为贴闸油压 Pt 。
即 : Pt =
K ·Δ0 A
Fz
(7)
当工作腔内油压降低到液压站开动时的最低压力 Pc (残
压) 时 ,正压力为最大正压力 Nmax 。
即
提升机系统从停机状态到工作状态时 ,必须解除制动器
弹簧的刚度系数 Kt = nt·k nt —制动器内一组蝶形弹簧的片数
2. 最大制动力矩
《煤矿安全规程》针对不同的矿井条件 ,对盘闸制动力矩
提出了不同的要求 。如对于立井和倾角在 30°以上的斜井 ,工
作制动或安全制动的制动力矩不得小于提升或下放载荷时最
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逐渐降低 ,活塞和筒体的运动方向指向制动盘 。制动盘受力
如图所示 :
四 、性能参数的确定
1. 蝶形弹簧刚度系数 K
盘闸制动器是靠油压力松闸 ,弹簧力制动的 。为了提高
盘闸制动的可靠性和稳定性 ,蝶形弹簧的刚度是一个关键参
数 ,同时也是造成盘闸制动失效的主要原因之一 。目前 ,在计
算制动力矩时 ,常以蝶形弹簧刚度的理论值来代入 。而实际
N max = K ·Δ0 - Fz - Pc ·A
(8)
的制动 。启动液压站 ,向制动器工作腔内注入压力油 ,推动活 所以最大制动力矩 :
塞 ,带动筒体 ,压缩蝶形弹簧 ,闸瓦离开制动盘 ,呈松闸状态 。
制动器受力如图所示 :
Mzhmax = N max ·μ·R m
(9)
分析 (4) (7) 两式可知 ,开闸油压力和贴闸油压力是不同
A —制动器内油缸面积 (m2)
制动器闸瓦的力平衡方程为 :
N = Ft + Fz - Fy = K ·Δ0 + Fz - P ·A
(3)
在松闸过程中 ,随着油压力 p 的增大 ,蝶形弹簧预压力和
运动阻力将逐渐被克服 。当 Ft + Fz 与 Fy 相低消时 ,制动正压 力 N = 0 。此时 ,闸瓦与制动盘处于脱开的临界状态 ,制动器
4. 在满足设备空间布置的前提下 ,尽量减小无立柱的空 间 ,并增加底座接地面积 。
5. 由于仰采 、俯采条件下顶板压力又给支架增加了一部 分水平分力 ,所以应适当增加支架抗水平力的结构 ,支架的结 构件及连接件的强度应相应加强 。
(三) 提高支架抗冲击能力的关键技术措施 1. 在大采高的支架设计中 ,采用大流量安全阀即 1000L/ min 的安全阀 ,是提高支架抗冲击性能的主要技术措施 。 2. 由于顶板破断的瞬间只有零点几秒 ,顶板瞬间下沉量 很大 ,要求立柱瞬间有相应的下沉量和安全阀有相应的溢流 量 。安全阀的溢流量应与顶板的冲击下沉相匹配 ,以防止立 柱内腔压力急剧升高而发生爆缸及压架事故 。 3. 提高立柱及液压系统的抗冲击性能 。加大立柱的设计 强度 ,进一步提高Φ280 大立柱抗冲击性能 ;加大立柱下腔过 液孔径 (加大到Φ19mm) 及相应的液压元件口径 ,使支架适应 强烈冲击载荷的要求 。 4. 结构件及连结件的抗冲击强度设计时 ,要避免应力集 中 ,并且要注意焊缝的均匀布置 ,强度要高 。 5. 为了控制顶板对支架的冲击强度 ,应在悬顶较大时进 行顶板处理 。 大采高 、坚硬顶板条件下 ,支架设计技术的难点主要是解 决支架横向稳定性 、纵向稳定性和抗冲击性问题 。 ZZ9900/ 29. 5/ 50 支架是坚硬顶板条件下大采高强力型 综采液压支架 ,它的研制成功填补了此类地质条件下综采面 支架国产化的空白 。
