礦井提升機(jī)盤式制動(dòng)器故障分析與應(yīng)對(duì)措施

孫陽(yáng)陽(yáng)

（山西地寶能源有限公司，山西太原030045）

礦井工作具有一定的危險(xiǎn)性，隨著開挖深度的逐漸加深，井下作業(yè)區(qū)遠(yuǎn)離地面，各種人員及物料的運(yùn)輸需要借助機(jī)械設(shè)備來(lái)完成。在礦井提升系統(tǒng)中，盤式制動(dòng)器的安全運(yùn)行直接影響著礦井的生產(chǎn)安全，如若盤式制動(dòng)器出現(xiàn)任何故障，則會(huì)影響井上、井下間各物質(zhì)的運(yùn)輸，嚴(yán)重的情況下，可能會(huì)導(dǎo)致煤礦開采停工。為此，煤礦企業(yè)相關(guān)人員需要注重對(duì)盤式制動(dòng)器各種故障的分析，依據(jù)分析結(jié)果尋找解決策略。

1 礦井提升機(jī)盤式制動(dòng)器相關(guān)介紹

1.1 制動(dòng)器原理及特點(diǎn)

（1）原理。盤式制動(dòng)器中的制動(dòng)系統(tǒng)可以通過(guò)液壓站向制動(dòng)器提供壓力油，以此驅(qū)動(dòng)提升機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。在盤式制動(dòng)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，依據(jù)礦井施工情況，液壓站會(huì)通過(guò)適當(dāng)調(diào)整壓力的方式，致使制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)力與其相反，當(dāng)出現(xiàn)故障問(wèn)題時(shí)，制動(dòng)器產(chǎn)生的壓力會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闅垑?，此時(shí)盤式制動(dòng)器會(huì)最大限度地利用所產(chǎn)生的制動(dòng)力制動(dòng)停車，盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖

（2）特點(diǎn)。盤式制動(dòng)器的作業(yè)面較平，且具有兩面?zhèn)鳠岬墓δ埽渥畲蟮奶攸c(diǎn)是具有較為穩(wěn)定的制動(dòng)效能，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的圓盤旋轉(zhuǎn)冷卻速度快，可有效防止制動(dòng)器出現(xiàn)變形的問(wèn)題[1]。同時(shí)，盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有自動(dòng)調(diào)整制動(dòng)間隙的功能，日常維修較為便利。

1.2 制動(dòng)器的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

優(yōu)勢(shì)：①制動(dòng)面平整，結(jié)構(gòu)緊湊，自由通風(fēng)效果良好，且具有較好的傳熱性能，安裝過(guò)程中有助于確保閘瓦承載處于最佳狀態(tài)。②閘瓦、閘盤間的壓力分布均勻，二者發(fā)熱時(shí)可使得制動(dòng)面逐漸趨于平整。③制動(dòng)器表盤上的伸縮縫寬度適中，升溫能力較強(qiáng)，通風(fēng)結(jié)構(gòu)合理。同時(shí)，閘盤軸向熱伸長(zhǎng)較小，致使閘塊空隙縮小。④盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力距離能夠調(diào)節(jié)，且可調(diào)節(jié)的范圍較大，操作較為簡(jiǎn)單。⑤制動(dòng)器中的制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)作迅速、反應(yīng)速度靈敏，空行程偏小，具有較好的通用性，在盤式閘數(shù)量發(fā)生改變的情況下，能夠滿足絞車的制動(dòng)要求。⑥盤式制動(dòng)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的安全性能較高，在礦井中的應(yīng)用具有較高的可靠性。部分盤式閘因故障而失靈時(shí)可自動(dòng)施閘，且其余盤式閘可正常運(yùn)轉(zhuǎn)。提升機(jī)盤式制動(dòng)器見圖2。

圖2 提升機(jī)盤式制動(dòng)器圖

2 礦井提升機(jī)盤式制動(dòng)器故障分析

2.1 碟形彈簧故障

碟形彈簧故障主要表現(xiàn)在其安裝與應(yīng)用過(guò)程中，一方面，碟形彈簧的表面為凹凸?fàn)?，工作人員在對(duì)其進(jìn)行安裝的過(guò)程中，容易將凹凸面的安裝方向弄錯(cuò)。碟形彈簧的安裝方向固定，如若工作人員將其方向安裝錯(cuò)誤，致使碟形彈簧的變形度較小，又或者是無(wú)任何變形現(xiàn)象，則會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)器失效。正確地安裝方向是其凹凸面相對(duì)應(yīng)，且成對(duì)安裝，最靠近碟形彈簧蓋的端點(diǎn)處可使用單片，有助于碟形彈簧的變形程度達(dá)到最大化。另一方面，碟形彈簧使用有誤，相同規(guī)格的碟形彈簧，其厚度會(huì)有所不同，安裝不同厚度的碟形彈簧可使得制動(dòng)器頂端與低端間距的誤差在0.8～1mm，誤差偏大會(huì)影響制動(dòng)器的運(yùn)行效果[2]。碟形彈簧見圖3。

