提升机液压盘形制动器的优化

张艳红

（左权永兴煤化有限责任公司， 山西 晋中 032600）

引言

采煤机、刮板输送机、提升机等作为综采工作面大型机电设备，各个设备的可靠性和稳定性将直接决定综采工作面的产煤效率。提升机作为立井工作面的主要提升设备，其承担着综采工作面的煤炭、矸石以及设备等运输任务[1]。提升机的可靠性在一定程度上受制于其制动器的性能。经统计表明，实际生产中70%提升机事故的发生均是由于制动器失效所导致的。盘式制动器作为提升机应用较为广泛的制动器，其失效常导致提升机事故的发生。本文着重对提升机盘式制动器进行优化设计，旨在提升设备的可靠性和稳定性。

1 盘式制动器概述工作原理

液压盘式制动器作为提升机制动系统的执行部件，其与其他气动传动的制动装置相比较具有较高的可靠性和稳定性，且其结构紧凑，动作相对灵敏[2]。液压盘式制动器的工作原理如图1 所示。

图1 盘式制动器工作原理示意图

如图1 所示，当提升系统处于制动状态时，闸瓦在液压油正压力的作用下对制动盘施加压力，此时液压缸内的油压达到最小值；当提升系统处于松闸状态时，液压缸内的油压达到最大值。

2 盘式制动器失效原因

在实际生产中，由于盘式制动器失效会导致提升机滑动、墩罐、过卷或者断绳事故的发生。经实践表明，提升机盘式制动器失效的主要形式为不开闸和制动力矩不足等造成的。所谓不开闸指的是提升机在不工作时制动器能够可靠地闸住提升机；制动力矩不足的是，提升机遇到紧急情况后或者减速阶段不能在规定时间确保提升机安全停机[3]。

本文着重解决盘式制动器制动力矩不足的问题.经研究导致盘式制动器制动力矩不足的主要原因包括有正压力不足、接触面不足以及摩擦系数下降等。

1）导致正压力不足的因素有：闸瓦间隙过大、制动器碟簧疲劳或者断裂以及油缸或活塞被卡住导致碟簧被压死。

2）导致摩擦系数下降的因素有：由于液压油泄露使得盘式制动器制动盘被污染或闸瓦过热所导致的。

3）导致接触面不足的因素有：盘式制动器的相关零件的设计、制造不合理，制动器制动盘等零部件安装时存在误差。

经对提升机盘式制动器工作原理及失效原因的分析，可通过改进盘式制动器的结构、加强对盘式制动器实时工作状态的监测以及加强相关管理措施等方面提升盘式制动器的制动性能。本文主要从改进盘式制动器的结构达到提升制动性能的目的。

3 盘式制动器的优化设计

3.1 可靠性要求

为保证优化后盘式制动器能够达到提升制动性能的要求，要求优化后的盘式制动器满足如下要求：

1）根据《煤矿安全规程》的相关规定，要求盘式制动器在静态工况下的制动力矩大于提升机额定载荷的三倍；

2）根据《煤矿安全规程》的相关规定，要求其在制动过程中的减速度为1.5～5 m/s2。其中，要求提升重物过程中的制动减速度最大不能超过5 m/s2；要求下放重物过程中的制动最小减速度不能小于1.5 m/s2；

3）为提升盘式制动器的可靠性，可为提升机系统配置两套盘式制动器系统。在正常工作中，每套盘式制动器各承担50%的制动力矩；若其中一套发生故障，则由另一套全部承担制动任务。

4）根据《煤矿安全规程》的相关规定，要求提升机盘式制动器的空动时间不超过0.3 s[4]。

3.2 改进设计

为提高盘式制动器的优化效率，鉴于有限元仿真分析手段耗时过长，本文采用盘式制动器近似模型的手段，以上述可靠性要求为约束条件对盘式制动器的关键参数进行优化设计。本文所优化的盘式制动器的参数及其范围如表1 所示。

表1 盘式制动器优化参数 m

盘式制动器改进前后尺寸对比如表2 所示。

表2 盘式制动器优化前后尺寸对比 m

4 盘式制动器优化效果验证

为验证盘式制动器优化后能够满足实际生产的需求，本文将采用实验的形式对其在工作状态下的各种性能数值进行对比，分析其是否满足安全要求。

主要对比的性能数值有：系统在不同控制压力下，盘式制动器闸瓦的实际行程；系统在不同控制压力下，盘式制动器的实际制动力矩[5]。

4.1 实验平台的搭建

以JKB-2.1.5P 单绳缠绕式提升机、ZDYB-1 型液压站、优化后盘式制动器等关键分系统为基础搭建实验平台，验证盘式制动器是否能满足实际生产的需求。

4.2 实验步骤

1）盘式制动器在自由状态下，通过调整比例溢流阀，使其供油压力不断增大，并在盘式制动器活塞开始运行后读取对应的压力数值；

2）将供油压力增加至1.25 倍的设计油压后（7.5 MPa），并保持此状态10 min，观察盘式制动器是否存在漏油现象；

3）将供油压力调整为6.3 MPa，压缩碟簧，通过调节闸瓦螺母使其靠近制动盘，并使其间距保持在1 mm，系统开始制动，测量在此情况下闸瓦的制动距离。

4.3 实验结果

1）当活塞开始动作时所测得的实时压力数值为0.26 MPa，小于《煤矿安全规程》规定的0.3 MPa，满足实际要求。

2）将供油压力增加至1.25 倍的设计油压，并保持10 min 后，制动盘不存在漏油现象。

3）供油压力为6.3 MPa 时，盘式制动器闸瓦的制动距离与设计制动距离的差值为设计制动距离的8%，小于《煤矿安全规程》规定的制动距离差值为设计制动距离10%的要求。

5 结语

盘式制动器的失效很大原因与其结构设计不合理相关。为此，采用近似模型的手段通过计算对盘式制动器制动盘外半径以及闸瓦的长度、宽度等参数进行优化设计。实验表明，优化的盘式制动器能够满足实际生产的需求。