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淺談礦井提升機盤形制動器的故障及預(yù)防對策

發(fā)布時間：

2024-05-07

來源：

淺談礦井提升機盤形制動器的故障及預(yù)防對策

淺談礦井提升機盤形制動器的故障及預(yù)防對策

原創(chuàng) 王衛(wèi)鋒，張宏 礦山機械雜志 2024-05-06 16:57 河南

導(dǎo)讀

 

針對礦井提升機盤形制動器的常見故障，通過對盤形制動器工作原理的分析，總結(jié)導(dǎo)致其故障的主要原因，列舉了預(yù)防盤形制動器故障的相應(yīng)對策，并對典型案例進行分析，給出了解決方案，可為今后盤形制動器的日常維護和故障處理提供參考。

礦井提升機主要用于煤礦、金屬礦與非金屬礦提升、下放人員、材料和設(shè)備等，它是聯(lián)系井上和井下的重要交通運輸工具，是礦山的咽喉設(shè)備。

盤形制動器作為礦井提升機安全制動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其工作可靠性直接關(guān)系著礦井提升機的安全性能，影響著礦山的安全生產(chǎn)，盤形制動器一旦發(fā)生故障，輕則影響生產(chǎn)進度，重則導(dǎo)致惡性事故的發(fā)生。常見的盤形制動器故障主要表現(xiàn)為剎不住車或敞不開閘，導(dǎo)致其故障的原因多種多樣。筆者從盤形制動器工作原理的角度分析產(chǎn)生故障的原因，提出相應(yīng)的預(yù)防對策及今后的維護措施，并列舉典型案例進行分析。

1　盤形制動器的工作原理

目前大多數(shù)新型礦井提升機的制動系統(tǒng)都使用盤形制動器，與塊式制動器相比，盤形制動器具有結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏、質(zhì)量輕和散熱快等特點。

如圖1所示，F(xiàn)1為油壓力，F2為彈簧預(yù)壓縮力。顯而易見，盤形制動器是靠油壓力 F1松閘，彈簧預(yù)壓縮力 F2制動來實現(xiàn)其功能的。

油壓力

式中：p 為工作油壓，Pa；A 為盤形制動器中的液壓缸面積，m2。

彈簧預(yù)壓縮力

式中：K 為碟簧的剛度，N/m；Δ0為油壓力 p=0 時碟簧的預(yù)壓縮量，m。

圖1　盤形制動器工作原理

1. 制動盤　2. 閘瓦　3. 液壓缸　4. 活塞　5. 碟形彈簧

當油壓力 p=0 時，即 F1=0，閘瓦與制動盤之間的間隙 Δ=0，此時為全制動狀態(tài)。

由于存在活塞運動阻力和工作殘壓的作用，使得全制動狀態(tài)下盤形制動器輸出的正壓力

式中：C 為盤形制動器中活塞的運動阻力，N；p0為液壓系統(tǒng)中的殘壓，Pa。

當油壓力 p 增大到某一值 pn時，閘瓦脫離制動盤，閘瓦與制動盤之間的間隙 Δ> 0，兩者之間無正壓力存在，此時制動器處于完全松閘狀態(tài)。

此時滿足

其中

將式 (1) 和式 (5) 代入式 (4)，可得完全松閘狀態(tài)下

式中：F2′為油壓力 p=pn時碟簧的壓縮力，N；Δ′為油壓力　p=pn時碟簧的壓縮量，m。

盤形制動器的制動力矩是靠閘瓦沿軸向從兩側(cè)壓向制動盤而產(chǎn)生的，其計算公式為

式中：μ 為摩擦因數(shù)；R 為制動半徑，m；n 為閘瓦個數(shù)。

2　盤形制動器的常見故障類型及其制動失效原因

盤形制動器的大部分故障都是不能按照規(guī)定完成制動任務(wù)，或者制動效果達不到規(guī)定要求。通常盤形制動器的故障主要分為制動失效和松閘失效 2大類。

2.1　盤形制動器制動失效

盤形制動器制動失效，其主要原因是制動力矩不足。由式 (7) 可以看出，影響制動力矩的主要因素有以下 2 個。

(1) 制動器輸出的正壓力 FN不足　由式 (3) 可以看出，造成制動器輸出的正壓力不足的主要因素有：① 由于碟形彈簧反復(fù)拉伸和壓縮出現(xiàn)疲勞或斷裂，造成碟簧剛度 K 不足，導(dǎo)致正壓力 FN不足；②制動盤偏擺過大或閘瓦過度磨損，造成閘瓦與制動盤之間的間隙 Δ 過大，全制動時碟簧預(yù)壓縮量Δ0減小，導(dǎo)致輸出的正壓力 FN不足；③ 活塞密封圈老化、液壓油污染等造成活塞運動阻力 C 增大，導(dǎo)致正壓力FN不足；④ 油質(zhì)污染或油路堵塞造成制動系統(tǒng)殘壓p0過大，導(dǎo)致制動器輸出正壓力 FN不足；⑤ 聯(lián)接襯板筒體和活塞的大螺栓出現(xiàn)松動，使得碟簧預(yù)壓縮量Δ0減小，導(dǎo)致產(chǎn)生的正壓力 FN不足。

