礦井提升機(jī)液壓盤(pán)形制動(dòng)系統(tǒng)可靠性分析及監(jiān)測(cè)裝置探討

任軍

摘 要：在礦井提升機(jī)部件設(shè)置中，制動(dòng)器是保障礦井生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)最重要的設(shè)備之一。常見(jiàn)的液壓盤(pán)式制動(dòng)器有盤(pán)閘和塊閘兩個(gè)部分，它能產(chǎn)生制動(dòng)力矩直接作用于制動(dòng)輪、制動(dòng)盤(pán)直接作用于制動(dòng)輪或制動(dòng)盤(pán)。因此，通過(guò)對(duì)盤(pán)式制動(dòng)器的可靠性及檢測(cè)分析，能夠工業(yè)礦產(chǎn)研究做出一定幫助。

關(guān)鍵詞：盤(pán)形制動(dòng)系統(tǒng);可靠性;檢測(cè)分析

中圖分類號(hào)：TD534 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）02-0079-02

礦井提升機(jī)主要運(yùn)用在礦井提升系統(tǒng)在對(duì)井筒提升礦、矸石、煤炭、設(shè)備的沿提。同樣，它也要兼顧人員升降和設(shè)備、工具材料運(yùn)輸?shù)墓δ堋Ｗ鳛槁?lián)系礦井井下和地面主要提升運(yùn)輸工具，礦井提升機(jī)對(duì)礦井的生產(chǎn)有著重要的影響。為了保持提升機(jī)的安全運(yùn)營(yíng)，制動(dòng)裝置作為礦井提升機(jī)重要組成部分關(guān)聯(lián)著設(shè)備運(yùn)行的安全。為了保護(hù)設(shè)備運(yùn)輸?shù)陌踩院涂煽啃浴⑼晟谱詣?dòng)化流程、減少設(shè)備運(yùn)行頻率和維修量、增強(qiáng)提升機(jī)使用壽命。制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性的建設(shè)能夠做到隱患排查和風(fēng)險(xiǎn)的防微杜漸。可見(jiàn)，提升液壓盤(pán)形制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性對(duì)礦井生產(chǎn)意義重大。

1 對(duì)液壓盤(pán)形制動(dòng)系統(tǒng)可靠性分析

液壓盤(pán)形制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和常見(jiàn)的工業(yè)設(shè)備一樣，具有“固有可靠性”與“使用可靠性”的區(qū)分。

設(shè)備制造的設(shè)計(jì)原理和使用材料是影響固有可靠性的因素，受設(shè)計(jì)工藝的和材料的影響，這種盤(pán)形制動(dòng)系統(tǒng)從出廠便決定了自身性質(zhì)，不能進(jìn)行維修，很大程度上只能通過(guò)設(shè)備更換的方式達(dá)到使用維護(hù)要求。如特制的蝶型彈簧發(fā)生損壞直接對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)力矩造成影響，只有更換新的蝶型彈簧才能恢復(fù)制動(dòng)器原有可靠性。而因?yàn)椴牧腺|(zhì)量的原因閘瓦與閘盤(pán)之間的摩擦系數(shù)發(fā)生變化降低動(dòng)力矩效益，也只能通過(guò)更換才能維持原有狀態(tài)。可見(jiàn)，“固有可靠性”對(duì)于液壓盤(pán)形制動(dòng)系統(tǒng)有著重要的影響。

“使用可靠性”反應(yīng)的是制動(dòng)器在礦業(yè)工作時(shí)無(wú)法避免的因素，在日常實(shí)際運(yùn)行中，安裝、維護(hù)、操作等方面必然會(huì)對(duì)設(shè)備造成影響。而常見(jiàn)機(jī)械的老化、銹蝕、人為操作不當(dāng)也會(huì)影響“可靠性”。通過(guò)專業(yè)人員的維修和處理，“使用可靠性”能夠得到恢復(fù)和保障。如在礦井提升機(jī)中，經(jīng)過(guò)閘瓦的長(zhǎng)期磨損后會(huì)導(dǎo)致機(jī)械之間間隙變大。經(jīng)過(guò)人工精細(xì)化調(diào)整即可恢復(fù)原有可靠性。同時(shí)，一些液壓零件發(fā)展損耗或故障，人工及時(shí)維修和巡檢也能讓自動(dòng)器的可靠性達(dá)到需求標(biāo)準(zhǔn)。

