摩擦式提升機(jī)盤形閘制動(dòng)失效分析與預(yù)防

摘要：對(duì)摩擦式提升機(jī)盤形閘制動(dòng)力矩及提升機(jī)所受的動(dòng)載荷進(jìn)行了分析，分析造成盤形閘制動(dòng)失效的原因，提出避免盤形閘制動(dòng)失效應(yīng)采取的措施。

關(guān)鍵詞：提升機(jī) 盤形閘 失效分析 調(diào)整

我國現(xiàn)有的摩擦式提升機(jī)制動(dòng)裝置大部分為盤形閘制動(dòng)系統(tǒng)。目前，提升機(jī)發(fā)生的事故大多與制動(dòng)有關(guān)，如斷繩、過卷、墩罐、滑動(dòng)等， 主要體現(xiàn)在兩方面：一方面在提升終了或提升機(jī)不工作時(shí)不能可靠地閘住提升機(jī)：另一方面在減速階段不能參與提升機(jī)的速度控制和發(fā)生緊急事故時(shí)不能進(jìn)行安全制動(dòng)。從礦井生產(chǎn)來看，提升機(jī)素有 \"礦井咽喉\"之稱，一旦發(fā)生事故，將引起停工停產(chǎn)甚至人員傷亡，因而有必要對(duì)其盤形閘制動(dòng)失效進(jìn)行分析，以便采取相應(yīng)措施。

1 引起盤形閘制動(dòng)失效的因素

1.1 制動(dòng)力矩

制動(dòng)力矩可用下式表示:

MZ=Σ(1~n)NifRm（1）

式中：Ni每個(gè)閘瓦作用于制動(dòng)盤上的正壓力，N；

f——閘瓦與制動(dòng)盤之間的摩擦系數(shù)；

Rm——制動(dòng)盤平均摩擦半徑，m；

n——制動(dòng)盤閘瓦上的個(gè)數(shù)。

從公式[1]中可以看出，一臺(tái)提升機(jī)設(shè)計(jì)安裝好后，制動(dòng)盤摩擦半徑及閘瓦個(gè)數(shù)是確定的，因而制動(dòng)力矩主要與作用在制動(dòng)盤上的正壓力和閘瓦與制動(dòng)盤之間的摩擦系數(shù)有關(guān)，而正壓力可用下式表示:

N=(KΔ0-F2)-P3A （2）

式中:K——碟形彈簧的剛度，N/m；

Δ0——彈簧在制動(dòng)器無液壓油時(shí)的預(yù)壓量，m；

F2——盤形閘中活塞運(yùn)動(dòng)阻力，N ；

P3——盤形閘中殘壓，Pa；

A——盤形閘中油缸面積，m2。

由公式[1]、[2]可見，影響制動(dòng)力矩的主要因素有碟形彈簧的剛度、彈簧預(yù)壓量、閘瓦間隙、活塞運(yùn)動(dòng)阻力、盤形閘中殘壓、閘瓦與制動(dòng)盤之間的摩擦系數(shù)等，現(xiàn)分述如下。

1.1.1 碟形彈簧組剛度 施加于制動(dòng)盤上的正壓力是依靠碟形彈簧組儲(chǔ)積的壓力能產(chǎn)生的。碟形彈簧失效形式一般有兩種，一是在頻繁使用中由于金屬的疲勞現(xiàn)象引起使用應(yīng)力即剛度急劇下降，致使制動(dòng)力有較大的變化；二，大多盤形制動(dòng)器中有多個(gè)碟形彈簧串聯(lián)組成碟簧組，一旦有一片或幾片碟形彈簧損壞，將影響碟簧組的剛度。因此，碟形彈簧是影響盤形閘能否正常工作的重要因素。如蝶形彈簧組由8片蝶形彈簧組成，每片彈簧剛度為K=35.5KN/MM；則蝶形彈簧組的剛度為K1=35.5KN/MM÷8=4.4375KN/MM，（假設(shè)蝶形彈簧組剛度為線形剛度），一片蝶形彈簧損壞則蝶形彈簧組的剛度為K2=35.5KN/MM÷7=5.0715 KN/MM。當(dāng)在開閘狀態(tài)下，同一調(diào)整盤型閘間隙為2mm，由于盤型閘油壓相同，則該狀態(tài)下每個(gè)閘的蝶形彈簧組受油壓產(chǎn)生的彈力FI相同。當(dāng)合閘時(shí)油壓回到殘壓，完好蝶形彈簧組損失的壓力ΔF=2*K1=2*4.4375=8.875KN；損壞一片蝶形彈簧的蝶形彈簧組損失的壓力ΔF′=2*K2=2*5.0715=10.143KN；則該盤型閘制動(dòng)力比正常小10.143-8.875KN =1.268KN。如蝶形彈簧疲勞，剛度下降，當(dāng)用間隙法調(diào)整盤型閘，正壓力將減少更大。

