基于故障樹的提升機(jī)盤形制動(dòng)器故障分析

趙蜜云

(大同煤礦集團(tuán)公司 煤峪口礦，山西　大同　037041)

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基于故障樹的提升機(jī)盤形制動(dòng)器故障分析

趙蜜云

(大同煤礦集團(tuán)公司 煤峪口礦，山西大同037041)

摘要通過(guò)分析礦井提升機(jī)盤形制動(dòng)器的工作原理和常見故障類型，建立了由4個(gè)邏輯或門和8個(gè)底事件構(gòu)成的盤形制動(dòng)器失效的故障樹，并進(jìn)行了定性和定量分析?？梢钥闯?，8個(gè)底事件中任意一個(gè)發(fā)生，都必然引起頂事件發(fā)生；頂事件發(fā)生的概率為23.8%，系統(tǒng)可靠性較低，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)日常的維護(hù)與檢修。針對(duì)分析結(jié)果，提出應(yīng)主要從避免正壓力不足和摩擦系數(shù)降低影響制動(dòng)力矩兩個(gè)方面預(yù)防和改進(jìn)，具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞提升機(jī)；盤形制動(dòng)器；故障樹；預(yù)防

礦用提升機(jī)是煤礦生產(chǎn)中必不可少的大型機(jī)械設(shè)備之一，其主要任務(wù)是完成煤炭的提升、人員的升降，是地面與井下聯(lián)系的主要提升運(yùn)輸設(shè)備。近年來(lái)，隨著科技的飛速發(fā)展，我國(guó)煤炭企業(yè)的自動(dòng)化水平也有了較大程度的提高。深井提升、重載提升、高速提升以及自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制等技術(shù)都提高了提升機(jī)的自動(dòng)化水平，但是也帶來(lái)了新的安全問(wèn)題。尤其是礦井提升機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)，必須在自動(dòng)化控制中具備最大負(fù)載可靠停止、緊急情況安全停止、斷電時(shí)制動(dòng)器及時(shí)運(yùn)行有效停止等功能。礦井提升機(jī)的安全性和可靠性會(huì)對(duì)煤礦的效益和安全產(chǎn)生直接的影響，更是被形象的比喻為“礦山咽喉”。礦井提升機(jī)造成的事故在常見的煤礦機(jī)電設(shè)備事故占有較高的比例。因此，研究如何確保礦井提升機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高其工作可靠性很有必要。

故障樹分析法是針對(duì)某種具體故障，通過(guò)逐層向下建立可能導(dǎo)致故障的各種因素的邏輯關(guān)系進(jìn)行分析的一種方法。本文利用故障樹分析法對(duì)礦井提升機(jī)盤形制動(dòng)器常見故障進(jìn)行了分析，通過(guò)分析，尋找導(dǎo)致輸送帶故障的原因提出改進(jìn)措施。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)直觀展現(xiàn)故障原因、方便查詢故障類型、加強(qiáng)日常檢查力度、加快故障維修效率等實(shí)際目標(biāo)，作為實(shí)踐工作的指導(dǎo)。

1礦井提升機(jī)盤形制動(dòng)器

現(xiàn)在大多數(shù)新型礦井提升機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)中都使用了盤形制動(dòng)器，與輪式制動(dòng)器相比，盤形制動(dòng)器具有結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏、重量輕便、散熱迅速等特點(diǎn)。

盤形制動(dòng)器通過(guò)盤形彈簧的壓縮變形產(chǎn)生制動(dòng)力。同時(shí)，由于主軸沒(méi)有附加力，保證了除彈簧壓縮變形外沒(méi)有其他附加變形。盤形制動(dòng)器工作原理示意圖見圖1.