圖3 碟形彈簧圖

2.2 閘盤污染故障

閘盤污染故障的主要表現(xiàn)有三：第一，制動(dòng)器油缸泄漏造成閘盤被污染，致使摩擦系數(shù)下降，該表現(xiàn)在制動(dòng)器運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中最為常見；第二，油管漏油造成閘盤被污染，長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行會(huì)使得油管出現(xiàn)老化或者是破損的問(wèn)題，維修與更換不及時(shí)，便可出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，如若油管內(nèi)壓力較大，則會(huì)有大量油量漏出，加重閘盤被污染的程度，長(zhǎng)此以往，可能引起重大的盤式制動(dòng)器安全事故；第三，盤式制動(dòng)器運(yùn)行過(guò)程中，提升機(jī)的鋼絲繩所夾帶的油污會(huì)飛濺至閘盤之上，污染閘盤。

2.3 閘間隙超標(biāo)故障

依據(jù)我國(guó)制定的《煤礦安全規(guī)定》，盤式制動(dòng)器的閘瓦、閘盤之間的間隙應(yīng)小于2mm，如若間隙超過(guò)2mm，則制動(dòng)器會(huì)自動(dòng)報(bào)警并閉鎖下次開車,針對(duì)于該故障的介紹以葛泉礦葛泉井主井提升機(jī)盤式制動(dòng)器應(yīng)用為例，該提升機(jī)的彈簧總壓縮量為9.8mm，油壓開閘力為45.1kN[3]。設(shè)X為最大靜負(fù)荷力矩，Y為制動(dòng)力矩，k為碟簧剛度，x為碟簧變形量，kx為碟簧力，常規(guī)情況下Y/X≥3，當(dāng)制動(dòng)力值為36kN 時(shí)，間隙值為2mm，Y/X=3；當(dāng)制動(dòng)力值為40.5kN 時(shí)，間隙值為1mm，Y/X=3.4[4]。由此可知，盤式制動(dòng)器閘瓦、閘間之間的間隙具有一定范圍，超出范圍則會(huì)引起閘間隙超標(biāo)故障。

2.4 盤形閘設(shè)計(jì)故障

盤式制動(dòng)器在運(yùn)行過(guò)程中，故障問(wèn)題在所難免，故障頻發(fā)的原因與制動(dòng)器盤形閘及附件設(shè)計(jì)缺少科學(xué)性有關(guān)。盤式制動(dòng)器的運(yùn)行涉及多種設(shè)備構(gòu)件，如若因設(shè)計(jì)不科學(xué)而導(dǎo)致油缸后移、油泥堵塞等問(wèn)題的出現(xiàn)，又或者是基礎(chǔ)構(gòu)件安裝錯(cuò)誤等，其盤形閘可能會(huì)優(yōu)先出現(xiàn)故障，影響制動(dòng)器的正常運(yùn)行。除此之外，如若盤式制動(dòng)器的活塞設(shè)計(jì)缺少科學(xué)性，則其制動(dòng)力的距離會(huì)縮短，制動(dòng)時(shí)閘瓦與滾筒制動(dòng)盤之間會(huì)出現(xiàn)間隙，此時(shí)制動(dòng)器的制動(dòng)力應(yīng)當(dāng)為零。制動(dòng)器中設(shè)有碟形彈簧構(gòu)件，其變形后所產(chǎn)生的彈力可轉(zhuǎn)化成為制動(dòng)正壓力，解決制動(dòng)力距離不足的故障。

3 礦井提升機(jī)盤式制動(dòng)器故障解決

3.1 加強(qiáng)監(jiān)測(cè)制動(dòng)正壓力

針對(duì)制動(dòng)正壓力的監(jiān)測(cè)方法分兩種，一種是直接測(cè)量法，即通過(guò)傳感器碟簧座的安裝，對(duì)碟形彈簧的變形性能進(jìn)行測(cè)量。傳感碟簧座的外部構(gòu)造有內(nèi)、外凹槽，其中外凹槽內(nèi)部設(shè)有碟簧，內(nèi)槽里面的圓周設(shè)有應(yīng)變片，蝶形彈簧的彈力以及變形程度均是由應(yīng)變片的變形量進(jìn)行的監(jiān)測(cè)，此種監(jiān)測(cè)屬于動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，制動(dòng)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，閘盤所受的制動(dòng)正壓力值與碟形彈簧力值相同，以此測(cè)量出制動(dòng)力距。另一種是間接測(cè)量法，制動(dòng)正壓力值由液壓缸的油壓計(jì)算得出。根據(jù)位移傳感器與油壓，測(cè)量繪制完成油壓曲線與閘間隙曲線，并觀察、計(jì)算得出抱閘壓油及開閘壓油，隨后依據(jù)蝶形彈簧確認(rèn)制動(dòng)正壓力值。

