不同参数对矿井提升机二级制动性能的影响

王永锋

（阳煤寺家庄有限责任公司， 山西 昔阳 045300）

引言

综采工作面机械设备主要包括有采煤机、输送机、液压支架、提升机等，各个设备均有其各自的功能和作用。其中，提升机的主要功能是提升物料、人员以及设备等，其作为工作面的关键运输设备，在实际生产中常出现过放、过卷以及制动故障等事故，严重威胁着综采工作面作业人员的人身安全和煤矿生产效率[1]。经统计表明，在实际生产中提升机60%以上的故障均是由制动系统的故障引起的。因此，可从提升机的制动性能着手提升提升机的安全性和可靠性。

1 提升机制动系统原理与结构

在实际生产中遇到突发、紧急情况时需对设备进行二级紧急制动[2]。目前，应用于二级紧急制动系统的类型为液压制动系统，由液压系统和制动器组成。

1.1 液压系统液压原理

提升机制动系统中的液压系统主要由供油部分、出油部分以及集油路部分组成。制动系统中的液压系统原理图如图1 所示。

根据提升机的实际工况，液压系统可满足提升机正常运行、紧急制动以及手动运行三种工作方式。

1.2 制动器结构

二级制动系统所采用的制动器为盘式制动器[3]。盘式制动器的结构如图2 所示。

盘式制动器区别于其他电动、气动制动器，在实际工作中可由多付盘式制动器同时工作，当其中一

付制动器失效或者出现故障时，不会影响到整个系统的制动效果。因此，盘式制动器具有可靠性高、结构简单等特点。

图1 二级制动系统液压原理图

图2 盘式制动器结构示意图

2 影响提升机二级制动系统制动性能的因素

提升机的制动过程相对复杂，其制动力是依靠弹簧和液压系统的共同作用，推动闸瓦挤压制动盘产生制动力，在减速过程中有多种因素影响其二级制动性能[4]。经研究可知，影响提升机制动系统二级制动性能的因素包括有以下几方面：

1）弹簧蓄能器的弹簧刚度。弹簧蓄能器的弹簧刚度能够减缓当系统需紧急制动时对系统造成的冲击，从而提升系统的稳定性。因此，蓄能器弹簧刚度选型对系统的制动性能尤为重要。

2）空气含量。所谓空气含量指的是提升机液压系统中乳化液中混入空气的含量。经研究表明，当乳化液中混入1%的空气时，乳化液的弹性模型将会降低到原来的50%。

3）液压管路的长度。液压系统与盘式制动器之间是通过液压管路连接起来的。管路越长在实际工作中的压力损失越严重，从而导致制动系统响应速度的制动效果不满足生产需求。

4）电磁换向阀阀口通流截面积和固有频率。电磁换向阀阀口通流截面积主要影响系统在卸压过程时的流量，进而影响二级制动系统的响应速度；电磁换向阀的固有频率影响电磁换向阀的响应速度，从而影响二级制动系统的油压值。

除此之外，影响二级制动系统制动性能的因素还包括有：制动盘偏摆、端面跳动以及摩擦热等[5]。

3 制动系统制动性能的仿真分析

3.1 仿真模型的搭建

本文着重对基于盘式制动器制动系统的制动性能进行仿真分析。本文所搭建盘式制动器的仿真模型的参数如表1 所示。

表1 盘式制动器关键参数

基于上述盘式制动器的关键参数及主要液压元件的参数建立如图3 所示的制动系统仿真模型。

3.2 仿真结果及分析

仿真过程：制动系统分别为一级制动和二级制动，各包括有保压阶段和全制动阶段。系统在仿真时间为2 s 时开始二级制动操作，保压时长为3 s，即5 s后系统油压降为0 开始全面制动阶段。

3.2.1 弹簧刚度对二级制动性能的影响

本文分别对弹簧刚度为10 000 N/m、300 000 N/m、500 000 N/m 以及800 000 N/m 时系统的制动性能进行仿真分析。在不同弹簧刚度下，油缸内油压仿真结果如图4 所示。

图3 制动系统液压仿真模型

图4 不同弹簧刚度下油缸油压及制动力的仿真结果

分析图4 可知：当蓄能器弹簧刚度为100 000 N/m、300 000 N/m 时系统内油缸的压力无法达到保压阶段2.5 MPa 的要求；而且，随弹簧刚度的增加，二级制动完成降压的时间越短，即系统的响应速度越快。

3.2.2 液压管路对二级制动性能的影响

液压管路包括有液压管路的长度和内径。本文分别对不同液压管路长度和内径情况下的二级制动性能进行仿真分析。其中，液压管路长度分别为1 m、3 m、5 m、8 m 液压管路内径分别为9 mm、18 mm、28 mm 以及38 mm。

分析下页图5 可知：随着液压管路长度的增加，系统制动所需的时间也相对增加，主要由于随着管路长度的增加，管路的沿程阻力较大，使得液压系统的反应较慢，从而导致制动器的动作较慢，产生的正压力也相对较小，最终导致制动时间延长。随着管路内径的增大，当内径小于18 mm 时，卷筒角速度的变化不大；而当管路内径大于18 mm 时，随着管路的增加，制动时间明显延长。因此，可通过适当调整液压管路的长度和内径，确保其响应特性满足实际生产的需求。

4 结语

提升机作为综采工作面的关键运输设备，承担着综采工作面作业人员、设备及其物料的运输任务。为了提升提升机的可靠性和稳定性，可通过提升其制动性能方面着手改进。在实际生产中，液压制动系统中液压元件的参数是影响其制动性能的关键。因此，需准确把握不同参数对提升机制动系统二级制动性能的影响，为改进提升机制动系统的二级制动性能提供可靠的理论基础。

图5 不同液压管路二级油压的变化情况