礦用提升機盤式制動器失效因素分析

胡程程

摘要：通過對盤式制動器的受力分析，概述了制動器開合階段及理想狀態(tài)下制動力、制動力矩與油壓等工作參數(shù)的關(guān)系。歸納了失效機理，建立了失效分析圖，從制動正壓力、摩擦系數(shù)、有效接觸面積等方面進行剖析，明確指出盤式制動器失效的主導(dǎo)因素是制動力不足。

關(guān)鍵詞：盤式制動器;失效因素;制動力不足

引言

礦用提升機作為礦井井下與地面的“咽喉”設(shè)備，在煤炭生產(chǎn)中占有特別重要的地位，其可靠性、安全性在一定程度上受其制動性能所制約。當(dāng)前，國內(nèi)外礦用提升機都使用液壓盤式制動器進行制動。本文著重通過對盤式制動器失效機理進行分析，為盤式制動器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化奠定理論基礎(chǔ)。

一、制動器工作原理

提升機正常運行期間，盤式制動器主要受液壓油作用力Fy、碟簧產(chǎn)生的作用力Fd、運動綜合阻力Fz的共同作用，具體見圖1。

1.1制動正壓力

液壓缸內(nèi)產(chǎn)生的力F等于液壓油油壓P乘以液壓缸作用面積A;盤式制動器在制動狀態(tài)下，碟簧受到的作用力Fd等于碟簧剛度k乘以碟簧組的預(yù)壓縮量x。

在制動器開閘過程中，隨著油壓P增大液壓缸內(nèi)產(chǎn)生的力F增大，推動活塞壓縮碟簧，運動綜合阻力F由運動阻力、缸體和制動器間摩擦阻力等構(gòu)成，其方向與活塞運動方向相反。當(dāng)油壓滿足F>F，閘瓦開始脫離制動盤至完全開閘，此時制動器內(nèi)部受力：

F=F+F（1）

在制動器合閘過程中，制動正壓力受閘瓦變形量、碟簧壓縮量、運動綜合阻力、液壓殘壓等因素影響。此時，運動綜合阻力與碟簧作用力方向相反，所以制動正壓力表示為：

F=F- F-F= k·x- F- P·A（2）

式中：

F—液壓缸內(nèi)殘壓產(chǎn)生的力，N;

P—液壓系統(tǒng)中殘壓，Pa。

理想狀態(tài)下，P為零，制動正壓力表示為：

F=F- F= k·x- F（3）

1.2制動力矩M

提升機滾筒的制動力矩受制動力、制動副數(shù)、摩擦系數(shù)、制動半徑等因素影響。

M=2·n·f·r ·F（4）

式中：

f—閘瓦和制動盤之間的摩擦因數(shù);

r—制動半徑，mm;

n—制動器副數(shù)。

二、失效因素分析

盤式制動器失效主要表現(xiàn)為：開閘失效、松閘失效、制動力矩不足、制動力矩過大。主導(dǎo)因素是制動力矩不足。根據(jù)（2）和（4）計算公式可知，主要影響因素包括：制動正壓力不足、摩擦系數(shù)降低和有效接觸面積減小。

2.1制動正壓力不足

2.1.1碟簧的預(yù)壓縮量和碟簧剛度

碟簧的預(yù)壓縮量直接影響閘瓦施加制動盤的作用力大小，碟簧剛度影響工作效果。在工作過程中，碟簧一直處于壓縮、拉伸切換狀態(tài)中，經(jīng)過反復(fù)拉壓造成碟簧疲勞破壞。

2.1.2閘瓦磨損

制動器在安裝完成后，需經(jīng)常用塞尺測量校正閘間隙，根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》要求，閘間隙不得大于2mm。制動器在長期使用中閘瓦磨損會導(dǎo)致閘瓦與制動盤間隙越來越大。

2.1.3閘瓦偏擺

閘瓦制造、安裝誤差過大會導(dǎo)致閘瓦偏擺。偏擺過大會減小閘瓦和制動盤的接觸面積，使制動器整體受力不均，疲勞加劇。

2.1.4液壓系統(tǒng)殘壓

系統(tǒng)內(nèi)液壓油在使用過程中受到污染導(dǎo)致回油不暢，無法實現(xiàn)完全卸載，造成系統(tǒng)內(nèi)殘壓過大，降低制動力矩，甚至制動能力完全喪失。

2.1.5運動綜合阻力

運動綜合阻力是由活塞在油缸中的運動阻力、筒體和制動器間摩擦阻力等構(gòu)成，特別是卡缸事故，會造成制動能力完全喪失。

2.1.6提升機運行速度過高

提升機運行速度過快，造成閘瓦與制動盤的快速磨損，降低制動力矩從而在制動效果上打折扣。

2.2摩擦系數(shù)降低

閘瓦和制動盤受油污污染會明顯降低摩擦系數(shù)，導(dǎo)致制動力矩顯著下降。

2.3接觸面積減少

2.3.1零部件制造安裝誤差大

閘瓦和制動盤制造、安裝誤差大，會嚴(yán)重影響活塞受力大小，下降制動性能。

2.3.2盤式制動器結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理

盤式制動器結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理導(dǎo)致使用過程中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)實效性破壞：整體變形、斷裂。

2.3.3閘瓦溫度過高

夏季工作中，閘瓦與制動盤反復(fù)摩擦導(dǎo)致閘瓦表面溫度過熱，產(chǎn)生熱衰退現(xiàn)象，溫度的循環(huán)變化引起內(nèi)應(yīng)力變化并產(chǎn)生疲勞變化，造成閘瓦和制動盤接觸面積減小。

綜上，建立失效分析圖，見圖2。

三、結(jié)語

本文通過對盤式制動器的受力分析重點歸納盤式制動器的失效機理，具體內(nèi)容如下：

（1）結(jié)合盤式制動器的工作原理和結(jié)構(gòu)特點，進行受力分析，概述了制動器開合階段及理想狀態(tài)下制動力、制動力矩與油壓等工作參數(shù)的關(guān)系。

（2）歸納研究盤式制動器的失效機理，主要形式是制動失效，主導(dǎo)因素是制動力不足。從制動正壓力、摩擦系數(shù)、有效接觸面積等方面進行深入分析，建立了失效分析圖，為盤式制動器進一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]陳維健 齊秀麗 肖林京 張開如 主編 《礦山運輸與提升設(shè)備》[M]，徐州 中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2008

[2]煤礦機電設(shè)備完好標(biāo)準(zhǔn)[S].國家煤炭安全總局，2003：26-30