1.1.2 彈簧預(yù)壓量和閘瓦間隙 彈簧預(yù)壓量直接決定著閘瓦作用于制動(dòng)盤上正壓力的大小，制動(dòng)器在運(yùn)行一段時(shí)間后，閘瓦由于磨損，如不及時(shí)調(diào)整，將使得閘瓦間隙變大，碟形彈簧預(yù)壓量將隨著閘瓦間隙的增大而減小，制動(dòng)力也隨之減小。因此，閘瓦磨損的本質(zhì)是彈簧預(yù)壓量的減小，并通過閘瓦間隙反映出來，閘瓦間隙的增加值即等于彈簧預(yù)壓量的減少，閘瓦間隙將決定制動(dòng)力矩的大小。

1.1.3 運(yùn)動(dòng)阻力 由于盤形閘在制動(dòng)過程中，活塞與液壓缸之間、筒體與制動(dòng)器之間的摩擦以及卡缸等原因使得運(yùn)動(dòng)阻力比理論值大，在其它影響因素不變的情況下，運(yùn)動(dòng)阻力的增大將導(dǎo)致制動(dòng)力矩的降低，若出現(xiàn)卡缸將使盤形閘制動(dòng)完全失效。

1.1.4 工作腔殘壓 如果因油質(zhì)差或被污染等因素使油路不暢或堵塞，將出現(xiàn)制動(dòng)器中油液不能完全回到油箱，從而使制動(dòng)器工作腔內(nèi)的殘壓較大。由于盤形閘是靠油液壓力松閘和碟形彈簧力制動(dòng)的，殘壓的增大將使制動(dòng)力矩降低。若出現(xiàn)油路堵塞，制動(dòng)器中油液不能回油，使碟形彈簧儲(chǔ)存的能量無法釋放，從而導(dǎo)致盤形閘制動(dòng)失效。

1.1.5 閘瓦摩擦系數(shù) 閘瓦摩擦系數(shù)通常認(rèn)為是一個(gè)常數(shù)，實(shí)際上不同的提升速度、溫升、正壓力對(duì)摩擦系數(shù)有不同的影響，通常認(rèn)為，另外閘瓦和制動(dòng)盤若被油液污染、閘瓦材質(zhì)差、閘瓦過熱、閘瓦、制動(dòng)盤接觸面積小、制動(dòng)盤表面損傷較大、制動(dòng)盤表面由于長期過熱造成，制動(dòng)盤材質(zhì)發(fā)生變化等，則摩擦系數(shù)將大大降低，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)使制動(dòng)失效。

1.1.6 制動(dòng)盤偏擺度 由于制動(dòng)盤本身誤差、安裝誤差、主軸軸向游隙及支撐系統(tǒng)誤差，制動(dòng)盤存在偏擺，使幾副閘不能同時(shí)作用或在一副閘中單面先接觸。制動(dòng)盤偏擺度過大，使閘瓦與制動(dòng)盤不能很好地貼合且接觸面積減小，并使閘瓦間隙不均勻，造成制動(dòng)力不穩(wěn)定并加劇提升機(jī)滾筒軸向受力，從而造成提升機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定和疲勞損壞，同時(shí)加劇制動(dòng)器內(nèi)碟形彈簧的疲勞。反之，制動(dòng)力的不穩(wěn)定和軸向力又加劇制動(dòng)盤的變形， 使其偏擺度加大，可見制動(dòng)盤偏擺度將影響到制動(dòng)力矩。