3.2 加強(qiáng)盤式制動(dòng)器維修

礦井施工中，隨著地下煤礦開挖深度的逐漸加深，施工過(guò)程中施工人員及施工物料的運(yùn)送難度增加，此時(shí)需要提升機(jī)盤式制動(dòng)器提供幫助。盤式制動(dòng)器主要是由液壓控制，基本的零部件包括分泵、制動(dòng)鉗、制動(dòng)盤以及油管等，具有重量輕、構(gòu)造簡(jiǎn)單、散熱快以及調(diào)整便利等特點(diǎn)，長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生一定損耗，需要工作人員注重日常維修，利用先進(jìn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)氣閘間隙與制動(dòng)正壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，依據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果定期開展檢修工作，工作具體內(nèi)容包括更換蝶形彈簧片與密封件、調(diào)整間隙以及緊固防旋轉(zhuǎn)螺釘?shù)?，有助于延長(zhǎng)盤式制動(dòng)器的使用壽命，提高其運(yùn)行安全[5]。

3.3 加強(qiáng)閘間隙監(jiān)測(cè)管控

針對(duì)于盤式制動(dòng)器閘間隙的監(jiān)測(cè)，常用的監(jiān)測(cè)設(shè)備是電渦流非接觸位移傳感器，該設(shè)備的應(yīng)用可將閘間隙的監(jiān)測(cè)誤差控制在2%以內(nèi)，設(shè)備安裝的具體位置需要與合閘時(shí)探頭的初始位置相距5～8mm，如若超出或者是低于此范圍，則監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開啟報(bào)警功能。盤式制動(dòng)器在礦井中的應(yīng)用具有嚴(yán)格的規(guī)定與要求，其閘瓦、閘盤之間的間隙范圍應(yīng)控制在1.2～1.5mm，如若二者之間的間隙超出該范圍，則會(huì)對(duì)制動(dòng)器的制動(dòng)力距離產(chǎn)生不良影響，致使制動(dòng)力距離縮短[6]。

3.4 注重改進(jìn)制動(dòng)器結(jié)構(gòu)

礦井施工中，盤式制動(dòng)器的使用需要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，對(duì)其內(nèi)部各構(gòu)件進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。例如，利用增加活塞凹臺(tái)法，擰緊定螺栓，確保活塞和制動(dòng)液壓缸之間留有空隙，此時(shí)的碟簧彈片處于未壓縮狀態(tài)，表示盤式制動(dòng)器運(yùn)行正常。結(jié)構(gòu)形式改進(jìn)法，操作簡(jiǎn)單，費(fèi)用偏低，應(yīng)用經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，有助于盤式制動(dòng)器部分故障的解決。

4 礦井提升機(jī)盤式制動(dòng)器實(shí)驗(yàn)案例

（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模褐饕菍?duì)后置盤式制動(dòng)器性能的測(cè)量，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中記錄不同控制壓力下，后置式制動(dòng)器閘間的運(yùn)行軌跡，計(jì)算出其形成差值以及制動(dòng)力矩，以此確保盤式制動(dòng)器安全運(yùn)行。

（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)備：提升機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)、操作臺(tái)、液壓系統(tǒng)、電機(jī)控制開關(guān)以及制動(dòng)器裝置等。

（3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程：首先，當(dāng)盤式制動(dòng)器在自由狀態(tài)下時(shí)，調(diào)整其比例溢流閥，通過(guò)逐漸增加供油壓力的方式，讀取壓力值；其次，將液壓站供油壓力調(diào)至7.4MPa，10min 后觀察制動(dòng)器是否出現(xiàn)漏油故障；最后，將液壓站供油壓力調(diào)整至6.2MPa，此時(shí)蝶形彈簧被壓縮，閘間出現(xiàn)后移，測(cè)量制動(dòng)器性能。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)油壓設(shè)計(jì)值為6.2MPa時(shí)，盤式制動(dòng)器閘瓦的行程差值較大，提升機(jī)盤式制動(dòng)器在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的各類故障問(wèn)題，如前置油缸后置，會(huì)對(duì)后置盤式制動(dòng)器的運(yùn)行性能產(chǎn)生不良影響，需要礦井人員引起重視。

5 結(jié)束語(yǔ)

礦井提升機(jī)盤式制動(dòng)器的應(yīng)用，影響著煤礦生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的順利推進(jìn)。為此，盤式制動(dòng)器具有“礦井咽喉”之稱，如若在人員或物料運(yùn)輸中盤式制動(dòng)器突然出現(xiàn)故障，則可能會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的墜罐事故，危害礦井人員生命安全，增加煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失。常見的盤式制動(dòng)器故障有碟形彈簧故障、閘盤污染故障、閘間隙超標(biāo)故障以及盤型閘設(shè)計(jì)故障等，需要煤礦企業(yè)通過(guò)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)制動(dòng)正壓力、加強(qiáng)盤式制動(dòng)器維修、加強(qiáng)閘間隙監(jiān)測(cè)管控以及注重改進(jìn)制動(dòng)器結(jié)構(gòu)等措施給予解決。