立井摩擦式提升機(jī)傳動(dòng)和制動(dòng)失效分析與預(yù)防*

牛軍軍

（義煤集團(tuán)新安縣云頂煤業(yè)有限公司，河南 洛陽471800）

0 引言

隨著深井大型礦山開采的增多，摩擦式提升機(jī)的應(yīng)用越來越廣。提升機(jī)在整個(gè)礦山生產(chǎn)中占有重要地位，其運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性不僅僅影響礦山的生產(chǎn)，還直接涉及人員的生命安全[1]。提升機(jī)傳動(dòng)與制動(dòng)系統(tǒng)是保證提升機(jī)安全運(yùn)行的最核心部分，是實(shí)現(xiàn)提升機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、減速停車以及在各種故障情況下執(zhí)行緊急制動(dòng)、安全停車的保證[2]。

1 摩擦提升機(jī)傳動(dòng)與制動(dòng)形式

摩擦提升機(jī)是利用電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，依靠鋼絲繩與摩擦襯墊之間的摩擦力來實(shí)現(xiàn)重物的提升與下放[3]。摩擦提升機(jī)的傳動(dòng)方式主要有兩種：一種是電動(dòng)機(jī)通過減速器驅(qū)動(dòng)摩擦輪；另一種是直聯(lián)結(jié)構(gòu)，提升機(jī)主軸與電機(jī)轉(zhuǎn)子相連，電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)摩擦輪，如圖1所示。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，提升設(shè)備傳動(dòng)鏈中配備有各種機(jī)械與電器保護(hù)，使其可靠性越來越高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，摩擦式提升傳動(dòng)失效主要集中為“打滑”即提升鋼絲繩和摩擦輪產(chǎn)生了整體相對(duì)滑動(dòng)[4]。

目前，絕大多數(shù)礦井提升機(jī)采用液壓站+盤形制動(dòng)器制動(dòng)，如圖2所示。其主要優(yōu)點(diǎn)有:結(jié)構(gòu)緊湊,慣性小,動(dòng)作快,靈敏度高；操作方便,通用性強(qiáng)，制動(dòng)力矩可調(diào)性好，安裝維護(hù)方便；特別是每臺(tái)設(shè)備同時(shí)使用多對(duì)制動(dòng)器,如果出現(xiàn)某一個(gè)失靈，也僅僅影響很小部分的制動(dòng)力矩，故可靠性高[5]。不同規(guī)格設(shè)備，根據(jù)其實(shí)際最大靜張力差來進(jìn)行制動(dòng)器對(duì)數(shù)的選取。制動(dòng)失效主要表現(xiàn)為“跑車”，會(huì)對(duì)提升系統(tǒng)造成極其嚴(yán)重的危害。

圖1 摩擦提升機(jī)傳動(dòng)形式

圖2 液壓制動(dòng)系統(tǒng)

2 傳動(dòng)失效分析與預(yù)防

摩擦式提升機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程主要經(jīng)歷的工況有：重物提升加速階段、勻速段及減速段；重物下放加速階段、勻速段及減速段；及空載運(yùn)行加速階段、勻速段及減速段等。其中，重物提升加速、減速段和重物下放減速段是最容易產(chǎn)生鋼絲繩滑動(dòng)失效，其防滑系數(shù)計(jì)算方法如下。

重物上提加速段防滑系數(shù)

重物上提減速段防滑系數(shù)

重物下放減速段防滑系數(shù)

式中：Ts為重載側(cè)鋼絲繩張力N；Tj為輕載側(cè)鋼絲繩張力N；m1為摩擦輪重載側(cè)變位質(zhì)量kg；m2為摩擦輪輕載側(cè)變位質(zhì)量kg；u為摩擦襯墊摩擦系數(shù)；a為鋼絲繩在摩擦輪上的圍包角；a1為實(shí)際上提運(yùn)行是加速度m/s2；a2為實(shí)際上提運(yùn)行時(shí)減速度m/s2；a3為實(shí)際下放運(yùn)行時(shí)減速度m/s2；為提升系統(tǒng)動(dòng)防滑設(shè)計(jì)系數(shù)，《煤炭設(shè)計(jì)規(guī)范》取1.25。從公式（1）、（2）和（3）中可以看出，當(dāng)提升系統(tǒng)選型確定后，影響防滑系數(shù)的參數(shù)只剩襯墊摩擦系數(shù)及鋼絲繩在摩擦輪上的圍包角。