圖1中，F(xiàn)1是油壓力，F(xiàn)2是彈簧壓縮力。當(dāng)注入壓力油的時(shí)候，油壓力F1>彈簧壓縮力F2，活塞向后移動(dòng)壓縮彈簧，閘瓦與制動(dòng)盤之間的間隙△>0，制動(dòng)器處于松閘狀態(tài)；反之，油壓力F1<彈簧壓縮力F2，閘瓦與制動(dòng)盤之間的間隙△=0，閘瓦與制動(dòng)盤接觸，制動(dòng)器保持制動(dòng)狀態(tài)。

2常見的盤形制動(dòng)器故障類型

盤形制動(dòng)器的大部分故障都是不能按照規(guī)定完成制動(dòng)任務(wù)，或者制動(dòng)效果達(dá)不到規(guī)定要求。通常把盤形制動(dòng)器的故障分為制動(dòng)失效和松閘失效兩大類。

2.1盤形制動(dòng)器制動(dòng)失效故障分析

制動(dòng)力矩的產(chǎn)生是靠閘瓦沿軸向從兩側(cè)壓向制

圖1　盤形制動(dòng)器制動(dòng)與松閘狀態(tài)原理分析示意圖

動(dòng)盤的，其計(jì)算公式如下：

M=2μN(yùn)Rn

(1)

式中：

M—制動(dòng)力矩，N·m；

N—正壓力,N；

R—半徑,m；

n—閘瓦個(gè)數(shù)；

μ—摩擦系數(shù)。

根據(jù)式(1)可以看出，導(dǎo)致制動(dòng)力矩不足的主要原因有兩個(gè)：一個(gè)是摩擦系數(shù)的降低，另一個(gè)是正壓力的不足。

在導(dǎo)致制動(dòng)力矩不足的兩個(gè)原因中，摩擦系數(shù)降低是主要因素。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，摩擦系數(shù)降低主要是由于閘盤表面被油污污染或者接觸面發(fā)生變形引起的。導(dǎo)致油污污染的主要原因有：油缸漏油、油管開焊或接頭松動(dòng)導(dǎo)致漏油、液壓缸內(nèi)活塞密封圈老化未及時(shí)更換等；導(dǎo)致接觸面變形的主要原因是工作溫度過(guò)高造成閘瓦過(guò)熱而燒流或者變焦。另外，摩擦系數(shù)的大小與物體運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，當(dāng)提升機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，摩擦系數(shù)會(huì)降低，一旦出現(xiàn)緊急情況，可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，甚至造成重大事故。

正壓力不足主要是由4個(gè)因素造成的：1) 彈簧剛度不足。彈簧由于反復(fù)的拉伸和壓縮，其彈性會(huì)有所降低，造成剛度不足。2) 閘瓦間隙增大。隨著制動(dòng)器不斷使用磨損，閘瓦間隙會(huì)變大，使得正壓力變小。3) 綜合阻力增大。由于制動(dòng)器在使用過(guò)程中密封圈老化，壓力油被污染等導(dǎo)致阻力變大。4) 工作腔殘壓增大。由于油質(zhì)被污染或者油路堵塞，油液不能完全回到油箱，增大了工作腔內(nèi)的壓力，制動(dòng)力矩就會(huì)下降。

2.2盤形制動(dòng)器松閘失效故障分析

造成盤形制動(dòng)器松閘失效故障的原因主要有：回油緩慢、液壓缸配合過(guò)緊、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)卡死。

3基于故障樹的盤形制動(dòng)器故障分析

3.1故障樹的建立

通過(guò)分析盤形制動(dòng)器故障類型和故障原因，建立了故障樹。頂事件就是盤形制動(dòng)器故障。因?yàn)橹苿?dòng)失效是主要故障，而且造成事故危害較大，因此，對(duì)其著重分析。導(dǎo)致制動(dòng)失效的主要原因是摩擦系數(shù)降低和正壓力不足。繼續(xù)向下分析導(dǎo)致摩擦系數(shù)降低和正壓力不足的原因，最終建立了具有4個(gè)邏輯或門、8個(gè)底事件的盤形制動(dòng)器失效的故障樹，見圖2.

圖2　盤形制動(dòng)器失效的故障樹圖

3.2故障樹定性分析

對(duì)圖2所示盤形制動(dòng)器失效的故障樹進(jìn)行定性分析，求該故障樹的最小割集，通過(guò)最小割集判斷相關(guān)底事件的重要程度。求解過(guò)程見式(2).