1.2 空動(dòng)時(shí)間 《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定盤形閘緊急制動(dòng)時(shí)，空動(dòng)時(shí)間不超過0.3s。由于閘瓦間隙大或油液回油慢，易造成空動(dòng)時(shí)間長，從而使制動(dòng)距離太長，提升機(jī)不能在要求的位置停車，此時(shí)亦為制動(dòng)失效。

1.3 提升機(jī)所承受的載荷力矩 提升機(jī)運(yùn)行時(shí)承受著提升容器自重、載荷、鋼絲繩重量、井筒阻力及加減速時(shí)引起的動(dòng)負(fù)荷等產(chǎn)生的力矩，一般對(duì)雙容器提升為:

Md=(kQ+mpgH+Σma)R（3）

式中:Md——提升機(jī)承受的載荷力矩，Nm；

k——礦井阻力系數(shù);

Q——提升載荷重量（或兩容器載荷重量差），N；

mp——提升鋼絲繩每米質(zhì)量（或提升鋼絲繩與平衡尾繩的每米質(zhì)量差），kg；

g——重力加速度，m/s2；

H——兩容器高度差，m；

m——提升系統(tǒng)變位質(zhì)量，kg；

a——提升加減速度，m/s2；

R——提升機(jī)滾筒半徑，m。

從式[3]可以看出，提升機(jī)處于靜態(tài)或下放貨載時(shí)，若提升載荷、變位質(zhì)量及加減速度過大，將導(dǎo)致提升機(jī)承受的載荷力矩過大，當(dāng)超過制動(dòng)力矩則會(huì)使制動(dòng)失效；

1.4 制動(dòng)系統(tǒng) 盤形閘制動(dòng)系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障將導(dǎo)致其制動(dòng)失效，如閘座松動(dòng)、盤形制動(dòng)器中心線與主軸不在同一水平面上且誤差大、液壓站中的調(diào)壓裝置不能正常工作、二級(jí)安全制動(dòng)不能正常實(shí)現(xiàn)、空動(dòng)時(shí)間過長和司機(jī)操作失誤等。

2 制動(dòng)失效分析

從上述引起盤形閘制動(dòng)失效的因素可以看出，導(dǎo)致盤形閘制動(dòng)失效的原因:一方面是制動(dòng)力矩過小或過大，另一方面是制動(dòng)裝置及保護(hù)裝置出現(xiàn)故障。制動(dòng)力矩過小，顯然制動(dòng)減速度過小，制動(dòng)距離過大，使提升容器不能在要求的位置上被可靠地閘住；制動(dòng)力距過大，通常盤形閘不會(huì)馬上失效，但從提升鋼絲繩來看，制動(dòng)力矩過大，則制動(dòng)減速度過大，超過《煤礦安全規(guī)程》對(duì)制動(dòng)減速度的要求，使提升鋼絲繩受到的制動(dòng)負(fù)荷過大，從而導(dǎo)致斷繩事故，使提升容器墜落。這說明制動(dòng)力矩過大也會(huì)使制動(dòng)失效。

3 防止制動(dòng)失效的措施

3.1 加強(qiáng)對(duì)提升司機(jī)的管理，杜絕和防止操作失誤，如注意力不集中、施閘不合規(guī)范等。

3.2 加強(qiáng)對(duì)提升機(jī)維護(hù)人員的管理，提高其維護(hù)水平，對(duì)引起盤形閘制動(dòng)失效的因素能進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的檢查，及時(shí)更換、調(diào)整和維修；定期測(cè)量閘瓦間隙并按要求調(diào)整；定期測(cè)量制動(dòng)盤偏擺度，若超過標(biāo)準(zhǔn)則應(yīng)采取相應(yīng)措施；出現(xiàn)閘座松動(dòng)，則應(yīng)加固；制動(dòng)盤上存在油污，則應(yīng)及時(shí)清理并檢查原因，采取合理措施，避免油污污染閘盤；定期檢查盤型閘蝶形彈簧組，一般情況蝶形彈簧有效工作壽命為5×105次。

