提升机制动性能的影响机理的研究

刘云庭

（山西铺龙湾煤业有限公司， 山西 大同 037100）

引言

提升机作为煤矿综采工作面生产的关键运输设备，其主要承担工作面物料、人员以及设备的运输任务，担负着矿井生产的重要任务，其可靠性和稳定性不仅决定着综采工作面生产效率，还关系着作业人员的人身安全。在众多影响因素中，提升机的制动性能是影响其可靠性和稳定性的关键性能。提升机工作的稳定性和可靠性，除了需及时监测其运行状态外，还需根据其实际生产情况对制动系统进行优化，以达到精密控制的目的[1]。如，当提升系统遇到紧急情况时可基于性能优越的制动系统实现减速停车，进而避免事故的发生。因此，开展对影响提升机制动性能因素进行研究，为提升机制动性能的优化奠定基础。

1 提升机提升系统组成

提升系统主要由液压站和制动器两部分组成，其中由液压站为系统提供一定压力的液压油控制盘式制动器，实现了系统的制动过程[2]。当遇到突发情况时，系统实现紧急二级制动，进而避免发生安全事故。

1.1 提升机液压系统

提升机液压系统主要由油源部分、集油路装置以及出油过滤装置等组成。

其中，为保证提升机液压油供给的稳定性为系统配置两套可独立工作的油源，采用一台正常使用一台备用的工作模式。此外，油源部分可通过调整装置，根据控制需求对液压油的压力进行控制。

集油路装置主要由电磁换向阀、弹簧蓄能器以及溢流阀等组成，其主要功能是为系统的两个管路提供液压油。此外，集油路装置中设有单向阀和截止阀，以实现提升绞车的调绳功能。

出油过滤装置的主要目的是对液压油进行过滤，避免系统被液压油中的杂质堵塞，其主要包括有精过滤器和管件等部件。

1.2 盘式制动器

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，动作相对灵敏等[3]。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

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。目前，应用于提升机系统中盘式制动器的材料属性如表1 所示。

表1 盘式制动器材料属性

2 制动性能及其影响因素的分析

根据《煤炭安全规程》的相关规定，提升机系统的制动性能主要由响应时间、制动平稳性、制动力平衡性、同步性以及跟随性等指标进行考核。

其中，对于相应时间要求而言要求在一级制动过程中，盘式制动器的响应时间不得超过0.3 s，且要求制动器和闸瓦之间的间隙小于2 mm[4]。

对于制动稳定性而言，在一级制动过程中液压站的压力冲击量不大于0.3 MPa；在二级制动过程中要求其液压油压力损失不超过最大压力最大攻击油压的5%。

对于制动力平衡性而言，要求系统在制动操作过程中制动力矩与实际最大载重量的比值不小于3。

此外，要求制动系统的每付盘式制动器可同步运行；且要求制动系统的正压力是由溢流阀控制的，具有较好的跟随性。

经研究可知，影响提升机制动性能的关键因素包括有：弹簧蓄能器的弹簧刚度，液压油中的空气含量，液压管路的长度，电磁换向阀阀口的通流截面积、固有频率，制动油压等[5]。

3 提升机制动性能的影响机理的仿真分析

为精确获取影响提升机制动性能的因素具体是如何影响其制动效果的，本文基于AMESim 软件搭建提升机液压系统的仿真模型，并对其关键影响因素的影响机理进行仿真分析。

3.1 仿真模型的搭建

盘式制动器作为提升机制动系统中液压分系统的关键部件，其直接决定制动系统的可靠性和稳定性。本文将着重介绍盘式制动器的模型的搭建，所搭建盘式制动器的仿真模型如图2 所示。

图2 盘式制动器仿真模型

与盘式制动器仿真模型相对应的液压系统元件的关键参数如表2 所示。

表2 提升机制动系统液压系统元件参数

3.2 影响机理仿真结果的分析

3.2.1 电磁换向阀阀口通流截面积的影响机理

选取不同的电磁换向阀阀口的通流截面积，分别取电磁换向阀阀口的通流截面积为2 mm2、5 mm2、10 mm2以及20 mm2分析盘式制动器内油缸油压的变化情况，仿真结果如图3 所示。

图3 不同阀口通流截面积制动器油缸内油压变化情况

如图3 所示，随着电磁换向阀阀口通流截面积的增大，盘式制动器油缸的油压降压所需的时间缩短，即可通过增大电磁换向阀阀口通流截面积提升提升机制动系统的快速响应能力。

3.2.2 电磁换向阀固有频率的影响机理

分别取制动系统液压系统中电磁换向阀的固有频率为10 Hz、20 Hz、40 Hz 以及60 Hz，分析盘式制动器油缸内油压的变化情况。

经仿真可得，当电磁换向阀的固有频率分别为10 Hz 和20 Hz 时，盘式制动器的油压均可下降至设定的油压值；而当电磁换向阀的固有频率为40 Hz和60 Hz 时，盘式制动器油缸内的油压分别下降至2.3 MPa 和2.1 MPa。因此，可得出当电磁换向阀阀口的固有频率大于40 Hz 时，其制动保压压力不能够满足制动器的跟随性的要求。

故，经对电磁换向阀固有频率影响机理的仿真分析后，为满足制动系统的跟随性能，要求电磁换向阀的固有频率小于40 Hz。

4 结语

提升机作为综采工作面的关键运输设备，其制动性能直接决定提升机系统运行的稳定性和可靠性。液压系统和盘式制动器作为提升机制动系统的关键部件，为满足制动系统的响应特性、制动力平衡性能以及跟随性能，需根据实际生产要求不断优化其影响制动性能的因素。电磁换向阀作为液压系统的关键零件，其阀口通流截面积和固有频率为影响制动系统的主要因素。经仿真分析，可根据实际生产需求尽可能地采用较大截面积和固有频率小于40 Hz 的电磁换向阀。