煤矿提升机液压制动系统的优化

张宝良

（山西焦煤汾西矿业（集团）有限责任公司高阳煤矿， 山西 孝义 032399）

引言

矿井提升机在井筒中被用来提升罐笼、矿车等，属于一种大型矿井运输设备，是机械液压电气一体化设备[1]。矿井提升机不仅有一个复杂的机电系统还有多元复杂的机械部件，机械部分是一个靠弹性元件相互作用的多质量、多自由度的力学体系。提升机不同的工作状态对应着不同的力学形态。矿井提升机作为沟通矿井与地面的纽带，使用比较频繁，负载重量变化较大，这就需要其制动装置性能良好。

1 液压制动系统故障分析

矿井提升机的运行状态比较多，存在加速、减速、匀速、启动以及停车等不同运行状态。提升机由多部分装置组成，制动系统作为其重要的部件直接影响提升机的提升效率。制动系统有三部分组成，分别为制动装置、液压装置以及电控装置，其中制动传动机构以及制动器这两部分组成制动装置[2]。液压装置的作用是控制提升机的安全制动、工作制动以及提升机的运行。液压装置控制制动器和卷筒轮边缘之间相互摩擦产生力矩，要求液压装置动作灵敏并且可调。传动机构用来产生和调节制动力;重力、机械力、液压或气压共同作用产生制动力。液压系统的性能直接影响提升机的提升效率。

造成提升机制动事故主要有以下两方面的原因：在提升机提升终端，提升机不能及时停止；当发生紧急状况时，提升机安全制动无法及时发挥作用。使得其一旦发生故障，必然会影响矿井的生产效率，严重时甚至会造成人员伤亡。某矿的主提升机时常出现制动故障，通过对提升机液压制动系统进行检修发现造成事故的具体故障为：其一，提升机制动系统的液压油站的制动力设置不合理导致制动时间过长；其二，液压站的电液调压装置故障导致工作制动不稳定；其三，液压油中含有杂质或管路流通不畅导致在进行紧急制动时，管路中的液压油供应不足；其四，由于制动系统中的残压过高，导致盘形制动器的内部蝶簧无法展开或部分展开，造成制动力不足；其五，电磁阀出现卡阀故障，导致液压油供应不足。

2 制动系统的改进措施

针对煤矿提升机制动系统容易出现的故障，对提升系统进行优化改进，以提高提升机制动系统的可靠性。

2.1 增设紧急卸压回路

在液压站与盘形制动器之间的油管A、B上均增设一个 22D-25H 型电磁阀（G7，G8），可在人工操作的条件下作为紧急制动的卸压回路，并且卸压回路中的二通阀具有带电关断、无电回流的功能。改进之后制动系统的液压工作原理如图1所示。

改造电磁阀控制回路。将原制动系统的备用回路改装成卸压回路。为保证其可靠性，采用独立的UPS电源进行独立供电，并加装两个交流接触器（1JC，2JC）和时间继电器（SJ），在总控制台上设置紧急卸压开关（AK）以实现人工控制紧急卸压回路。由于采取的是独立电源控制，所以电磁阀控制回路与原液制动系统的电气控制回路相独立。如图2所示，为紧急卸压回路电气控制系统的原理图。其工作原理如下：

图1 改进之后的制动系统的液压工作原理图

1）回路正常工作状态：阀 G3、G4、G5处于带电状态阀门吸合，关闭紧急卸压开关AK，电磁阀G7、G8关闭，阀 G1、G2、G6断电。液压油分别经过 G3、G4供油到左、右盘形制动器，在液压油的传压作用下完成紧闸或松闸动作实现制动功能；在需要进行紧急制动操作时，阀G3、G4均断电，与A管连接的盘形制动器内的液压油经过阀G5快速回流，完成一级制动，B管连接盘形制动器内余下的液压油依次经过减压阀6、单向阀9、蓄压器8、溢流阀7卸压，阀G5断电延时、G6延时通电完成二级制动。在需要完成安全制动时，G5、G6均断电，两个盘形制动器内的液压油完成快速回流。而在提升机正常工作时，电磁阀G7、G8不参与液压油的控制，不会对提升机的其余功能造成影响。

2）当液压站出现故障，例如控制阀出现卡阀时，提升机司机可以进行人工控制紧急卸压回路，盘形制动器内的液压油迅速进入卸压回路实现提升机的迅速制动。具体工作原理为：当需要提升机在井筒中就完成紧急制动时，司机进行手动操作切断紧急卸压开关AK，交流继电器1JC断电，时间继电器SJ断电，同时安全回路开始工作，阀 G3、G4、G5断电，盘形制动器流经A管通过G3、G8快速回流完成一级制动。另一个盘形制动器内的液压油依次经过减压阀6、单向阀9、蓄压器8、溢流阀7实现卸压，并且G5、G7延时断电、G6延时通电完成二级制动。当需要在井口完成提升机紧急制动时，阀 G3、G4、G5、G6、G7和G8均被切断电源，两个盘形制动器内的液压油快速流空完成提升机的制动。

2.2 改进元件装置

为提高提升机制动系统的稳定性，对提升机的部分元件进行改进，具体改进如下：

1）采用调压线性度高、跟随性强、调压稳定的电液比例溢流阀替换掉十字弹簧电液调压装置。

2）通过在提升系统的液压回路中接入电接点压力表来监控回路中的残压，一旦回路中的残压超过限定值时就会发出警报，提醒工作人员进行检修，防止因残压过高造成的制动力减小。

3）将非接触电磁阀阀芯监测传感器安装在液压制动系统中的所有电磁阀中，以监测电磁阀的工作状态，一旦电磁阀出现故障就会发出警报。

图2 紧急卸压回路电气控制系统的原理图

3 现场应用及改进建议

将该矿主提升机的液压制动系统按设计进行改进。进行了为期一个月的工业试验，在试验期间仅发生一起电磁阀卡阀报警，由于处理及时，并未导致提升机制动事故的发生。因此，该改进提升了提升机制动系统的可靠性，确保了提升系统的安全性。但经过现场试验，发现该系统仍有优化的空间。具体优化方案如下：

1）紧急卸压回路在单独控制时必须设有可靠的独立电源。应将控制开关AK设置在提升机司机便于控制的位置；紧急卸压回路中的电磁阀G7在井中制动时应设置成延时断电，在接近井口时应设置成瞬时断电；为保证制动系统中二级制动的效果不受影响，必须保证电磁阀G7的断电延时设置在0.5 s；在紧急卸压回路内的液压油回油时，进行换向回路断电，以防止出现提升机制动仍未断电。

2）定期进行紧急卸压回路可靠性测试。具体试验步骤如下：提升机以2 m/s或2 m/s以下的速度进行空载运行，操控控制系统进行紧急卸压操作，读取油压表的读数，看油压是否下降，二级制动系统的油压是否延时降低以及制动器是否工作；在提升机靠近井口时，进行紧急制动操作，读取系统油压及二级制动管路油压是否及时降低以及制动器是否工作。

3）定期对制动系统的电磁阀和油管进行清洗维护，在非必要条件下不启用紧急卸压制动操作。

4 结语

经过现场试验，证明了增设紧急卸压回路和增设电磁阀来控制回路以及对提升机部分元件的改进，有效避免了提升机事故的发生，可见制动系统的性能直接影响提升机的提升能力与安全性。