礦井提升機徑向液壓彈簧閘技術(shù)改造

張 宇，趙永生，傅志民，王家琪，姚繼權(quán)

1開灤(集團)有限責(zé)任公司唐山礦 河北唐山 063000

2開灤(集團)有限責(zé)任公司林西礦 河北唐山 063000

3阜新八達(dá)科技有限責(zé)任公司 遼寧阜新 123000

4遼寧工程技術(shù)大學(xué)機械工程學(xué)院 遼寧阜新 123000

礦井提升機是礦山企業(yè)安全生產(chǎn)的關(guān)鍵提升設(shè)備之一，制動系統(tǒng)是保障提升機實現(xiàn)安全制動的核心組件，其安全可靠性直接影響礦山企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益[1-2]。

我國在用的礦井提升機制動系統(tǒng)，需要改造的有兩種：一種是國產(chǎn) XKT 系列的老式盤型閘，另一種是國產(chǎn)或進口的閘輪結(jié)構(gòu)制動器。經(jīng)過幾十年的運行，閘輪結(jié)構(gòu)的制動系統(tǒng)不僅逐漸暴露出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳動環(huán)節(jié)多、配件缺乏、維修困難、司機勞動強度大等問題，還存在“單線制動”，即2 套閘瓦共用1 套傳動系統(tǒng)。因后者的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)很難滿足《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)要求，必須對其進行改造[3-4]。筆者簡要介紹采用徑向液壓彈簧閘技改的方法，供同行參考。

1 改造方案遵循的原則

提升機制動系統(tǒng)的技術(shù)改造必須遵循以下原則：

（1）必須全面滿足《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，不僅要保證原制動系統(tǒng)的固有可靠性，還要在改造后最大限度地提高使用可靠性，提高其綜合可靠性。

（2）盡可能保留原系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式，力求結(jié)構(gòu)簡單，提高集成化水平。

（3）現(xiàn)場安裝、調(diào)試時間短，最大限度地減少制動系統(tǒng)改造后的維護及調(diào)試量。

（4）盡可能地降低改造成本和運行維護成本，以提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

2 改造方案

2.1 技術(shù)路線的確定

目前，對在用舊角移式提升機制動系統(tǒng)的改造，有兩條技術(shù)路線：一條是采用國產(chǎn) XKT 系列提升機的盤型閘，另一條是采用國產(chǎn)化試制成功并推廣的液壓彈簧閘。

舊式彈簧閘由于其結(jié)構(gòu)的原因[5]，若將其改為盤型閘[6-7]，工作量偏大，工期偏長，成本偏高。而采用徑向液壓彈簧閘的技改已有幾十年，技術(shù)相對成熟，在本方案中選定液壓彈簧閘。

2.2 具體方案

（1）受力平衡 保留舊制動系統(tǒng)受力平衡的優(yōu)點。方法是：使提升機制動梁、基座和原閘系之間的距離滿足一定的關(guān)系。

（2）閘基座 保留原閘基座及地腳螺栓，不僅可以保證受力平衡，還可以減少安裝工作量，縮短工期。

（3）綜合閘 早期國產(chǎn)的 JKA 型提升機，舊角移式閘瓦存在磨損不均問題，其制動系統(tǒng)的改造采用綜合閘（見圖 1），以減少閘瓦磨損，延長閘瓦使用壽命。

（4）提高使用可靠性 改造后的閘系結(jié)構(gòu)中，液壓元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離閘面，以減少或消除液壓油污染閘面的概率。方法是：保留二級杠桿傳動，使徑向液壓彈簧閘更便于參與工作制動，提高制動器的使用可靠性。

（5）驅(qū)動器結(jié)構(gòu)集成化 改造時采用碟形彈簧串聯(lián)結(jié)構(gòu)（見圖 2）。碟簧串和千斤頂置于一個套筒內(nèi)，液壓彈簧驅(qū)動器成為一個整體結(jié)構(gòu)（相當(dāng)于盤式閘的閘頭）。該結(jié)構(gòu)更加簡單，便于安裝、調(diào)試與維護，易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、系列化。