綜上所述，固有可靠性和使用可靠性都會(huì)對(duì)制動(dòng)器造成影響。就生產(chǎn)原理和處理難易程度而言，固有可靠性會(huì)受到使用可靠性的限制，因此提升使用可靠性，能最大程度地提升制動(dòng)器的各項(xiàng)功能，維護(hù)設(shè)備的安全運(yùn)行。只有將制動(dòng)器的固有可靠性與使用可靠性功能串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，才能保障制動(dòng)器工作的可靠性。

2 對(duì)提升機(jī)液壓盤(pán)形制動(dòng)系統(tǒng)常見(jiàn)故障原理分析

2.1 盤(pán)形制動(dòng)系統(tǒng)故障原理分析

提升機(jī)液壓盤(pán)形制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜，內(nèi)部制動(dòng)器還涉及到液壓站、電控系統(tǒng)等系統(tǒng)和設(shè)備，針對(duì)常見(jiàn)的針對(duì)盤(pán)形制動(dòng)器原理，主要有以下失效分析：

當(dāng)制動(dòng)器失效時(shí)，故障原因可能是操作故障、電氣故障、制動(dòng)器故障。其中操作故障和電氣故障都能及時(shí)排除，制動(dòng)器故障影響較大，且因素較多。一方面可能是缺乏動(dòng)力如油壓不足、油量較低所致;另一方面和主要制動(dòng)力有關(guān)，如閘失效或液壓站出現(xiàn)故障等。常見(jiàn)的影響較大的現(xiàn)象如下：（1）制動(dòng)力矩的缺失導(dǎo)致了提升機(jī)在安全制動(dòng)或減速時(shí)候沒(méi)有足夠的動(dòng)力，從而發(fā)生事故。（2）液壓站自身發(fā)生故障不能實(shí)現(xiàn)開(kāi)閘任務(wù)導(dǎo)致制動(dòng)失效。以上分析了制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生原因和頻率，通過(guò)可靠性的定量分析，能夠?qū)崿F(xiàn)降低風(fēng)險(xiǎn)提升安全質(zhì)量的目的。

2.2 制動(dòng)器的故障產(chǎn)生模式分析

實(shí)際上，盤(pán)式制動(dòng)器的故障并不都會(huì)對(duì)設(shè)備造成重大損害，常見(jiàn)的故障大多是縮短設(shè)備壽命、妨礙操作流程。只有一些極為危險(xiǎn)的故障形式會(huì)對(duì)設(shè)備和礦井的安全造成影響，演變?yōu)槭鹿省？梢?jiàn)，對(duì)故障產(chǎn)生模式進(jìn)行分析，能夠?qū)χ苿?dòng)器產(chǎn)生的后果或者進(jìn)項(xiàng)進(jìn)行正確評(píng)估，降低成本，提供運(yùn)營(yíng)效率。

制動(dòng)的系統(tǒng)運(yùn)行是由①零件、②組件、③功能件三個(gè)部分組成。零件指的是無(wú)法被細(xì)化拆分的單個(gè)部件，不能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行功能;組件指的是如電液調(diào)壓、電磁閥等由于多個(gè)零件構(gòu)成能夠在系統(tǒng)中有特殊功能的各部件;功能件能夠?qū)崿F(xiàn)子系統(tǒng)的功能，是由多個(gè)零件組成，是制動(dòng)器的核心部件，如液壓站、控制臺(tái)。

通常情況下，微小的部件影響也會(huì)導(dǎo)致提升其制動(dòng)故障，影響著制動(dòng)器力矩和提升機(jī)速度，對(duì)礦井工作造成影響。當(dāng)然，功能件是造成制動(dòng)力矩最直觀的影響，核心運(yùn)行設(shè)備出現(xiàn)故障，對(duì)提升機(jī)的制動(dòng)能力進(jìn)行降級(jí)或受阻，這導(dǎo)致提升機(jī)因制動(dòng)力矩缺乏在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)無(wú)法啟動(dòng)，或在預(yù)定時(shí)間內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)制動(dòng)停車(chē)，直接威脅到提升機(jī)的安全使用。對(duì)此，一定要制動(dòng)器的故障產(chǎn)生重視，降低速度和力矩失衡帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)損失。

