電力液壓塊式制動(dòng)器在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用

劉坤良，徐永福，劉同欣，高志康

1洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽(yáng) 471039

2礦山重型裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽(yáng) 471039

多繩摩擦式提升機(jī)根據(jù)傳動(dòng)形式帶減速器分為Ⅰ型和Ⅱ型，其中Ⅰ型為單電動(dòng)機(jī)帶減速器傳動(dòng)，Ⅱ型為雙電動(dòng)機(jī)帶減速器傳動(dòng)。Ⅱ型多繩摩擦式提升機(jī)由于自身結(jié)構(gòu)原因，已逐漸退出市場(chǎng)，偶爾會(huì)有改造項(xiàng)目[1]。筆者以Ⅰ型多繩摩擦式提升機(jī)為例，對(duì)其傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

1 Ⅰ型多繩摩擦式提升機(jī)

Ⅰ型多繩摩擦式提升機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。其由主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力經(jīng)彈性棒銷聯(lián)軸器、行星齒輪減速器、齒輪聯(lián)軸器傳遞到提升機(jī)主軸，主軸裝置帶動(dòng)鋼絲繩上下運(yùn)動(dòng)，提升/下放礦石或人員。

圖1 Ⅰ型多繩摩擦式提升機(jī)的結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of I-typed multi-rope friction hoist

提升機(jī)在工作制動(dòng)和安全制動(dòng)時(shí)，盤形制動(dòng)器利用壓縮的碟簧產(chǎn)生作用在制動(dòng)盤工作面上的正壓力，通過(guò)閘瓦與制動(dòng)盤之間的摩擦力進(jìn)行抱閘制動(dòng)。為了使制動(dòng)盤不產(chǎn)生附加變形以及主軸不承受軸向附加力，盤形制動(dòng)器成對(duì)布置在制動(dòng)盤兩側(cè)。

提升機(jī)啟動(dòng)時(shí)，盤形制動(dòng)器靠油壓進(jìn)行松閘。提升機(jī)制動(dòng)時(shí)，考慮到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子沖擊慣量較大，為了減少對(duì)行星齒輪減速器齒面的沖擊，在彈性棒銷聯(lián)軸器處配置了電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器，吸收機(jī)械能并在摩擦副表面轉(zhuǎn)化成熱能向周圍散發(fā)，對(duì)減速器起保護(hù)作用，輔助制動(dòng)。

2 電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器

2.1 傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器

傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器安裝在提升機(jī)主電動(dòng)機(jī)與行星減速器高速軸之間的彈性棒銷聯(lián)軸器下方，主要由支架、液壓缸、活塞桿、螺母、彈簧、閘體、閘瓦等零部件組成，如圖 2 所示。當(dāng)提升機(jī)工作制動(dòng)或安全制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)器閘瓦抱在彈性棒銷聯(lián)軸器的外套上，吸收電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的沖擊慣量，減小對(duì)行星齒輪減速器齒面的沖擊，對(duì)減速器起保護(hù)作用。

圖2 傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of traditional motor brake

傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器安裝時(shí)，需與提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)液壓管路中的主管路相連。當(dāng)提升機(jī)主電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，油路系統(tǒng)油壓升高，液壓缸中活塞桿下移壓縮彈簧，閘體和閘瓦垂直向下移動(dòng)，直至脫離彈性棒銷聯(lián)軸器外套，實(shí)現(xiàn)松閘；當(dāng)提升機(jī)工作制動(dòng)或安全制動(dòng)時(shí)，油路系統(tǒng)油壓下降，液壓缸中活塞桿在彈簧的作用下上移，閘體和閘瓦垂直向上移動(dòng)，抱住彈性棒銷聯(lián)軸器外套，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)抱閘。無(wú)論是工作制動(dòng)還是安全制動(dòng)，傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器均與提升機(jī)盤形制動(dòng)器同步動(dòng)作。

傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器的制動(dòng)方式為垂直移動(dòng)式，對(duì)彈性棒銷聯(lián)軸器外套作用力F的方向如圖 2 所示。由于提升機(jī)的工況為連續(xù)頻繁正反轉(zhuǎn)，傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器也連續(xù)頻繁對(duì)彈性棒銷聯(lián)軸器外套施加單側(cè)垂直力，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)造成減速器輸入端的油封失效，出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，如圖 3 所示。這也是傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器自身結(jié)構(gòu)的原因，無(wú)法避免。

圖3 傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用Fig.3 Field application of traditional motor brake

2.2 電力液壓塊式制動(dòng)器

電力液壓塊式制動(dòng)器安裝在提升機(jī)主電動(dòng)機(jī)與行星減速器高速軸之間的彈性棒銷聯(lián)軸器的左右兩側(cè)，主要由推動(dòng)器、三角杠桿、制動(dòng)拉桿、制動(dòng)彈簧、力矩調(diào)整螺母、制動(dòng)臂、制動(dòng)瓦、均等杠桿等組成，如圖 4 所示。

圖4 電力液壓塊式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of electro-hydraulic blocked brake

電力液壓塊式制動(dòng)器安裝時(shí)，需要與提升機(jī)主控系統(tǒng)對(duì)接。當(dāng)提升機(jī)主電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，推動(dòng)器通電（見(jiàn)圖 5），推動(dòng)器中的電動(dòng)機(jī)通電后帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生油壓，活塞和活塞桿在油壓的作用下向上運(yùn)動(dòng)，活塞桿伸出至額定行程位置，利用三角杠桿迫使制動(dòng)拉桿左移，進(jìn)一步壓縮制動(dòng)彈簧，通過(guò)制動(dòng)臂帶動(dòng)制動(dòng)瓦塊脫離彈性棒銷聯(lián)軸器，實(shí)現(xiàn)松閘；當(dāng)提升機(jī)工作制動(dòng)或安全制動(dòng)時(shí)，推動(dòng)器斷電，推動(dòng)器中的電動(dòng)機(jī)斷電后葉輪停止旋轉(zhuǎn)，油壓消失，活塞桿縮回至初始位置，在壓縮的制動(dòng)彈簧作用下，通過(guò)制動(dòng)臂帶動(dòng)制動(dòng)瓦塊左右兩側(cè)同時(shí)抱住彈性棒銷聯(lián)軸器外套，實(shí)現(xiàn)抱閘。由于正壓力左右對(duì)稱，不會(huì)造成行星減速器高速軸側(cè)油封失效，更好地保護(hù)減速器[2]。

圖5 推動(dòng)器的結(jié)構(gòu)Fig.5 Structure of impeller

2.3 兩者的對(duì)比分析

傳統(tǒng)式電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器與電力液壓塊式制動(dòng)器的對(duì)比如表 1 所列。

表1 2 種電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器的對(duì)比Tab.1 Comparison of two kinds of motor brake

由表 1 可知，電力液壓塊式制動(dòng)器支持設(shè)定制動(dòng)力矩，抱閘響應(yīng)速度快，對(duì)彈性棒銷聯(lián)軸器無(wú)側(cè)向力，對(duì)減速器輸入軸端油封無(wú)損壞，同時(shí)價(jià)格低廉，可靠性較高，維護(hù)方便，多項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器。在新設(shè)計(jì)的Ⅰ型礦井提升機(jī)或老設(shè)備改造項(xiàng)目中，電力液壓式制動(dòng)器均已得到廣泛應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)如圖6 所示。

圖6 電力液壓塊式制動(dòng)器的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用Fig.6 Field application of electro-hydraulic blocked brake

3 電力液壓塊式制動(dòng)器的安裝調(diào)試

電力液壓塊式制動(dòng)器的推動(dòng)器盡量安裝在背離主控操作臺(tái)側(cè)，安裝符合 GB 6333—1986《電力液壓塊式制動(dòng)器》和 JB 6406.2—1992《電力液壓塊式制動(dòng)器技術(shù)條件》要求[3]。電力液壓塊式制動(dòng)器的調(diào)試主要包括制動(dòng)力矩的調(diào)整、瓦塊退距（推動(dòng)器補(bǔ)償行程）的調(diào)整和瓦塊退距均等的調(diào)整。