(2) 閘瓦與制動盤之間的摩擦因數(shù) μ 降低根據(jù)相關(guān)文獻資料及現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)可知，造成摩擦因數(shù) μ 降低的主要因素有：① 制動盤或閘瓦表面被油污污染，主要原因是制動器液壓缸漏油，油管開焊、接頭松動漏油以及液壓缸內(nèi)活塞密封圈老化造成的漏油；② 閘瓦接觸面發(fā)生變形，主要是由于工作溫度過高導(dǎo)致閘瓦過熱而燒流或變焦，從而影響摩擦因數(shù)μ；③ 摩擦因數(shù)的大小與物體的運動速度有關(guān)，當提升機高速運行時，會導(dǎo)致摩擦因數(shù)　μ 降低。

2.2　盤形制動器松閘失效

由式 (6) 可以看出，造成制動器松閘失效的主要因素有：

(1) 液壓站油壓 p 不足，不足以克服彈簧力 F2' 和活塞運動阻力 C；

(2) 液壓缸配合過緊或卡缸造成活塞運動阻力 C劇烈增大，使制動器油壓力 F1無法克服運動阻力 C而敞不開閘。

3　預(yù)防對策

對設(shè)備進行維護保養(yǎng)，就是要通過設(shè)備運行過程中出現(xiàn)的蛛絲馬跡，在故障未出現(xiàn)前通過科學(xué)合理的維護，將故障消除在萌芽狀態(tài)。通過分析盤形制動器常見故障類型及原因，筆者提出日常維護過程中預(yù)防盤形制動器失靈的措施如下：

(1) 按照《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》的規(guī)定，定期檢測工作制動和安全制動的工作性能，驗算其制動力矩，并測定安全制動的速度。

(2) 盤形制動器的制動盤兩側(cè)不應(yīng)有油污，每班至少檢查一次，發(fā)現(xiàn)油污應(yīng)及時停車處理，以免影響閘瓦和制動盤之間的摩擦因數(shù)。

(3) 在提升機正常運轉(zhuǎn)時，若出現(xiàn)制動器液壓缸漏油的情況，應(yīng)及時更換密封圈。

(4) 在下放重物的過程中應(yīng)投入動力制動，不能單單依靠制動盤制動，否則會使閘瓦發(fā)熱，易造成閘瓦熱變形，降低閘瓦摩擦因數(shù)而影響制動力。

(5) 閘間隙保持在 1 mm 左右且應(yīng)不大于 2 mm。對于未裝設(shè)閘間隙保護裝置的老設(shè)備應(yīng)及時配置，當閘間隙超過規(guī)定值時，應(yīng)能自動報警或自動斷電。閘間隙調(diào)整完畢后必須將定位螺栓鎖緊。

(6) 每半年過濾一次液壓油，保證油質(zhì)清潔；每年應(yīng)對液壓站進行一次徹底清洗；每班檢查一次液壓油的油量，保證油量充足。

(7) 碟形彈簧的使用時間不應(yīng)超出國家標準的規(guī)定，一般動作次數(shù)超過 50 萬次應(yīng)予以更換。

(8) 裝設(shè)制動盤偏擺自動檢測裝置，在檢測到制動盤偏擺量大于 1 mm 時，應(yīng)采用火焰法或車削法重新校正制動盤，使其偏擺量≤1 mm，滿足規(guī)程的相關(guān)要求。

(9) 定期檢測制動器的空動時間，對空動時間大于 0.3 s 的要立即進行檢修。為安全起見，應(yīng)每半年檢測一次。檢修時，一要清除各部件表面銹跡，二要檢查碟形彈簧表面是否有裂紋和變形，三要檢查液壓缸磨損情況，發(fā)現(xiàn)異常立即更換。

(10) 根據(jù)提升機的工作量，定期檢查閘瓦剩余厚度，小于 6 mm 時應(yīng)立即更換。

對于達到使用年限或長期維護后仍然不能正常工作的盤形制動器裝置，應(yīng)及時對其進行整體改造，更換全新的制動系統(tǒng)以滿足規(guī)程的各方面要求，保障礦井提升機的安全運行。