3 制動(dòng)器工作可靠性控制分析

3.1 工作可靠性控制

在傳統(tǒng)的提升機(jī)液壓盤(pán)形制動(dòng)系統(tǒng)中，僅僅液壓站動(dòng)力部分存在能儲(chǔ)備關(guān)系、多副盤(pán)形閘之間的制動(dòng)力矩則系統(tǒng)是并聯(lián)關(guān)系，制動(dòng)系統(tǒng)各個(gè)單位都是串聯(lián)關(guān)系。復(fù)雜的關(guān)系加大了制動(dòng)器控制工作可靠性的難度。對(duì)工作可靠性的控制主要分為現(xiàn)場(chǎng)和理論兩種形式。理論是基于計(jì)算式控制技術(shù)上對(duì)制動(dòng)器關(guān)鍵部分進(jìn)行可行性計(jì)算分析，不過(guò)計(jì)算結(jié)果具有一定的抽象性，僅為指導(dǎo)分析作用。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)控制而言，現(xiàn)場(chǎng)評(píng)定分析了提升機(jī)在實(shí)際操作中的壽命數(shù)據(jù)，將制動(dòng)機(jī)的制動(dòng)器的MTBF、λ和壽命分布都進(jìn)行了參數(shù)估計(jì)，可見(jiàn)，現(xiàn)場(chǎng)雖然程序復(fù)雜但是操作簡(jiǎn)單，適用范圍廣。

3.2 制動(dòng)器維護(hù)可靠性控制

通過(guò)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，通過(guò)定期的維護(hù)巡檢能夠讓制動(dòng)器在正常情況下排除隱患為提升機(jī)發(fā)揮應(yīng)有的功能。一些經(jīng)久失修不加保養(yǎng)的機(jī)器往往藏匿著使用風(fēng)險(xiǎn)和故障隱患。對(duì)此，為對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行可靠性的維護(hù)對(duì)礦工也有著重要的影響。

常見(jiàn)的維護(hù)控制離不開(kāi)以下三個(gè)方面的維護(hù)：①閘盤(pán)污染可靠性控制、②設(shè)備簡(jiǎn)體調(diào)整如：閘瓦與閘盤(pán)之間的間隙調(diào)整;③液壓站的控制。

閘盤(pán)污染可靠性是閘盤(pán)與閘瓦摩擦制動(dòng)力矩的一個(gè)體現(xiàn)，對(duì)殘壓可靠性的控制能夠保障殘壓值不超過(guò)規(guī)定范圍，讓其保持提升機(jī)正常運(yùn)作。由于設(shè)備在設(shè)計(jì)和制造時(shí)對(duì)閘盤(pán)、閘瓦的污染都給予了高度重視，因此認(rèn)人為導(dǎo)致的污染故障發(fā)生概率較低。同時(shí)，閘瓦存在間隙也會(huì)造成制動(dòng)閘不同步、油缸阻力相關(guān)的問(wèn)題。事實(shí)上，這很大程度是由于貼閘油壓的離散程度和同步貼閘造成的，當(dāng)貼閘油壓數(shù)量大且密集，對(duì)應(yīng)的可靠性就高;貼閘油壓數(shù)量低且松散，對(duì)應(yīng)的可靠性就降低。對(duì)于液壓站控制而言，液壓系統(tǒng)的故障和電液閥調(diào)整、液閥彈簧的抗疲勞程度有很大關(guān)聯(lián)。可見(jiàn)，閘盤(pán)污染可靠性、貼閘和閘瓦之間間隙調(diào)整、液壓站控制都會(huì)影響制動(dòng)器的可靠性，以上三個(gè)部分嚴(yán)重影響著制動(dòng)器的穩(wěn)定發(fā)揮。

4 提高液壓盤(pán)形制動(dòng)系統(tǒng)可靠度的方法

礦井提升機(jī)液壓盤(pán)形制動(dòng)系統(tǒng)的安全可靠性主要通過(guò)兩種方式進(jìn)行處理。一是進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，將盤(pán)式制動(dòng)器的各個(gè)部件從零件到關(guān)鍵部件都進(jìn)行自上而下的計(jì)算。相關(guān)技術(shù)人員根據(jù)以往運(yùn)行維修難度經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理分析對(duì)當(dāng)前的控制器進(jìn)行維修和保護(hù)。可靠性設(shè)計(jì)利用了可靠性分配原則，通過(guò)從制動(dòng)系統(tǒng)中的子系統(tǒng)再到零部件進(jìn)行精細(xì)化的分析，從元部件的各個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)升級(jí)。實(shí)現(xiàn)維護(hù)和修理，維護(hù)每個(gè)系統(tǒng)的可靠性，從而保證制定系統(tǒng)的各個(gè)零件和程序都保障最佳狀態(tài)。