T=M1+x1= M2+M3+x1=

x1+ x2+ x3+ x4+ x5+ x6+ x7+ x8

(2)

式中：

T—頂事件；

M—中間事件；

x—底事件。

通過(guò)式(2)可知，在該故障樹中，導(dǎo)致頂事件必然發(fā)生的底事件有8個(gè)，分別為{x1}、{x2}、 {x3}、 {x4}、 {x5}、 {x6}、 {x7}、 {x8}.在這8個(gè)集合中，只要任一個(gè)發(fā)生，都必然引起頂事件發(fā)生。

3.3故障樹定量分析

故障樹的定量分析主要是通過(guò)計(jì)算求得頂事件發(fā)生的概率。通過(guò)查閱相關(guān)手冊(cè)和文獻(xiàn)資料，得到圖2事故樹中各底事件發(fā)生的概率，見表1.

表1　盤形制動(dòng)器故障因素的發(fā)生概率表

由于故障樹中各個(gè)底事件為獨(dú)立事件，根據(jù)獨(dú)立事件頂事件概率的求法見式(3)，最終可以求得盤形制動(dòng)器發(fā)生故障的概率為：P(T)= 0.238≈23.8%.

P(T)=1-Π(1-qi)

(3)

式中：

P(T)—頂事件發(fā)生概率；

qi—底事件發(fā)生概率。

3.4預(yù)防及改進(jìn)措施

通過(guò)故障樹分析法，對(duì)盤形制動(dòng)器故障進(jìn)行了定性分析和定量分析，以分析結(jié)果為依據(jù)，在以后的日常檢修與保養(yǎng)中，應(yīng)當(dāng)做好預(yù)防和改進(jìn)工作：

1) 為了避免正壓力不足影響制動(dòng)力矩，要重點(diǎn)注意閘瓦間隙、殘壓值、油壓值是否處于正常狀態(tài)。

2) 為了避免摩擦系數(shù)降低影響制動(dòng)力矩，要重點(diǎn)注意及時(shí)更換磨損或者損壞的閘瓦和液壓元件。定期檢查液壓系統(tǒng)和管路，防止出現(xiàn)堵塞、漏油等現(xiàn)象。

3) 要加強(qiáng)閘瓦貼閘能力的檢查，確保其保持在最佳狀態(tài)。

4) 可以通過(guò)安裝自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)制動(dòng)器工作狀態(tài)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，避免事故的發(fā)生。

4總結(jié)

1) 分析了礦井提升機(jī)盤形制動(dòng)器的工作原理和常見故障類型。確定了由4個(gè)邏輯或門和8個(gè)底事件構(gòu)成的盤形制動(dòng)器失效的故障樹。

2) 對(duì)故障樹進(jìn)行了定性分析和定量分析。通過(guò)分析可知，8個(gè)底事件只要任一個(gè)發(fā)生，都必然引起頂事件發(fā)生；頂事件發(fā)生的概率為23.8%，系統(tǒng)可靠性較低，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)日常的維護(hù)與檢修。

3) 針對(duì)分析結(jié)果，提出了預(yù)防措施，特別從避免正壓力不足和摩擦系數(shù)降低影響制動(dòng)力矩兩個(gè)方面提出建議，具有一定的指導(dǎo)意義。

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·問(wèn)題探討·

(E-mail)zhaomiyun75@163.com

Analysis on the Failure Reason of

Hoist Disc Brake Based on Fault Tree

ZHAO Miyun

AbstractBy analyzing the working principle and common type of faults of mine hoist disc brake, the fault tree is established which composes by four logic OR gates and eight basic events, and carries out the qualitative and quantitative analysis. It can be seen that the every of eight basic events will inevitably lead to the top of the event. The probability of top event is 23.8%, the system reliability is lower, should strengthen routine maintenance and repair. According to the analysis results, puts forward should prevent and improve from two aspects of which avoid the insufficient positive pressure and the friction coefficient decreased effect braking torque. It has some guidance significance.

Key wordsHoist; Disc brake; Fault tree; Prevention

中圖分類號(hào)：TD534+.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-0652(2015)05-0050-03

作者簡(jiǎn)介：趙蜜云(1975—)，女，山西懷仁人，2011年畢業(yè)于太原科技大學(xué)，工程師，主要從事煤礦機(jī)電技術(shù)工作

收稿日期：2014-03-14