煤礦提升機液壓制動系統的優化

張寶良

（山西焦煤汾西礦業（集團）有限責任公司高陽煤礦， 山西 孝義 032399）

引言

礦井提升機在井筒中被用來提升罐籠、礦車等，屬于一種大型礦井運輸設備，是機械液壓電氣一體化設備[1]。礦井提升機不僅有一個復雜的機電系統還有多元復雜的機械部件，機械部分是一個靠彈性元件相互作用的多質量、多自由度的力學體系。提升機不同的工作狀態對應著不同的力學形態。礦井提升機作為溝通礦井與地面的紐帶，使用比較頻繁，負載重量變化較大，這就需要其制動裝置性能良好。

1 液壓制動系統故障分析

礦井提升機的運行狀態比較多，存在加速、減速、勻速、啟動以及停車等不同運行狀態。提升機由多部分裝置組成，制動系統作為其重要的部件直接影響提升機的提升效率。制動系統有三部分組成，分別為制動裝置、液壓裝置以及電控裝置，其中制動傳動機構以及制動器這兩部分組成制動裝置[2]。液壓裝置的作用是控制提升機的安全制動、工作制動以及提升機的運行。液壓裝置控制制動器和卷筒輪邊緣之間相互摩擦產生力矩，要求液壓裝置動作靈敏并且可調。傳動機構用來產生和調節制動力;重力、機械力、液壓或氣壓共同作用產生制動力。液壓系統的性能直接影響提升機的提升效率。

造成提升機制動事故主要有以下兩方面的原因：在提升機提升終端，提升機不能及時停止；當發生緊急狀況時，提升機安全制動無法及時發揮作用。使得其一旦發生故障，必然會影響礦井的生產效率，嚴重時甚至會造成人員傷亡。某礦的主提升機時常出現制動故障，通過對提升機液壓制動系統進行檢修發現造成事故的具體故障為：其一，提升機制動系統的液壓油站的制動力設置不合理導致制動時間過長；其二，液壓站的電液調壓裝置故障導致工作制動不穩定；其三，液壓油中含有雜質或管路流通不暢導致在進行緊急制動時，管路中的液壓油供應不足；其四，由于制動系統中的殘壓過高，導致盤形制動器的內部蝶簧無法展開或部分展開，造成制動力不足；其五，電磁閥出現卡閥故障，導致液壓油供應不足。

2 制動系統的改進措施

針對煤礦提升機制動系統容易出現的故障，對提升系統進行優化改進，以提高提升機制動系統的可靠性。

2.1 增設緊急卸壓回路

在液壓站與盤形制動器之間的油管A、B上均增設一個 22D-25H 型電磁閥（G7，G8），可在人工操作的條件下作為緊急制動的卸壓回路，并且卸壓回路中的二通閥具有帶電關斷、無電回流的功能。改進之后制動系統的液壓工作原理如圖1所示。

改造電磁閥控制回路。將原制動系統的備用回路改裝成卸壓回路。為保證其可靠性，采用獨立的UPS電源進行獨立供電，并加裝兩個交流接觸器（1JC，2JC）和時間繼電器（SJ），在總控制臺上設置緊急卸壓開關（AK）以實現人工控制緊急卸壓回路。由于采取的是獨立電源控制，所以電磁閥控制回路與原液制動系統的電氣控制回路相獨立。如圖2所示，為緊急卸壓回路電氣控制系統的原理圖。其工作原理如下：

圖1 改進之后的制動系統的液壓工作原理圖

1）回路正常工作狀態：閥 G3、G4、G5處于帶電狀態閥門吸合，關閉緊急卸壓開關AK，電磁閥G7、G8關閉，閥 G1、G2、G6斷電。液壓油分別經過 G3、G4供油到左、右盤形制動器，在液壓油的傳壓作用下完成緊閘或松閘動作實現制動功能；在需要進行緊急制動操作時，閥G3、G4均斷電，與A管連接的盤形制動器內的液壓油經過閥G5快速回流，完成一級制動，B管連接盤形制動器內余下的液壓油依次經過減壓閥6、單向閥9、蓄壓器8、溢流閥7卸壓，閥G5斷電延時、G6延時通電完成二級制動。在需要完成安全制動時，G5、G6均斷電，兩個盤形制動器內的液壓油完成快速回流。而在提升機正常工作時，電磁閥G7、G8不參與液壓油的控制，不會對提升機的其余功能造成影響。

