提升機液壓盤形制動器的優化

張艷紅

（左權永興煤化有限責任公司， 山西 晉中 032600）

引言

采煤機、刮板輸送機、提升機等作為綜采工作面大型機電設備，各個設備的可靠性和穩定性將直接決定綜采工作面的產煤效率。提升機作為立井工作面的主要提升設備，其承擔著綜采工作面的煤炭、矸石以及設備等運輸任務[1]。提升機的可靠性在一定程度上受制于其制動器的性能。經統計表明，實際生產中70%提升機事故的發生均是由于制動器失效所導致的。盤式制動器作為提升機應用較為廣泛的制動器，其失效常導致提升機事故的發生。本文著重對提升機盤式制動器進行優化設計，旨在提升設備的可靠性和穩定性。

1 盤式制動器概述工作原理

液壓盤式制動器作為提升機制動系統的執行部件，其與其他氣動傳動的制動裝置相比較具有較高的可靠性和穩定性，且其結構緊湊，動作相對靈敏[2]。液壓盤式制動器的工作原理如圖1 所示。

圖1 盤式制動器工作原理示意圖

如圖1 所示，當提升系統處于制動狀態時，閘瓦在液壓油正壓力的作用下對制動盤施加壓力，此時液壓缸內的油壓達到最小值；當提升系統處于松閘狀態時，液壓缸內的油壓達到最大值。

2 盤式制動器失效原因

在實際生產中，由于盤式制動器失效會導致提升機滑動、墩罐、過卷或者斷繩事故的發生。經實踐表明，提升機盤式制動器失效的主要形式為不開閘和制動力矩不足等造成的。所謂不開閘指的是提升機在不工作時制動器能夠可靠地閘住提升機；制動力矩不足的是，提升機遇到緊急情況后或者減速階段不能在規定時間確保提升機安全停機[3]。

本文著重解決盤式制動器制動力矩不足的問題.經研究導致盤式制動器制動力矩不足的主要原因包括有正壓力不足、接觸面不足以及摩擦系數下降等。

1）導致正壓力不足的因素有：閘瓦間隙過大、制動器碟簧疲勞或者斷裂以及油缸或活塞被卡住導致碟簧被壓死。

2）導致摩擦系數下降的因素有：由于液壓油泄露使得盤式制動器制動盤被污染或閘瓦過熱所導致的。

3）導致接觸面不足的因素有：盤式制動器的相關零件的設計、制造不合理，制動器制動盤等零部件安裝時存在誤差。

經對提升機盤式制動器工作原理及失效原因的分析，可通過改進盤式制動器的結構、加強對盤式制動器實時工作狀態的監測以及加強相關管理措施等方面提升盤式制動器的制動性能。本文主要從改進盤式制動器的結構達到提升制動性能的目的。

3 盤式制動器的優化設計

3.1 可靠性要求

為保證優化后盤式制動器能夠達到提升制動性能的要求，要求優化后的盤式制動器滿足如下要求：

1）根據《煤礦安全規程》的相關規定，要求盤式制動器在靜態工況下的制動力矩大于提升機額定載荷的三倍；

2）根據《煤礦安全規程》的相關規定，要求其在制動過程中的減速度為1.5～5 m/s2。其中，要求提升重物過程中的制動減速度最大不能超過5 m/s2；要求下放重物過程中的制動最小減速度不能小于1.5 m/s2；

3）為提升盤式制動器的可靠性，可為提升機系統配置兩套盤式制動器系統。在正常工作中，每套盤式制動器各承擔50%的制動力矩；若其中一套發生故障，則由另一套全部承擔制動任務。

4）根據《煤礦安全規程》的相關規定，要求提升機盤式制動器的空動時間不超過0.3 s[4]。

3.2 改進設計

為提高盤式制動器的優化效率，鑒于有限元仿真分析手段耗時過長，本文采用盤式制動器近似模型的手段，以上述可靠性要求為約束條件對盤式制動器的關鍵參數進行優化設計。本文所優化的盤式制動器的參數及其范圍如表1 所示。

表1 盤式制動器優化參數 m

盤式制動器改進前后尺寸對比如表2 所示。

表2 盤式制動器優化前后尺寸對比 m

4 盤式制動器優化效果驗證

為驗證盤式制動器優化后能夠滿足實際生產的需求，本文將采用實驗的形式對其在工作狀態下的各種性能數值進行對比，分析其是否滿足安全要求。

主要對比的性能數值有：系統在不同控制壓力下，盤式制動器閘瓦的實際行程；系統在不同控制壓力下，盤式制動器的實際制動力矩[5]。

4.1 實驗平臺的搭建

以JKB-2.1.5P 單繩纏繞式提升機、ZDYB-1 型液壓站、優化后盤式制動器等關鍵分系統為基礎搭建實驗平臺，驗證盤式制動器是否能滿足實際生產的需求。

4.2 實驗步驟

1）盤式制動器在自由狀態下，通過調整比例溢流閥，使其供油壓力不斷增大，并在盤式制動器活塞開始運行后讀取對應的壓力數值；

2）將供油壓力增加至1.25 倍的設計油壓后（7.5 MPa），并保持此狀態10 min，觀察盤式制動器是否存在漏油現象；

3）將供油壓力調整為6.3 MPa，壓縮碟簧，通過調節閘瓦螺母使其靠近制動盤，并使其間距保持在1 mm，系統開始制動，測量在此情況下閘瓦的制動距離。

4.3 實驗結果

1）當活塞開始動作時所測得的實時壓力數值為0.26 MPa，小于《煤礦安全規程》規定的0.3 MPa，滿足實際要求。

2）將供油壓力增加至1.25 倍的設計油壓，并保持10 min 后，制動盤不存在漏油現象。

3）供油壓力為6.3 MPa 時，盤式制動器閘瓦的制動距離與設計制動距離的差值為設計制動距離的8%，小于《煤礦安全規程》規定的制動距離差值為設計制動距離10%的要求。

5 結語

盤式制動器的失效很大原因與其結構設計不合理相關。為此，采用近似模型的手段通過計算對盤式制動器制動盤外半徑以及閘瓦的長度、寬度等參數進行優化設計。實驗表明，優化的盤式制動器能夠滿足實際生產的需求。