圖2 液壓彈簧驅(qū)動器結(jié)構(gòu)示意

（6）動態(tài)監(jiān)控 在驅(qū)動器套筒兩側(cè)開有窗口，便于司機或工作人員隨時監(jiān)控和調(diào)整，提高制動系統(tǒng)的使用可靠性。

（7）底拉桿 利用圖解法分別求解原角移式閘系和改造后的徑向液壓彈簧閘系的受力情況，分析后發(fā)現(xiàn)徑向液壓彈簧閘支座反力的水平分力大于原角移式閘。為克服這一現(xiàn)象，改造時在兩側(cè)閘梁底座銷軸之間增加了可調(diào)的水平底拉桿（見圖 3），以減小水平分力。

圖3 徑向液壓彈簧閘底拉桿示意

3 應(yīng)用效果

從20 世紀(jì)80 年代到現(xiàn)在，共有350 多臺提升機制動系統(tǒng)的改造采用徑向液壓彈簧閘，其中有250 多臺舊角移式提升機。經(jīng)過幾十年的研究實踐和監(jiān)測，改造后的應(yīng)用效果良好。當(dāng)時，該項技術(shù)被煤炭工業(yè)部列入全國重點推廣的“100 推”，并編入了高等學(xué)校教材[8-9]。采用經(jīng)向液壓彈簧閘進行技改的主要優(yōu)勢有：

（1）固有可靠性高 符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定；

（2）使用可靠性高 這是徑向杠桿式液壓彈簧閘的本質(zhì)優(yōu)點。

（3）安裝調(diào)試工期短 保留了原制動系統(tǒng)的滾筒與制動輪結(jié)構(gòu)、閘系基礎(chǔ)，連同電控系統(tǒng)的 PLC 同步改造，如果前期準(zhǔn)備充分，工期一般不超過4 d，最短的可在2 d 內(nèi)完成。

（4）改造成本低 液壓彈簧驅(qū)動器懸掛連接，上掛之前基本預(yù)調(diào)到位，上機后微調(diào)即可，改造工作量小，工時及材料消耗少，其成本約為盤式閘的一半。

（5）維護成本低 由于徑向杠桿式液壓彈簧閘閘面被污染的概率少，碟簧和千斤頂動態(tài)監(jiān)控及調(diào)整及時，閘瓦壽命長，因而其維護成本相對較低。

（6）方案簡單 對于滾筒直徑大于4 m 的舊式提升機，推薦采用氣壓-重錘平移式制動器。該改造方案不僅保留了滾筒制動輪構(gòu)件、基礎(chǔ)、前后制動梁，還保留了三角杠桿和頂部拉桿，方案更為簡單。以 HKMZ 型提升機為例，改造前后分別如圖4、5 所示。對比兩圖可知，改造量更少，因而成本更低，且造型美觀，達(dá)到了預(yù)期的效果。

圖4 改造前的 HKMZ 型提升機制動系統(tǒng)

4 結(jié)語

（1）針對老舊提升機的改造，采用徑向液壓彈簧閘的結(jié)構(gòu)，既保證了固有可靠性，又最大限度地提高了使用可靠性。

（2）和盤形閘相比，徑向液壓彈簧閘還是存在傳動環(huán)節(jié)多、響應(yīng)時間慢等問題。

圖5 改造后的 HKMZ 型提升機制動系統(tǒng)

（3）在提升機制動系統(tǒng)改造時，盤形閘具有徑向尺寸小、體積小、慣性小、反應(yīng)速度快的優(yōu)點，加上智能化監(jiān)側(cè)、反饋機制和精細(xì)管理，其固有可靠性可得以更好發(fā)揮，但造價和成本要高一些。建議大型、特大型提升機配置盤式閘，中小型及井下環(huán)境惡劣的提升機配置徑向液壓彈簧閘。