提升機(jī)制動性能的影響機(jī)理的研究

劉云庭

（山西鋪龍灣煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037100）

引言

提升機(jī)作為煤礦綜采工作面生產(chǎn)的關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，其主要承擔(dān)工作面物料、人員以及設(shè)備的運(yùn)輸任務(wù)，擔(dān)負(fù)著礦井生產(chǎn)的重要任務(wù)，其可靠性和穩(wěn)定性不僅決定著綜采工作面生產(chǎn)效率，還關(guān)系著作業(yè)人員的人身安全。在眾多影響因素中，提升機(jī)的制動性能是影響其可靠性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵性能。提升機(jī)工作的穩(wěn)定性和可靠性，除了需及時(shí)監(jiān)測其運(yùn)行狀態(tài)外，還需根據(jù)其實(shí)際生產(chǎn)情況對制動系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到精密控制的目的[1]。如，當(dāng)提升系統(tǒng)遇到緊急情況時(shí)可基于性能優(yōu)越的制動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)減速停車，進(jìn)而避免事故的發(fā)生。因此，開展對影響提升機(jī)制動性能因素進(jìn)行研究，為提升機(jī)制動性能的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。

1 提升機(jī)提升系統(tǒng)組成

提升系統(tǒng)主要由液壓站和制動器兩部分組成，其中由液壓站為系統(tǒng)提供一定壓力的液壓油控制盤式制動器，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的制動過程[2]。當(dāng)遇到突發(fā)情況時(shí)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)緊急二級制動，進(jìn)而避免發(fā)生安全事故。

1.1 提升機(jī)液壓系統(tǒng)

提升機(jī)液壓系統(tǒng)主要由油源部分、集油路裝置以及出油過濾裝置等組成。

其中，為保證提升機(jī)液壓油供給的穩(wěn)定性為系統(tǒng)配置兩套可獨(dú)立工作的油源，采用一臺正常使用一臺備用的工作模式。此外，油源部分可通過調(diào)整裝置，根據(jù)控制需求對液壓油的壓力進(jìn)行控制。

集油路裝置主要由電磁換向閥、彈簧蓄能器以及溢流閥等組成，其主要功能是為系統(tǒng)的兩個(gè)管路提供液壓油。此外，集油路裝置中設(shè)有單向閥和截止閥，以實(shí)現(xiàn)提升絞車的調(diào)繩功能。

出油過濾裝置的主要目的是對液壓油進(jìn)行過濾，避免系統(tǒng)被液壓油中的雜質(zhì)堵塞，其主要包括有精過濾器和管件等部件。

1.2 盤式制動器

液壓盤式制動器作為提升機(jī)制動系統(tǒng)的執(zhí)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(wěn)定性，且其結(jié)構(gòu)緊湊，動作相對靈敏等[3]。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

如圖1 所示，當(dāng)提升系統(tǒng)處于制動狀態(tài)時(shí)，閘瓦在液壓油正壓力的作用下對制動盤施加壓力，此時(shí)液壓缸內(nèi)的油壓達(dá)到最小值；當(dāng)提升系統(tǒng)處于松閘狀態(tài)時(shí)，液壓缸內(nèi)的油壓達(dá)到最大值。目前，應(yīng)用于提升機(jī)系統(tǒng)中盤式制動器的材料屬性如表1 所示。

表1 盤式制動器材料屬性

2 制動性能及其影響因素的分析

根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，提升機(jī)系統(tǒng)的制動性能主要由響應(yīng)時(shí)間、制動平穩(wěn)性、制動力平衡性、同步性以及跟隨性等指標(biāo)進(jìn)行考核。

其中，對于相應(yīng)時(shí)間要求而言要求在一級制動過程中，盤式制動器的響應(yīng)時(shí)間不得超過0.3 s，且要求制動器和閘瓦之間的間隙小于2 mm[4]。