3.1 制動(dòng)力矩的調(diào)整

制動(dòng)器額定制動(dòng)力矩在出廠時(shí)已經(jīng)標(biāo)注，現(xiàn)場(chǎng)可以根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)定在額定制動(dòng)力矩和 1/2 額定制動(dòng)力矩之間，也可以通過(guò)彈簧座示值線查看力矩大小，如圖 7 所示。Ⅰ型礦井提升機(jī)現(xiàn)多采用變頻器驅(qū)動(dòng)主電動(dòng)機(jī)，變頻器可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)減速至零速懸停，由變頻器零速信號(hào)控制推動(dòng)器電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)零速抱閘動(dòng)作。制動(dòng)力矩可以調(diào)整至額定力矩的 95%，以提高抱閘可靠性，減少對(duì)行星減速器齒面的沖擊。

圖7 制動(dòng)力矩的調(diào)整Fig.7 Control of braking torque

3.2 瓦塊退距 (推動(dòng)器補(bǔ)償行程) 調(diào)整

瓦塊退距與推動(dòng)器工作行程成正比關(guān)系：工作行程（h）=推動(dòng)器額定行程（H）-推動(dòng)器補(bǔ)償行程（hb）。推動(dòng)器補(bǔ)償行程必須在推動(dòng)器行程指示標(biāo)尺所示區(qū)域（見(jiàn)圖 8），否則有失去制動(dòng)力矩的風(fēng)險(xiǎn)。

圖8 瓦塊退距的調(diào)整Fig.8 Control of bush withdrawal

調(diào)整方法如下：

（1）單獨(dú)給推動(dòng)器通電打開制動(dòng)器；

（2）擰松兩側(cè)防松螺母，再逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)制動(dòng)拉桿后閉合制動(dòng)器；

（3）觀察并測(cè)量此時(shí)推動(dòng)器的補(bǔ)償行程hb，嚴(yán)格對(duì)照說(shuō)明書，如滿足規(guī)定，則停止調(diào)整，反之則重復(fù)以上步驟，直至符合要求。

3.3 瓦塊退距均等的調(diào)整

通電打開制動(dòng)器，觀察閘瓦與彈性棒銷聯(lián)軸器外套的間隙，如發(fā)現(xiàn)兩側(cè)不均等，則需進(jìn)行調(diào)整。

調(diào)整方法如下：

（1）調(diào)松間隙較小一側(cè)的鎖緊螺母 1 和鎖緊螺母2，如圖 9 所示；

圖9 瓦塊退距均等的調(diào)整Fig.9 Control of identical bush withdrawal

（2）順時(shí)針旋轉(zhuǎn)連接螺栓，使其下落，觀察兩側(cè)間隙均等后停止旋轉(zhuǎn)；

（3）將鎖緊螺母鎖緊。

4 結(jié)語(yǔ)

帶減速器的礦井提升機(jī)采用電力液壓塊式制動(dòng)器代替?zhèn)鹘y(tǒng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器，使得彈性棒銷聯(lián)軸器的制動(dòng)方式由單側(cè)垂直制動(dòng)改為水平左右雙側(cè)對(duì)稱制動(dòng)，消除了對(duì)彈性棒銷聯(lián)軸器的單側(cè)不平衡力，解決了因單側(cè)推力導(dǎo)致的減速器輸入軸端油封失效漏油現(xiàn)象。從成本、維護(hù)及可靠性分析，電力液壓塊式制動(dòng)器優(yōu)于傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器，并已廣泛應(yīng)用于中信重工Ⅰ型礦井提升機(jī)產(chǎn)品上；對(duì)老舊提升機(jī)設(shè)備改造時(shí)，可參考此種制動(dòng)器。