從以上兩種方式而言可見(jiàn)，部件和材料是影響制動(dòng)系統(tǒng)可靠性的重要因素。但是，在保證維護(hù)制動(dòng)器自身質(zhì)量、材料結(jié)構(gòu)、優(yōu)化設(shè)計(jì)的同時(shí)，要想提高制動(dòng)系統(tǒng)的安全可靠性，還需要為設(shè)備配置更多的保護(hù)裝置：如常見(jiàn)的油壓保護(hù)、閘間隙和閘磨損保護(hù)、油位保護(hù)、油壓保護(hù)、卡缸監(jiān)測(cè)保護(hù)、彈簧疲勞保護(hù)、油溫保護(hù)等。在實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)器保護(hù)的同時(shí)，通過(guò)對(duì)這些保護(hù)裝置安置傳感器，還能有效預(yù)防制度故障和安全事故的發(fā)展。常見(jiàn)的方式是借助雙PLC電控系統(tǒng)和后備保護(hù)裝置。不過(guò)，一些微敏感的部件如閘間間隙、彈簧鋼度等還不能實(shí)現(xiàn)故障信號(hào)的預(yù)警。

同樣，隨著我國(guó)工業(yè)科技的發(fā)展，智能安全控制體系的建設(shè)和故障診斷技術(shù)也為制動(dòng)系統(tǒng)的安全性提供了保障。先進(jìn)的制動(dòng)器結(jié)構(gòu)、部件、零件大范圍在制定系統(tǒng)實(shí)踐。能夠保障相關(guān)操作人員對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障分析，這也全面提升了盤(pán)形制動(dòng)系的可靠性。

5 提升機(jī)液壓盤(pán)形制動(dòng)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)

制動(dòng)器在運(yùn)行時(shí)，液壓產(chǎn)液或污染導(dǎo)致電磁閥卡槽都會(huì)影響制動(dòng)器的正常操作。這種問(wèn)題往往出現(xiàn)在制動(dòng)器或者液壓傳動(dòng)裝置自身，在運(yùn)行時(shí)候都會(huì)對(duì)提升機(jī)使用安全性造成不可測(cè)的后果。可見(jiàn)，對(duì)制動(dòng)器設(shè)備進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)，全面控制運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于制動(dòng)器的可靠性建設(shè)十分重要。

檢測(cè)技術(shù)作為進(jìn)一步提升制動(dòng)器和液壓傳動(dòng)裝置二者可靠性的工具。常見(jiàn)的監(jiān)控方式如下：

（1）PBM監(jiān)測(cè)方法：這種方法能夠及時(shí)是被彈簧的裂斷失效、液壓機(jī)產(chǎn)壓值分析、閘瓦磨損程度分析、油缸運(yùn)行狀態(tài)分析等。通過(guò)PBM和液壓站、制動(dòng)閥的聯(lián)合檢測(cè)，能夠?qū)Ξa(chǎn)生的動(dòng)力矩、間隙、摩擦程度進(jìn)行同步分析和實(shí)時(shí)輸出。

（2）補(bǔ)償增壓裝置：這種裝置能夠監(jiān)測(cè)時(shí)候?qū)崿F(xiàn)補(bǔ)、減力矩和速度的作用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)器工作可靠性的保障。在進(jìn)行提升機(jī)器操作時(shí)候，通過(guò)該裝置的利用，能夠?yàn)樽詣?dòng)機(jī)補(bǔ)償自動(dòng)機(jī)的動(dòng)力矩，加強(qiáng)制動(dòng)力，降低意外風(fēng)險(xiǎn)。從而保證提升機(jī)安全可靠。

6 結(jié)語(yǔ)

液壓盤(pán)形制動(dòng)系統(tǒng)作為提升機(jī)重要的組成部分，其可靠性關(guān)系到礦井的安全生產(chǎn)，對(duì)煤礦的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)有著重要的影響。因此，建議煤礦企業(yè)加大對(duì)液壓盤(pán)形制動(dòng)裝置進(jìn)行可靠性的研究，進(jìn)一步提升本煤礦的安全生產(chǎn)。

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