性的最主要因素 。根据制动的力学分析 ,可得最大制动力矩 :
n
∑ Mzhmax =
μ·R m ·( Pti -
i =1
n —制动器个数
Pci ) ·A
(11)
因为μ、Rm 、n 、A 均为已知参数 ,Pti与 Pci能通过仪器实测 ,
因而 (11) 式可确定实际最大制动力矩 。
五 、结束语 ———矿井提升机盘形闸由于所受正压力 N 、油压力 p 和 弹簧 Ft 的变化 ,表现为全制动状态 、松闸状态和制动状态 ,并 且各个状态的受力状况是不同的 。
No. 2 2003 Leabharlann Baidu
大静力矩的 3 倍 。制动力矩不能太大 ,也不能太小 。因为制
动力矩过小 ,将不能及时停车或稳定可靠地工作 ;过大 ,则将
导致过大的紧急制动减速度 。一方面使设备产生过大的动载
荷 ,引起整个提升系统的剧烈振动 ;另一方面也会对被提人员
造成伤害 。可见 ,制动力矩是影响提升机运行可靠性和稳定
上 ,盘形闸在循环往复的抱闸松闸过程中 ,蝶形弹簧的刚度系
数在变化且不断降低 。因此 ,要以刚度系数的实际值代入 。
将式 (4) (5) 联立 ,可得实际刚度 :
K
=
( Pk + Pt) ·A 2 ·Δ0
(10)
因为 Pk 、Pt 、Δ0 能通过仪器实测 ,A 为己知参数 ,因而 (10)
式可确定制动器内一组蝶形弹簧的实际刚度系数 。每片蝶形
制动和安全制动 。就目前使用状况来看 ,提升机发生的事故 闸状态 。当油缸内油压降低 ,蝶形弹簧就回复其松闸状态时
大部分与制动有关 ,如断绳 、过卷 、墩罐 、滑动等 。究其原因 : 的压缩变形 ,推动活塞向左移动 ,使闸瓦压向制动盘 ,达到制
一方面在提升终了或提升机不工作时 ,不能可靠地闸住提升 动的目的 。
它具有结构紧凑 、重量轻 、动作灵敏 、安全性好 、便于矿井提升
盘闸制动器是由蝶形弹簧 4 产生制动力 ,靠油压松闸的 。
自动化的优点 。盘闸制动系统包括两部分 :盘闸制动器和液 当压力油充入油缸 ,推动活塞压缩蝶形弹簧 ,筒体和闸瓦在回
压站 。盘闸制动系统主要用于控制提升机的正常停车 、工作 复弹簧和拉紧螺栓的作用下一起右移 ,闸瓦离开制动盘 ,呈松
关键词 :矿井提升机 ;盘闸制动器 ;受力分析 ;性能参数 中图分类号 : TD53 文献标识码 :A 文章编号 :1008 - 8881 (2003) 02 - 0044 - 03
供必要的理论依据 。
一 、引言
盘闸制动系统是应用于矿井提升机上的新型制动系统 。
二 、盘闸制动器的工作原理
机 ;另一方面在减速阶段不能参与提升机的速度控制 ,以至发
制动状态时 ,闸瓦压向制动盘的正压力大小 ,决定于油缸
生紧急事故时 ,不能进行安全制动 。从矿井生产来看 ,提升机 内工作油的压力 。当油缸内压力为最小值时 (一般不等于零 ,
有残压) ,弹簧力几乎全部作用在活塞上 。此时制动盘上的正
压力最大 ,呈全制动状态 。反之 ,当工作油压为系统最大油压
(1)
所以制动力矩 : M zh = Z ·μ·R m ( N ·m )
(2) 制动器闸瓦的力平衡方程为 :
μ—制动盘与闸瓦间的摩擦系数
N = Ft - Fz - Fy
