不同參數對礦井提升機二級制動性能的影響

王永鋒

（陽煤寺家莊有限責任公司， 山西 昔陽 045300）

引言

綜采工作面機械設備主要包括有采煤機、輸送機、液壓支架、提升機等，各個設備均有其各自的功能和作用。其中，提升機的主要功能是提升物料、人員以及設備等，其作為工作面的關鍵運輸設備，在實際生產中常出現過放、過卷以及制動故障等事故，嚴重威脅著綜采工作面作業人員的人身安全和煤礦生產效率[1]。經統計表明，在實際生產中提升機60%以上的故障均是由制動系統的故障引起的。因此，可從提升機的制動性能著手提升提升機的安全性和可靠性。

1 提升機制動系統原理與結構

在實際生產中遇到突發、緊急情況時需對設備進行二級緊急制動[2]。目前，應用于二級緊急制動系統的類型為液壓制動系統，由液壓系統和制動器組成。

1.1 液壓系統液壓原理

提升機制動系統中的液壓系統主要由供油部分、出油部分以及集油路部分組成。制動系統中的液壓系統原理圖如圖1 所示。

根據提升機的實際工況，液壓系統可滿足提升機正常運行、緊急制動以及手動運行三種工作方式。

1.2 制動器結構

二級制動系統所采用的制動器為盤式制動器[3]。盤式制動器的結構如圖2 所示。

盤式制動器區別于其他電動、氣動制動器，在實際工作中可由多付盤式制動器同時工作，當其中一

付制動器失效或者出現故障時，不會影響到整個系統的制動效果。因此，盤式制動器具有可靠性高、結構簡單等特點。

圖1 二級制動系統液壓原理圖

圖2 盤式制動器結構示意圖

2 影響提升機二級制動系統制動性能的因素

提升機的制動過程相對復雜，其制動力是依靠彈簧和液壓系統的共同作用，推動閘瓦擠壓制動盤產生制動力，在減速過程中有多種因素影響其二級制動性能[4]。經研究可知，影響提升機制動系統二級制動性能的因素包括有以下幾方面：

1）彈簧蓄能器的彈簧剛度。彈簧蓄能器的彈簧剛度能夠減緩當系統需緊急制動時對系統造成的沖擊，從而提升系統的穩定性。因此，蓄能器彈簧剛度選型對系統的制動性能尤為重要。

2）空氣含量。所謂空氣含量指的是提升機液壓系統中乳化液中混入空氣的含量。經研究表明，當乳化液中混入1%的空氣時，乳化液的彈性模型將會降低到原來的50%。

3）液壓管路的長度。液壓系統與盤式制動器之間是通過液壓管路連接起來的。管路越長在實際工作中的壓力損失越嚴重，從而導致制動系統響應速度的制動效果不滿足生產需求。

4）電磁換向閥閥口通流截面積和固有頻率。電磁換向閥閥口通流截面積主要影響系統在卸壓過程時的流量，進而影響二級制動系統的響應速度；電磁換向閥的固有頻率影響電磁換向閥的響應速度，從而影響二級制動系統的油壓值。

除此之外，影響二級制動系統制動性能的因素還包括有：制動盤偏擺、端面跳動以及摩擦熱等[5]。

3 制動系統制動性能的仿真分析

3.1 仿真模型的搭建

本文著重對基于盤式制動器制動系統的制動性能進行仿真分析。本文所搭建盤式制動器的仿真模型的參數如表1 所示。

表1 盤式制動器關鍵參數

基于上述盤式制動器的關鍵參數及主要液壓元件的參數建立如圖3 所示的制動系統仿真模型。

3.2 仿真結果及分析

仿真過程：制動系統分別為一級制動和二級制動，各包括有保壓階段和全制動階段。系統在仿真時間為2 s 時開始二級制動操作，保壓時長為3 s，即5 s后系統油壓降為0 開始全面制動階段。

3.2.1 彈簧剛度對二級制動性能的影響

本文分別對彈簧剛度為10 000 N/m、300 000 N/m、500 000 N/m 以及800 000 N/m 時系統的制動性能進行仿真分析。在不同彈簧剛度下，油缸內油壓仿真結果如圖4 所示。

圖3 制動系統液壓仿真模型

圖4 不同彈簧剛度下油缸油壓及制動力的仿真結果

分析圖4 可知：當蓄能器彈簧剛度為100 000 N/m、300 000 N/m 時系統內油缸的壓力無法達到保壓階段2.5 MPa 的要求；而且，隨彈簧剛度的增加，二級制動完成降壓的時間越短，即系統的響應速度越快。

3.2.2 液壓管路對二級制動性能的影響

液壓管路包括有液壓管路的長度和內徑。本文分別對不同液壓管路長度和內徑情況下的二級制動性能進行仿真分析。其中，液壓管路長度分別為1 m、3 m、5 m、8 m 液壓管路內徑分別為9 mm、18 mm、28 mm 以及38 mm。

分析下頁圖5 可知：隨著液壓管路長度的增加，系統制動所需的時間也相對增加，主要由于隨著管路長度的增加，管路的沿程阻力較大，使得液壓系統的反應較慢，從而導致制動器的動作較慢，產生的正壓力也相對較小，最終導致制動時間延長。隨著管路內徑的增大，當內徑小于18 mm 時，卷筒角速度的變化不大；而當管路內徑大于18 mm 時，隨著管路的增加，制動時間明顯延長。因此，可通過適當調整液壓管路的長度和內徑，確保其響應特性滿足實際生產的需求。

4 結語

提升機作為綜采工作面的關鍵運輸設備，承擔著綜采工作面作業人員、設備及其物料的運輸任務。為了提升提升機的可靠性和穩定性，可通過提升其制動性能方面著手改進。在實際生產中，液壓制動系統中液壓元件的參數是影響其制動性能的關鍵。因此，需準確把握不同參數對提升機制動系統二級制動性能的影響，為改進提升機制動系統的二級制動性能提供可靠的理論基礎。

圖5 不同液壓管路二級油壓的變化情況