简析矿井提升机盘式制动器可靠性

杨明利　胡晓林

摘要:制动器是直接作用于制动轮或制动盘上产生制动力矩的机构,按结构可分为块闸和盘闸,现在矿井提升机用的制动器大部分是液压盘式制动器,因此,对盘式制动器工作可靠性的分析及监测,具有客观现实的意义。

关键词:提升机制动器可靠性

0 引言

在矿井提升系统中,矿井提升机的主要任务是沿井筒提升煤炭、矿石和矸石;升降人员和设备;下放材料和工具等。矿井提升设备是联系井下与地面的主要提升运输工具,因此它在整个矿井生产中占有重要的地位。制动装置是矿井提升机的重要组成部分之一,直接关系着提升设备的安全运行。由于提升机的安全运行,很大程度是要完善设备的保护设施的可靠性和自动化程度,减少维修量,延长使用寿命,更重要的是取决于制动系统的可靠性,防止和杜绝故障的发生。因此,努力提高液压传动装置和盘形制动器的可靠性有着非常重要的实际意义。

1 盘式制动器的可靠性理解

从狭义可靠性理解,盘式制动器包含不可维修因素,如制动弹簧失效之后,影响制动力矩,需要更换新弹簧才能使制动器可靠性达到原有水平;闸瓦与闸盘之间摩擦系数衰减,也只能靠更换新闸瓦方能维持原有可靠性水平。从广义可靠性理解,盘式制动器含有可维修因素,如闸瓦磨损后产生的间隙增大,经调整便可达到原有可靠性;液压站零件发生故障,修理后也能使制动器可靠性达到设计水平。由此可知,制动器的工作可靠性是固有可靠性和使用可靠性的综合反映。固有可靠性是由制动器设计制造及材料等因素决定的,在制动器产品出厂时便已明确,使用可靠性则是安装、维护及操作等因素决定的,它反映了制动器固有可靠性在实际运行中的发挥程度,因此,固有可靠性的体现,受使用可靠性的限制,固有可靠性再高,使用可靠性却较低,制动器的实际工作可靠性依然不会高。

2 制动器的故障模式分析

提升机制动器的故障,是指制动器未能达到设计规定的要求(如制动力矩不足或制动减速度超限),因而完不成规定的制动任务或完成得不好。盘式制动器有许多故障,但并不是所有故障都会造成严重后果,仅是其中一些故障会影响制动器功能或造成事故损失。因此,在分析制动器故障的同时,还需要对故障的影响或后果进行评价,这称为故障模式和影响分析。制动系统中包括功能件、组件和零件。所谓功能件,是指由几个到几百个零部件组成的,具有独立功能的子系统,例如液压站、盘闸、控制台;组件是由两个以上的零部件构成的并在子系统中保持特定功能的部件,如电磁阀、电液调压装置;零件是指无法继续分解的具有设计规定的单个部件。一般情况下,零件故障都可能导致制动器的故障。在运行过程中,规定时间内无法启动,预定时间内无法停车,制动能力降级或受阻。显然,制动力矩不足等故障将直接引发制动器致命性故障,应倍加注意。近年在实际使用中,已多次发生盘式制动器刹不住车引发的“放大滑”事故,造成很大的经济损失。根据上述可靠性的论述,制动器的固有可靠性和使用可靠性的串联乘积,正体现了制动器的工作可靠性。

3 制动器工作可靠评定

制动装置各单元之间常常表现为串联关系,只有液压站的动力部分是冷储备关系,而多副盘形闸的制动力矩则是表决状态关系(或简化为并联关系),这些复杂的功能关系使制动装置的可靠性评定比较复杂。在实际工作中,制动装置可靠性评定分为现场可靠性评定和理论可靠性评定。现场可靠性评定是通过收集现场运行提升机的寿命数据,对制动器的MTBF、λ和寿命分布等参数进行估计;理论可靠性评定则是依据可靠性计算方法,对制动器关键单元的可靠性做分析计算。显然,现场可靠性评定具有全面性,方法简单;而理论可靠性评定则过于抽象,但却具有指导意义。

4 制动器维护可靠性评定

我们从实践中可以体会到,维护良好的制动器一般情况下都能够发挥应有的功能,而维护不善的制动器则往往潜伏事故隐患。从制动器的故障模式分析不难看到,保证制动器的固有可靠性的主要维护工作包括:①制动闸瓦与闸盘间隙的调整;②闸盘污染控制;③液压站油压值整定及残压限制。在以上三项维护工作中,若有一项维护工作未做好,都会影响制动器的固有可靠性发挥。因此,维护可靠性是这三项单元可靠性的串联组合,即闸瓦同步贴闸可靠性、闸盘污染可靠性与液压站残压可靠性三者的乘积。贴闸可靠性是指制动器所有制动闸同步贴闸的能力;若贴闸同步能力差,则制动力矩达不到设计值,固有可靠性保障能力差。闸盘污染可靠性是指污染闸盘与闸瓦摩擦制动力矩不减值的能力;残压可靠性则是指液压站残压不超过规定值的能力。由于当前维护工作和结构设计中对闸盘污染都给予高度重视,所以发生非人为污染的概率非常小。残压可靠性与液压系统故障和电液阀调整、阀弹簧的抗疲劳能力有关。因此,维护可靠性的重点在于闸瓦间隙调整而影响的贴闸可靠性。

一般情况下,制动闸不同步的原因在于闸瓦间隙差别和油缸阻力差别。贴闸油压的离散程度能够反映制动闸的贴闸可靠性,贴闸油压越集中,同步贴闸数目越大,贴闸可靠性也越高;反之,贴闸油压愈分散,贴闸同步性愈差,贴闸可靠性也愈低。

5 制动器与液压传动装置的监测

为了进一步提高制动器与液压传动装置的可靠性,增强监测功能是必要的。如果制动器和液压传动装置出现故障,特别是液压的残压以及油污染会导致电磁换向阀的卡住等,都会造成严重后果。监测用的常用方法有:①PBM监测方法:利用该仪器与液压站油压制动阀联合使用,监测制动力矩,闸瓦间隙和闸瓦同步状态,而且还具有检测制动闸空动时间,闸瓦摩擦;能够识别诸如蝶性弹簧断裂失效,闸瓦磨损,残压过高,油路不畅通和油缸受卡等故障。②盘形制动器控制补偿增压装置:为了保证盘形制动器的工作可靠性,中国矿业大学开发盘形制动器控制补偿增压,利用该装置,能够在制动器制动力矩意外降低而刹不住闸时,补偿制动力矩,增大制动力,从而保证提升机安全可靠。

6 结束语

目前,因盘式制动器已经克服了块式制动可靠性不高的缺点,已被广泛地使用。制动装置是提升机不可缺少的重要组成部分,提升机的各种保护措施,都要终结于制动装置,其可靠性直接关系到矿井的安全生产,因此,对提升机盘式制动装置可靠性的研究,了解其工作可靠性评定、维护可靠性评定将对提升安全系统具有特别重要的意义,有利于了解设备运行的规律,制定科学的维护制度,另外,减少和预防油污染对提升机系统的可靠性有重大意义,从而保证煤矿安全生产。

参考文献:

[1]夏荣海,郝玉琛.矿井提升机械设备[M].徐州:中国矿业学院出版社.1997.

[2]中华人民共和国能源部.煤矿安全规程.1992年版执行说明[Z].山西科学技术出版社.1998.