3.3 確保盤式制動(dòng)器和制動(dòng)盤的安裝質(zhì)量；實(shí)際摩擦半徑不應(yīng)小于理論值；閘盤偏擺不大于0.5mm；同一副制動(dòng)器兩閘瓦工作面的平行度不應(yīng)超過0.5mm；閘盤與閘瓦接觸面積必須大于60%；閘頭及支架的固定螺栓不得松動(dòng)；

3.4 對(duì)盤形閘各種保護(hù)裝置一方面加強(qiáng)檢查， 另一方面要定期測(cè)試。

3.5 對(duì)制動(dòng)力矩過大現(xiàn)象及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，使之符合《煤礦安全規(guī)程》關(guān)于制動(dòng)力矩和制動(dòng)減速度的要求，并且合理分配一級(jí)制動(dòng)力矩的大小和延時(shí)的長短。

4 盤型閘間隙調(diào)整

在一定程度上，閘瓦間隙將決定制動(dòng)力矩的大小，由于閘瓦磨損等原因造成間隙的變化，直接影響盤型閘制動(dòng)力，所以日常盤型閘間隙檢查調(diào)整工作十分重要。

盤型閘間隙調(diào)整方法為

方法一： 將油壓升至系統(tǒng)最大工作油壓，將制動(dòng)器松開，擰松定位螺栓，用專用鉤頭扳手旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺母，使閘瓦間隙調(diào)整到1~1.5mm，每次調(diào)整時(shí)均應(yīng)保證由大間隙往小間隙調(diào)，否則，會(huì)造成實(shí)際間隙比調(diào)整時(shí)大，因?yàn)檎{(diào)整螺母與制動(dòng)器體間有較大的軸向串量，故每次調(diào)節(jié)要讓調(diào)節(jié)螺母的前端和螺紋的后端分別于油缸和制動(dòng)器體接觸，這樣方可確保其間隙準(zhǔn)確。

但由于每組盤型閘由于制作誤差不可避免的存在，彈簧組剛度不同、彈簧疲勞程度不同、內(nèi)部游隙不同，內(nèi)部油路差異、間隙測(cè)量誤差等原因的存在，均不可避免地造成各盤型閘工作間隙一致，但制動(dòng)力不一致的現(xiàn)象。

方法二：按設(shè)計(jì)計(jì)算確定貼閘油壓值后，將油壓升至系統(tǒng)最大工作油壓，將制動(dòng)器松開，然后在此最大油壓的基礎(chǔ)上將油壓降低到貼閘油壓值，調(diào)整各個(gè)制動(dòng)器調(diào)整螺母使各閘瓦緊貼到制動(dòng)盤。再將油壓升至最大工作油壓，檢查閘瓦間隙是否滿足1~1.5mm的要求。間隙如大了，按照上述方法重復(fù)將貼閘油壓定在稍高一點(diǎn)，重復(fù)上述動(dòng)作即可。此種調(diào)整間隙方法能夠有效消除暗藏的不被察覺的因加工精度和裝配原因引起的閘瓦間隙，各閘頭制動(dòng)力差異較小且閘瓦貼閘時(shí)間處于基本一至，保證獲得均勻有效的制動(dòng)力，但施工時(shí)間較長。

豎井提升的貼閘油壓值計(jì)算公式：Px=2.75K·Fc/（A·n）（4）

系數(shù)K的確定：K=3.25/C（0

K=3.25（1

C——質(zhì)量系數(shù)

C＝Fc/m

Fc——最大靜張力差，kg·s2/m；

m——提升系統(tǒng)變位質(zhì)量，kg；

n——盤形制動(dòng)器數(shù)量

A——盤形制動(dòng)器活塞有效作用面積，mm2；

綜述，礦井提升機(jī)盤形閘制動(dòng)失效種類中，盤型閘調(diào)整是較重要的因素，做好盤型閘的調(diào)整及周期檢查工作，能有效的保證提升安全。