提升機制動性能的影響機理的研究

劉云庭

（山西鋪龍灣煤業有限公司， 山西 大同 037100）

引言

提升機作為煤礦綜采工作面生產的關鍵運輸設備，其主要承擔工作面物料、人員以及設備的運輸任務，擔負著礦井生產的重要任務，其可靠性和穩定性不僅決定著綜采工作面生產效率，還關系著作業人員的人身安全。在眾多影響因素中，提升機的制動性能是影響其可靠性和穩定性的關鍵性能。提升機工作的穩定性和可靠性，除了需及時監測其運行狀態外，還需根據其實際生產情況對制動系統進行優化，以達到精密控制的目的[1]。如，當提升系統遇到緊急情況時可基于性能優越的制動系統實現減速停車，進而避免事故的發生。因此，開展對影響提升機制動性能因素進行研究，為提升機制動性能的優化奠定基礎。

1 提升機提升系統組成

提升系統主要由液壓站和制動器兩部分組成，其中由液壓站為系統提供一定壓力的液壓油控制盤式制動器，實現了系統的制動過程[2]。當遇到突發情況時，系統實現緊急二級制動，進而避免發生安全事故。

1.1 提升機液壓系統

提升機液壓系統主要由油源部分、集油路裝置以及出油過濾裝置等組成。

其中，為保證提升機液壓油供給的穩定性為系統配置兩套可獨立工作的油源，采用一臺正常使用一臺備用的工作模式。此外，油源部分可通過調整裝置，根據控制需求對液壓油的壓力進行控制。

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的兩個管路提供液壓油。此外，集油路裝置中設有單向閥和截止閥，以實現提升絞車的調繩功能。

出油過濾裝置的主要目的是對液壓油進行過濾，避免系統被液壓油中的雜質堵塞，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。目前，應用于提升機系統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《煤炭安全規程》的相關規定，提升機系統的制動性能主要由響應時間、制動平穩性、制動力平衡性、同步性以及跟隨性等指標進行考核。

其中，對于相應時間要求而言要求在一級制動過程中，盤式制動器的響應時間不得超過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，要求系統在制動操作過程中制動力矩與實際最大載重量的比值不小于3。

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

經研究可知，影響提升機制動性能的關鍵因素包括有：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 提升機制動性能的影響機理的仿真分析

為精確獲取影響提升機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 軟件搭建提升機液壓系統的仿真模型，并對其關鍵影響因素的影響機理進行仿真分析。

3.1 仿真模型的搭建

盤式制動器作為提升機制動系統中液壓分系統的關鍵部件，其直接決定制動系統的可靠性和穩定性。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的液壓系統元件的關鍵參數如表2 所示。

表2 提升機制動系統液壓系統元件參數

3.2 影響機理仿真結果的分析

3.2.1 電磁換向閥閥口通流截面積的影響機理

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分析盤式制動器內油缸油壓的變化情況，仿真結果如圖3 所示。

圖3 不同閥口通流截面積制動器油缸內油壓變化情況

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制動系統的快速響應能力。

3.2.2 電磁換向閥固有頻率的影響機理

分別取制動系統液壓系統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油壓的變化情況。

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

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

4 結語

提升機作為綜采工作面的關鍵運輸設備，其制動性能直接決定提升機系統運行的穩定性和可靠性。液壓系統和盤式制動器作為提升機制動系統的關鍵部件，為滿足制動系統的響應特性、制動力平衡性能以及跟隨性能，需根據實際生產要求不斷優化其影響制動性能的因素。電磁換向閥作為液壓系統的關鍵零件，其閥口通流截面積和固有頻率為影響制動系統的主要因素。經仿真分析，可根據實際生產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。