提升机安全制动分析

矿井提升机盘式制动器工作可靠性分析

郑煤集团技术中心程远强

摘要：对矿井提升机盘式制动器故障进行了详细分析，并提出了处理方法、注意事项和建议。

关键词:提升机;制动器;可靠性分析；处理方法和注意事项

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。保证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。

为了保证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

车的最后保障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保证，也是提升机安全可靠运行的

基本保证。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。块闸制动系统的不足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，经过现场考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 ；对于安全制动减速度，上升提重载时2/5s m a s ≤，下放重载时2/5.1s m a x ≥。其它还包括“液压站性能”、“闸瓦磨损及与制动盘接触情况”、“主轴窜动量”等。

2．2引起盘形闸制动失效的因素

2.2.1制动力矩不足

制动力矩可用下式表示：

∑==n i m i

i R N M 1μ （1）

式中：i N －每个闸瓦作用于制动盘上的正压力，N ；

i μ－闸瓦与制动盘之间的摩擦系数；

m R －制动盘平均摩擦半径，m ；

n －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：

A P F k N c h --∆=)(0 （2）

式中：k －碟形弹簧的刚度，N/m ；

0∆－弹簧在制动器无液压油时的预压量，m ；

h F －盘形闸中活塞运动阻力，N ；

c P －盘形闸中残压，Pa ；

A －盘形闸中油缸面积，m 2。

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：

2.2.1.1弹簧预压量和闸瓦间隙

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。

2.2.1.2碟形弹簧疲劳或断裂和寿命

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劳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。

据设计资料介绍，提升机的双盘形闸弹簧的使用寿命是按5×105循环次数设计的。在使用中应当根据实际情况确定弹簧的使用寿命。可按下式计算：

2115

105n n T Y ⨯= （3）

式中：1T －每年工作时间数，单位小时(h)；

1n －每小时提升次数； 2n －每提升一次松闸次数。

2.2.1.3活塞卡缸

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情况下，运动阻力的增大将导致制动力矩的降低，若出现卡缸将使盘形闸制动完全失效。

2.2.1.4工作腔残压

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。若出现油路堵塞，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。

2.2.1.5闸瓦摩擦系数过低

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，另外闸瓦和制动盘若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。

2.2.1.6制动盘偏摆度

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劳损坏，同时加剧制动器内碟形弹簧的疲劳。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。

综上所述，造成制动力矩不足故障原因见图1－1所示。

图1－1制动力矩不足故障原因网络图

2.2.2空动时间偏长

《煤矿安全规程》规定盘形闸紧急制动时，空动时间不超过0.3s，如果超过0.3s时，一般就可以认为制动系统出现问题了。主要原因有个别弹簧疲劳失效；闸内阻力偏大；液压系统油路阻力偏大；闸瓦间隙过大，从而使制动距离太长，提升机不能在要求的位置停车，此时亦为制动失效。

安全制动空动时间延长，会使本应可以控制的事故扩大造成严重后果，也应引起足够的重视。

2.2.3提升机的承受的载荷力矩