2）當液壓站出現故障，例如控制閥出現卡閥時，提升機司機可以進行人工控制緊急卸壓回路，盤形制動器內的液壓油迅速進入卸壓回路實現提升機的迅速制動。具體工作原理為：當需要提升機在井筒中就完成緊急制動時，司機進行手動操作切斷緊急卸壓開關AK，交流繼電器1JC斷電，時間繼電器SJ斷電，同時安全回路開始工作，閥 G3、G4、G5斷電，盤形制動器流經A管通過G3、G8快速回流完成一級制動。另一個盤形制動器內的液壓油依次經過減壓閥6、單向閥9、蓄壓器8、溢流閥7實現卸壓，并且G5、G7延時斷電、G6延時通電完成二級制動。當需要在井口完成提升機緊急制動時，閥 G3、G4、G5、G6、G7和G8均被切斷電源，兩個盤形制動器內的液壓油快速流空完成提升機的制動。

2.2 改進元件裝置

為提高提升機制動系統的穩定性，對提升機的部分元件進行改進，具體改進如下：

1）采用調壓線性度高、跟隨性強、調壓穩定的電液比例溢流閥替換掉十字彈簧電液調壓裝置。

2）通過在提升系統的液壓回路中接入電接點壓力表來監控回路中的殘壓，一旦回路中的殘壓超過限定值時就會發出警報，提醒工作人員進行檢修，防止因殘壓過高造成的制動力減小。

3）將非接觸電磁閥閥芯監測傳感器安裝在液壓制動系統中的所有電磁閥中，以監測電磁閥的工作狀態，一旦電磁閥出現故障就會發出警報。

圖2 緊急卸壓回路電氣控制系統的原理圖

3 現場應用及改進建議

將該礦主提升機的液壓制動系統按設計進行改進。進行了為期一個月的工業試驗，在試驗期間僅發生一起電磁閥卡閥報警，由于處理及時，并未導致提升機制動事故的發生。因此，該改進提升了提升機制動系統的可靠性，確保了提升系統的安全性。但經過現場試驗，發現該系統仍有優化的空間。具體優化方案如下：

1）緊急卸壓回路在單獨控制時必須設有可靠的獨立電源。應將控制開關AK設置在提升機司機便于控制的位置；緊急卸壓回路中的電磁閥G7在井中制動時應設置成延時斷電，在接近井口時應設置成瞬時斷電；為保證制動系統中二級制動的效果不受影響，必須保證電磁閥G7的斷電延時設置在0.5 s；在緊急卸壓回路內的液壓油回油時，進行換向回路斷電，以防止出現提升機制動仍未斷電。

2）定期進行緊急卸壓回路可靠性測試。具體試驗步驟如下：提升機以2 m/s或2 m/s以下的速度進行空載運行，操控控制系統進行緊急卸壓操作，讀取油壓表的讀數，看油壓是否下降，二級制動系統的油壓是否延時降低以及制動器是否工作；在提升機靠近井口時，進行緊急制動操作，讀取系統油壓及二級制動管路油壓是否及時降低以及制動器是否工作。

3）定期對制動系統的電磁閥和油管進行清洗維護，在非必要條件下不啟用緊急卸壓制動操作。

4 結語

經過現場試驗，證明了增設緊急卸壓回路和增設電磁閥來控制回路以及對提升機部分元件的改進，有效避免了提升機事故的發生，可見制動系統的性能直接影響提升機的提升能力與安全性。