對于制動穩(wěn)定性而言，在一級制動過程中液壓站的壓力沖擊量不大于0.3 MPa；在二級制動過程中要求其液壓油壓力損失不超過最大壓力最大攻擊油壓的5%。

對于制動力平衡性而言，要求系統(tǒng)在制動操作過程中制動力矩與實(shí)際最大載重量的比值不小于3。

此外，要求制動系統(tǒng)的每付盤式制動器可同步運(yùn)行；且要求制動系統(tǒng)的正壓力是由溢流閥控制的，具有較好的跟隨性。

經(jīng)研究可知，影響提升機(jī)制動性能的關(guān)鍵因素包括有：彈簧蓄能器的彈簧剛度，液壓油中的空氣含量，液壓管路的長度，電磁換向閥閥口的通流截面積、固有頻率，制動油壓等[5]。

3 提升機(jī)制動性能的影響機(jī)理的仿真分析

為精確獲取影響提升機(jī)制動性能的因素具體是如何影響其制動效果的，本文基于AMESim 軟件搭建提升機(jī)液壓系統(tǒng)的仿真模型，并對其關(guān)鍵影響因素的影響機(jī)理進(jìn)行仿真分析。

3.1 仿真模型的搭建

盤式制動器作為提升機(jī)制動系統(tǒng)中液壓分系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其直接決定制動系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本文將著重介紹盤式制動器的模型的搭建，所搭建盤式制動器的仿真模型如圖2 所示。

圖2 盤式制動器仿真模型

與盤式制動器仿真模型相對應(yīng)的液壓系統(tǒng)元件的關(guān)鍵參數(shù)如表2 所示。

表2 提升機(jī)制動系統(tǒng)液壓系統(tǒng)元件參數(shù)

3.2 影響機(jī)理仿真結(jié)果的分析

3.2.1 電磁換向閥閥口通流截面積的影響機(jī)理

選取不同的電磁換向閥閥口的通流截面積，分別取電磁換向閥閥口的通流截面積為2 mm2、5 mm2、10 mm2以及20 mm2分析盤式制動器內(nèi)油缸油壓的變化情況，仿真結(jié)果如圖3 所示。

圖3 不同閥口通流截面積制動器油缸內(nèi)油壓變化情況

如圖3 所示，隨著電磁換向閥閥口通流截面積的增大，盤式制動器油缸的油壓降壓所需的時(shí)間縮短，即可通過增大電磁換向閥閥口通流截面積提升提升機(jī)制動系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力。

3.2.2 電磁換向閥固有頻率的影響機(jī)理

分別取制動系統(tǒng)液壓系統(tǒng)中電磁換向閥的固有頻率為10 Hz、20 Hz、40 Hz 以及60 Hz，分析盤式制動器油缸內(nèi)油壓的變化情況。

經(jīng)仿真可得，當(dāng)電磁換向閥的固有頻率分別為10 Hz 和20 Hz 時(shí)，盤式制動器的油壓均可下降至設(shè)定的油壓值；而當(dāng)電磁換向閥的固有頻率為40 Hz和60 Hz 時(shí)，盤式制動器油缸內(nèi)的油壓分別下降至2.3 MPa 和2.1 MPa。因此，可得出當(dāng)電磁換向閥閥口的固有頻率大于40 Hz 時(shí)，其制動保壓壓力不能夠滿足制動器的跟隨性的要求。

故，經(jīng)對電磁換向閥固有頻率影響機(jī)理的仿真分析后，為滿足制動系統(tǒng)的跟隨性能，要求電磁換向閥的固有頻率小于40 Hz。

4 結(jié)語

提升機(jī)作為綜采工作面的關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，其制動性能直接決定提升機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。液壓系統(tǒng)和盤式制動器作為提升機(jī)制動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，為滿足制動系統(tǒng)的響應(yīng)特性、制動力平衡性能以及跟隨性能，需根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)要求不斷優(yōu)化其影響制動性能的因素。電磁換向閥作為液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵零件，其閥口通流截面積和固有頻率為影響制動系統(tǒng)的主要因素。經(jīng)仿真分析，可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求盡可能地采用較大截面積和固有頻率小于40 Hz 的電磁換向閥。