不同參數(shù)對礦井提升機二級制動性能的影響

王永鋒

（陽煤寺家莊有限責任公司， 山西 昔陽 045300）

引言

綜采工作面機械設(shè)備主要包括有采煤機、輸送機、液壓支架、提升機等，各個設(shè)備均有其各自的功能和作用。其中，提升機的主要功能是提升物料、人員以及設(shè)備等，其作為工作面的關(guān)鍵運輸設(shè)備，在實際生產(chǎn)中常出現(xiàn)過放、過卷以及制動故障等事故，嚴重威脅著綜采工作面作業(yè)人員的人身安全和煤礦生產(chǎn)效率[1]。經(jīng)統(tǒng)計表明，在實際生產(chǎn)中提升機60%以上的故障均是由制動系統(tǒng)的故障引起的。因此，可從提升機的制動性能著手提升提升機的安全性和可靠性。

1 提升機制動系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)

在實際生產(chǎn)中遇到突發(fā)、緊急情況時需對設(shè)備進行二級緊急制動[2]。目前，應用于二級緊急制動系統(tǒng)的類型為液壓制動系統(tǒng)，由液壓系統(tǒng)和制動器組成。

1.1 液壓系統(tǒng)液壓原理

提升機制動系統(tǒng)中的液壓系統(tǒng)主要由供油部分、出油部分以及集油路部分組成。制動系統(tǒng)中的液壓系統(tǒng)原理圖如圖1 所示。

根據(jù)提升機的實際工況，液壓系統(tǒng)可滿足提升機正常運行、緊急制動以及手動運行三種工作方式。

1.2 制動器結(jié)構(gòu)

二級制動系統(tǒng)所采用的制動器為盤式制動器[3]。盤式制動器的結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

盤式制動器區(qū)別于其他電動、氣動制動器，在實際工作中可由多付盤式制動器同時工作，當其中一

付制動器失效或者出現(xiàn)故障時，不會影響到整個系統(tǒng)的制動效果。因此，盤式制動器具有可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單等特點。

圖1 二級制動系統(tǒng)液壓原理圖

圖2 盤式制動器結(jié)構(gòu)示意圖

2 影響提升機二級制動系統(tǒng)制動性能的因素

提升機的制動過程相對復雜，其制動力是依靠彈簧和液壓系統(tǒng)的共同作用，推動閘瓦擠壓制動盤產(chǎn)生制動力，在減速過程中有多種因素影響其二級制動性能[4]。經(jīng)研究可知，影響提升機制動系統(tǒng)二級制動性能的因素包括有以下幾方面：

1）彈簧蓄能器的彈簧剛度。彈簧蓄能器的彈簧剛度能夠減緩當系統(tǒng)需緊急制動時對系統(tǒng)造成的沖擊，從而提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，蓄能器彈簧剛度選型對系統(tǒng)的制動性能尤為重要。

2）空氣含量。所謂空氣含量指的是提升機液壓系統(tǒng)中乳化液中混入空氣的含量。經(jīng)研究表明，當乳化液中混入1%的空氣時，乳化液的彈性模型將會降低到原來的50%。

3）液壓管路的長度。液壓系統(tǒng)與盤式制動器之間是通過液壓管路連接起來的。管路越長在實際工作中的壓力損失越嚴重，從而導致制動系統(tǒng)響應速度的制動效果不滿足生產(chǎn)需求。

4）電磁換向閥閥口通流截面積和固有頻率。電磁換向閥閥口通流截面積主要影響系統(tǒng)在卸壓過程時的流量，進而影響二級制動系統(tǒng)的響應速度；電磁換向閥的固有頻率影響電磁換向閥的響應速度，從而影響二級制動系統(tǒng)的油壓值。

除此之外，影響二級制動系統(tǒng)制動性能的因素還包括有：制動盤偏擺、端面跳動以及摩擦熱等[5]。

3 制動系統(tǒng)制動性能的仿真分析

3.1 仿真模型的搭建

本文著重對基于盤式制動器制動系統(tǒng)的制動性能進行仿真分析。本文所搭建盤式制動器的仿真模型的參數(shù)如表1 所示。

表1 盤式制動器關(guān)鍵參數(shù)

基于上述盤式制動器的關(guān)鍵參數(shù)及主要液壓元件的參數(shù)建立如圖3 所示的制動系統(tǒng)仿真模型。

3.2 仿真結(jié)果及分析

仿真過程：制動系統(tǒng)分別為一級制動和二級制動，各包括有保壓階段和全制動階段。系統(tǒng)在仿真時間為2 s 時開始二級制動操作，保壓時長為3 s，即5 s后系統(tǒng)油壓降為0 開始全面制動階段。

3.2.1 彈簧剛度對二級制動性能的影響

本文分別對彈簧剛度為10 000 N/m、300 000 N/m、500 000 N/m 以及800 000 N/m 時系統(tǒng)的制動性能進行仿真分析。在不同彈簧剛度下，油缸內(nèi)油壓仿真結(jié)果如圖4 所示。

圖3 制動系統(tǒng)液壓仿真模型

圖4 不同彈簧剛度下油缸油壓及制動力的仿真結(jié)果

分析圖4 可知：當蓄能器彈簧剛度為100 000 N/m、300 000 N/m 時系統(tǒng)內(nèi)油缸的壓力無法達到保壓階段2.5 MPa 的要求；而且，隨彈簧剛度的增加，二級制動完成降壓的時間越短，即系統(tǒng)的響應速度越快。

3.2.2 液壓管路對二級制動性能的影響

液壓管路包括有液壓管路的長度和內(nèi)徑。本文分別對不同液壓管路長度和內(nèi)徑情況下的二級制動性能進行仿真分析。其中，液壓管路長度分別為1 m、3 m、5 m、8 m 液壓管路內(nèi)徑分別為9 mm、18 mm、28 mm 以及38 mm。

分析下頁圖5 可知：隨著液壓管路長度的增加，系統(tǒng)制動所需的時間也相對增加，主要由于隨著管路長度的增加，管路的沿程阻力較大，使得液壓系統(tǒng)的反應較慢，從而導致制動器的動作較慢，產(chǎn)生的正壓力也相對較小，最終導致制動時間延長。隨著管路內(nèi)徑的增大，當內(nèi)徑小于18 mm 時，卷筒角速度的變化不大；而當管路內(nèi)徑大于18 mm 時，隨著管路的增加，制動時間明顯延長。因此，可通過適當調(diào)整液壓管路的長度和內(nèi)徑，確保其響應特性滿足實際生產(chǎn)的需求。

4 結(jié)語

提升機作為綜采工作面的關(guān)鍵運輸設(shè)備，承擔著綜采工作面作業(yè)人員、設(shè)備及其物料的運輸任務。為了提升提升機的可靠性和穩(wěn)定性，可通過提升其制動性能方面著手改進。在實際生產(chǎn)中，液壓制動系統(tǒng)中液壓元件的參數(shù)是影響其制動性能的關(guān)鍵。因此，需準確把握不同參數(shù)對提升機制動系統(tǒng)二級制動性能的影響，為改進提升機制動系統(tǒng)的二級制動性能提供可靠的理論基礎(chǔ)。

圖5 不同液壓管路二級油壓的變化情況