Rm —制动盘的制动半径 (m) 分析 (1) (2) 两式可知 ,在全制动状态时 ,制动力矩主要与 弹簧的压缩量Δ0 和弹簧的刚度系数 K 及活塞和筒体的运动 阻力 Fz 有关 。若发生制动失效 ,则主要是由于弹簧压缩量Δ0 太小或蝶形弹簧刚度系数 K 太小造成的 。当然 ,若闸瓦与制 动盘之间的摩擦系数μ太小也会导致制动失效 。 2. 松闸状态时
的 ,说明松闸过程和制动过程是不重合的 。
分析 (8) (9) 两式可知 ,制动器产生的最大制动力矩与残
压 Pc 有关 。若液压站发生油路堵塞 ,制动器内的液压油不能
Fy —制动器内油液对筒体的作用力 (N) Fy = P ·A
P —制动器内油液压力 ( Pa)
及时回油时 ,将导致制动力矩过小 ,从而出现制动失效 。在实 践实习中 ,西峪煤矿就曾发生过油路堵塞 、制动力矩过小而出 现的制动失效 。
收稿日期 :2003 - 03 - 04 作者简介 :赵振保 (1965 - ) ,山西煤校讲师 。
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山西煤炭管理干部学院学报 2003 年第 2 期
Fz —制动器内活塞和筒体的运动阻力 (N)
N —制动盘对闸瓦的正压力 (N)
制动器闸瓦的力平衡方程为 :
N = Ft - Fz = K ·Δ0 - Fz
时 ,呈全松闸状态 。
12制动盘 ;22闸瓦 ;32活塞 ;42弹簧 图 1 盘闸工作原理示意图
一旦发生事故 ,将引起停工停产 ,甚至人员伤亡 。因而有必要 对盘闸制动器的制动过程进行受力分析 ,以便确定制动力矩 和性能参数 ,为保证提升机运行的可靠性和矿井安全生产提
三 、制动过程分析研究 1. 全制动状态时 提升机在全制动状态即停机状态时 ,液压站断电 ,盘闸制 动器工作腔内的液压油全部回油 。此时 ,工作腔内的油压 p = 0 ,蝶形弹簧压缩量为 Δ0 (mm) ,弹簧力 Ft = K·Δ0 ( K —蝶形弹 簧刚度系数 , N/ mm) 。在弹簧和 Ft 作用下 ,盘形闸制动器闸瓦 压紧在提升机滚筒上的制动盘上 。制动器受力如图所示 :
内的油压称为开闸油压 PK。
Pk =
K ·Δ0 + Fz A
(4)
随着液压站油压的继续升高 ,蝶形弹簧的压缩量继续增
加 。当液压站油压达到设定的最大油压值 Pmax时 ,闸瓦与制 动盘间隙达到最大 。
即 Δmax =
Pmax ·A - K ·Δ0 K
Fz
(5)
3. 制动状态时
盘闸制动闸瓦从全开闸状态到贴闸状态时 ,液压站油压
SHANXI MEITAN GUANL I GANBU XUEYUAN XUEBAO
No. 2 2003
矿井提升机盘闸制动器性能参数的分析确定
赵振保
(山西省煤炭工业学校 ,山西 太原 030031)
摘 要 :以矿井提升机盘式制动器为研究对象 ,对其在全制动状态 、松闸状态和制动 (抱闸) 状态进行受力分 析 ,得出影响制动力矩的因素 ,从而分析研究出性能参数的确定方法 ,对矿井安全生产具有指导作用 。
对盘闸制动器确定合理的制动力矩和性能参数 ,能保证 提升机运行的可靠稳定性和矿井的安全生产 。
参考文献 :
[ 1 ] 中国矿业学院. 矿井提升设备 [ M ] . 北京 :煤炭工业出版 社 ,1982. [ 2 ]肖光明. 摩擦提升机重大故障分析及预防 [ M ] . 徐州 :中国 矿业大学出版社 ,1994. [ 3 ] 黄小军. 矿井提升和安全监护系统的研究 [ D ] . 徐州 :中 国矿业大学 ,2000.