預(yù)防打滑的主要措施有：①采用高摩襯墊，當(dāng)前使用進(jìn)口材質(zhì)國內(nèi)壓制的襯墊實(shí)驗(yàn)?zāi)Σ料禂?shù)都超過0.28，有的甚至超過了0.3。②增加鋼絲繩在摩擦輪上的圍包角，考慮對(duì)鋼絲繩壽命與摩擦輪應(yīng)力的影響，可將圍包角提高到190°-195°[6]。③保持鋼絲繩的清潔，特別是落地式摩擦提升機(jī)在鋼絲繩結(jié)有冰雪時(shí)，應(yīng)該先慢速空載運(yùn)行半小時(shí)，待鋼絲繩冰水脫落后，再正常提升。④在鋼絲繩安全系數(shù)和襯墊比壓能夠滿足的情況下，增加容器的自身重量；該方法的缺點(diǎn)就是增大了系統(tǒng)慣量，能耗會(huì)有所提高。⑤采用容器+平衡錘提升方式，平衡錘的重量設(shè)置為容器重量+有效提升量/2；該方法缺點(diǎn)就是比雙容器提升的效率大大降低了。

3 制動(dòng)失效分析與預(yù)防

提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)主要由液壓站和盤形制動(dòng)器裝置組成。制動(dòng)系統(tǒng)的失效就包括了液壓站故障引起的失效和盤形制動(dòng)器故障引起失效。本文暫不考慮液壓站的影響，故將盤形制動(dòng)器裝置從制動(dòng)系統(tǒng)分離出來，作為一個(gè)單一系統(tǒng)進(jìn)行分析研究。按照《煤安規(guī)程》要求制動(dòng)力矩不得小于提升設(shè)備靜力矩的3倍.

1）設(shè)備靜力矩計(jì)算。

2）制動(dòng)力矩計(jì)算。

根據(jù)規(guī)程要求，制動(dòng)力矩必須滿足：

式中：Fj為提升機(jī)的最大靜張力差，N；Dm為摩擦輪名義直徑，m；n為制動(dòng)器頭個(gè)數(shù)；k為蝶形彈簧剛度，N/m；為蝶形彈簧與壓縮量，m；F0為制動(dòng)器活塞運(yùn)動(dòng)阻力，N；Pc為制動(dòng)器油缸的殘壓，Pa；A為油缸橫截面積，m2；f為閘瓦的摩擦輪；Rm為摩擦制動(dòng)半徑，m。從公式（4）、（5）和（6）可知，要確保有足夠的制動(dòng)力矩，必須保證制動(dòng)器的對(duì)數(shù)、閘瓦摩擦力和碟簧剛度等足夠，盡可能降低活塞阻力和油缸的殘壓。

預(yù)防制動(dòng)失效的主要措施有：①必須按照規(guī)程的要求，布置足夠的制動(dòng)器對(duì)數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)一般按不小于靜力矩的3.25倍進(jìn)行選取；如果系統(tǒng)慣量較大時(shí)，倍數(shù)會(huì)進(jìn)一步加大。②選擇質(zhì)量可靠的閘瓦，確保摩擦系數(shù)符合要求。此外，還嚴(yán)格控制制動(dòng)過程的閘瓦溫度。當(dāng)閘瓦溫度超過80度時(shí)，摩擦系數(shù)會(huì)極具下降，給制動(dòng)系統(tǒng)帶巨大危害。③經(jīng)常檢測閘瓦間隙并及時(shí)調(diào)整，一般要求其值≤2mm。使用過程中由于閘瓦磨損，其間隙將會(huì)變大，碟形彈簧預(yù)壓量將隨著閘瓦間隙的增大而減小，制動(dòng)力也隨之減小[7]。④保護(hù)制動(dòng)盤的清潔，防止油污等雜質(zhì)飛濺到制動(dòng)盤，降低其與閘瓦之間的摩擦系數(shù)。⑤控制制動(dòng)器油缸的殘壓。盤形制動(dòng)器是依靠油壓松閘和蝶形彈簧力制動(dòng)，殘壓的增大將使制動(dòng)力矩降低。

4 結(jié) 語

在礦井提升系統(tǒng)中，摩擦襯墊與鋼絲繩之間的摩擦力是其傳動(dòng)的核心，而盤形制動(dòng)器也是液壓制動(dòng)系統(tǒng)的核心。分析兩者主要失效原因，并建立相應(yīng)的措施，對(duì)進(jìn)一步提高提升機(jī)安全運(yùn)行起到一定的作用。提升機(jī)的運(yùn)行關(guān)乎到礦工的生命安全，解決其傳動(dòng)和制動(dòng)系統(tǒng)中存在的問題具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。