矿井提升机制动机构存在的问题及改进措施

2020-07-31高鑫

机械管理开发 2020年6期

高鑫

（山西宏厦第一建设有限责任公司，山西阳泉 045000）

引言

我国的矿井提升机主要分为两大类：斜井和立井，通过卷筒带动钢丝绳为提升机提供动力，实现井上与井下之间运输的目的。由于我国工业技术发展比较迟，与西方发达国家相比，我国开采井类型较小，提升机提升高度低，加上井下作业安全系数要求高，故对提升机的设置必须要引起高度重视，并使其满足安全生产的需求[1]。

1 矿井提升机制动装置

制动装置是矿井提升机的重要组成部分之一，制动装置的作用就是减速、停车，对矿井提升机的安全运行具有非常重要的作用。传统提升机制动主要是通过操作者按下停止按钮，利用控制器切断卷筒电机的电源，停止卷筒电机继续转动，此时液压系统对卷筒进行机械摩擦，从而实现制动的目的。

1.1 制动机构的作用

传动机构和执行机构是制动机构的主要组成部分，传动机构主要用于控制和调节制动力矩，而执行机构则是直接作用在制动盘上或者是制动轮上产生制动力矩。

在矿山作业中，提升机的作业内容主要是运送人员、设备、材料和煤炭等等，在传统提升机制动上整个运输过程不会主动制动而需要人工通过脚踩制动开关阀操作。制动机构只有在减速或者是停机的时候才会工作，减速时制动机构工作，提升机减速，当提升机需要停车时，闸住提升机的摩擦轮或滚筒，从而实现提升机停车的目的[1]。在提升机减速、正常停车的过程中，需要一定的时间，由于摩擦力的大小和操作者的经验决定了停车的时间，且对操作者经验要求较高。当操作者经验不足时，会导致实际停车位置与理论位置存在较大的差异。另外在提升机更换调绳、钢丝绳和检修时，也会使用到制动机构。

联轴器和减速器的组合就是传动机构，通过降低直流电动机的电流外，还需要使用减速器，而减速器设定在主轴和电动机之间，其作用就是减速和传动动力。联轴器则是用于提升，为提升机提供动力。随着技术的发展和进步，为了实现更好的制动效果，大部分提升机都是使用液压盘形闸制动器，该类型的制动器具有良好的制动效果，可通过闸的副数实现力矩的大小调节，结构简单，安全系数高。

1.2 制动装置的分类及组成

矿井提升制动装置分为电气制动和机械制动。电气制动又分为动力制动和发电制动。动力制动主要依靠控制装置和制动电源实现制动的目的，由于具有足够大的制动力矩，整个制动装置结构简单，控制作用良好，故得到广泛的应用。而发电制动主要依靠低频发电实现制动且制动效果不佳，故很少应用。

机械制动装置包括制传动系统和制动闸，传动系统的作用主要是控制、调节制动力矩的机构，根据动力源分为气压系统和油压系统。制动闸直接作用制动盘和制动轮上产生制动力矩的机构，根据结构分为盘式制动闸和轮式制动盘。

2 矿井提升机制动机构失效的原因

盘形制动器、液压管路和液压站是矿井提升机的主要制动机构，导致提升机制动机构失效与各个装置有关。

2.1 液压站压力过高

液压系统的压力对液压站来说至关重要，主要是通过调节溢流阀实现控制的目的，当液压系统的压力过高且不能调节压力时，为了实现控制的目的，必须要确认溢流阀是否正常，一般情况下溢流阀内部会存在堵塞以及其他问题[2]。

2.2 液压管路堵塞

在矿井提升机制动失效中，常见的液压管路问题是回油管堵塞，导致回油管堵塞的原因是回油滤芯堵塞，另外还存在回油管线的阀门开启过小以及阀门损坏。如果回油管有顺序阀门或者是平衡阀门，当这些阀调节过高时，导致液压管路内的压力过高，从而导致提升机失效，如果是回油节流阀的流量阀调节过小，导致液压管路的压力过小，也会出现制动失效。

2.3 盘形制动器失效

常见的盘形制动器失效的原因有很多种，对制动器失效的判定主要是制动器不能按照规定完成制动任务，或者制动效果较差[3]。导致提升机失效的原因主要分为松闸失效和制动失效。

2.3.1 松闸失效

导致制动器松闸失效的原因有两种：液压缸配合过紧或卡缸，导致活塞运动阻力增大，制动器压力无法完全克服活塞运动阻力，最终导致盘形制动器敞不开闸；液压站油压不足时，也会导致活塞运动阻力和弹簧力无法克服。

2.3.2 制动失效

盘形制动器制动失效原因是制动力矩不足，当制动器输出的正压力不足时，就会导致制动失效。正压力不足的原因有活塞的大螺栓和联接衬板筒体出现松动；油路堵塞或油质污染导致制动系统残压过大；液压油污染、活塞密封圈老化导致活塞运动阻力增大；闸瓦过度磨损或制动盘偏摆过大导致两组之间的间隙过大；碟簧出现疲劳或断裂导致刚度不足[4]。当制动盘和闸瓦之间的摩擦因素降低，也会导致盘形制动器出现失效，其原因与物体的运动速度有关，闸瓦接触面发生变形，闸瓦表明有油污污染或者是制动盘表面被污染。

3 矿井提升制动机构的改进措施

3.1 盘形制动器失效的改进措施

根据《金属非金属矿石安全规程》的相关要求，定期对矿井提升机制动机构进行安全制动性能和工作制动性能检测，并计算制动机构制动力矩，测量安全制动的速度。制动盘被污染是导致盘形制动器失效的主要原因之一，故在每日作业中必须要检查一次，确保制动盘表面无污染，以防制动盘和闸瓦之间摩擦因数增大。如果在正常作业中，出现漏油现象必须要及时更换密封圈。在矿井提升机下拉重物时，必须要采取双效制动，否则依靠制动盘制动，会导致闸瓦发热，导致盘形制动器失效[5]。液压油更换周期半年一次，为确保液压油质纯正，在更换前必须要对液压站进行彻底清洗，在开班前必须要确认液压油量是否正常。碟形弹簧使用次数不能超过50 万次，否则会影响到制动效果。定期检测制动器的空动时间，如果空动时间超过0.3 s 必须要对其进行检测，检测周期半年一次，同时检查表面是否有变形和裂纹现象，清理部件表面锈迹，检查液压缸是否磨损，一旦发现磨损严重必须立即更换。

3.2 基于PLC+变频器设计控制制动系统

PLC 具有抗干扰性、扩展性、程序可移植性、稳定性、可靠性等优势，在工业环境中得到广泛的应用。基于PLC+变频器设计控制制动系统有四个组成部分：显示单元、控制单元、制动单元和辅助单元[6]。显示单元主要是显示转速值、深度值、电压和电流值等等。控制单元包括变频器和PLC 控制系统（见图1），通过PLC 发出控制指令实现对电动机转速的控制，需要在原有的基础上增加变频和加工转换功能。制动单元包括能耗制动单元和回馈制动单元，能耗制动单元可以单独使用，也可以配合回馈单元使用；回馈制动利用变频器将再生能量回馈给电网。辅助单元主要是一些辅助设备，包括打印机、DCS 系统和上位机监控系统（见图2）。