4　典型案例分析

4.1　事故過程

2016 年 1 月，安徽某銅礦發(fā)生墜罐事故。事故現(xiàn)場的設(shè)備為 JKM-2.25X4PI 型多繩摩擦式提升機，設(shè)備提升的物料距離井口 5 m 時，提升容器發(fā)生下滑，司機發(fā)現(xiàn)后立即進行緊急制動，緊急制動失效，重載側(cè)提升容器繼續(xù)下滑，墜落至井筒底部，最終導(dǎo)致鋼絲繩罐道、首繩、尾繩和 2 個提升容器均遭到破壞。事故造成巨大損失，嚴重影響了礦方的生產(chǎn)進度。

4.2　現(xiàn)場觀測

現(xiàn)場觀察到，在制動盤上沿圓周分布有油污污染的痕跡，如圖2所示。拆掉在用的盤形制動器后，發(fā)現(xiàn)所有閘瓦磨損嚴重，且各個閘瓦磨損不均勻，甚至個別閘瓦已經(jīng)斷裂，如圖3所示。還發(fā)現(xiàn)制動器內(nèi)部聯(lián)接襯板筒體和活塞的大螺栓出現(xiàn)松動，碟形彈簧組中有個別碟簧斷裂，活塞處的密封圈也已經(jīng)老化破損。

圖2　現(xiàn)場被污染的制動盤

圖3　現(xiàn)場斷裂的閘瓦

經(jīng)專業(yè)部門到事故現(xiàn)場進行檢測，該提升機配置4 對 TP1-63 制動器頭，輸出正壓力分別為 5、15、15、20 kN；現(xiàn)場檢測制動盤偏擺量達到 3 mm，大大超出規(guī)程要求的 1 mm；液壓站最高油壓為 3.3 MPa；全制動時液壓系統(tǒng)殘壓達到 1 MPa。

4.3　事故原因

根據(jù)現(xiàn)場觀測情況可知，造成該事故的主要原因是盤形制動器制動失效。

(1) 碟形彈簧由于疲勞或斷裂造成剛度 K 不足，致使彈簧預(yù)壓縮力 F2減??；聯(lián)接襯板筒體和活塞的大螺栓松動，使碟簧的預(yù)壓縮量 Δ0減小，致使彈簧預(yù)壓縮力 F2減??；液壓系統(tǒng)殘壓 p0過大，致使工作腔壓力 p0A 增大；密封圈老化破損，造成活塞運動阻力 C 增大。所以由式 (2)、(3) 可知，全制動狀態(tài)下盤形制動器輸出的正壓力 FN大大減小。

(2) 由于活塞密封圈老化導(dǎo)致制動器頭漏油，油污污染了制動盤，導(dǎo)致閘瓦與制動盤之間的摩擦因數(shù)μ 降低。

(3) 制動盤偏擺量過大，致使各個閘瓦磨損程度不均，制動時閘瓦與制動盤貼合面積過小，導(dǎo)致閘瓦受力不均衡而出現(xiàn)斷裂，造成閘瓦與制動盤之間的接觸面發(fā)生變形，進一步導(dǎo)致兩者之間的摩擦因數(shù) μ 減小。

由式 (7) 可知，上述各因素最終導(dǎo)致制動力矩 M嚴重不足，緊急制動無法使其停車，最終導(dǎo)致墜罐事故的發(fā)生。

4.4　解決方案

(1) 通過火焰法或車削法校正制動盤，使其偏擺量 ≤1 mm，以滿足規(guī)程要求；

(2) 更換制動器頭中所有碟形彈簧、密封圈組件和制動閘瓦；

(3) 按照規(guī)定擰緊力矩擰緊制動器內(nèi)部聯(lián)接襯板筒體和活塞的大螺栓；

(4) 清洗制動盤、制動器活塞、液壓缸、液壓油路以及液壓站，更換新的液壓油。

若采取上述措施維護盤形制動器后，仍然不能夠長期穩(wěn)定實施工作制動和安全制動，建議更換整套液壓制動系統(tǒng)，即對制動系統(tǒng)進行整體改造，同時在新更換的制動系統(tǒng)上配置閘間隙檢測、閘盤偏擺檢測和油壓檢測等一系列檢測裝置，實現(xiàn)制動系統(tǒng)實時在線監(jiān)測，保證其安全可靠性。

5　結(jié)語

礦井提升機盤形制動器的故障雖多種多樣，但只要合理使用，按照上述措施加強日常管理維護，就能及時了解盤形制動器的使用狀況和它在使用中存在的問題，做到心中有數(shù)，及時準確地排除隱患，從而保證礦井提升機安全可靠運行，防止事故的發(fā)生，確保礦山的安全生產(chǎn)。

 

 

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