立井摩擦式提升机传动和制动失效分析与预防*

牛军军

（义煤集团新安县云顶煤业有限公司，河南 洛阳471800）

0 引言

随着深井大型矿山开采的增多，摩擦式提升机的应用越来越广。提升机在整个矿山生产中占有重要地位，其运转的安全性不仅仅影响矿山的生产，还直接涉及人员的生命安全[1]。提升机传动与制动系统是保证提升机安全运行的最核心部分，是实现提升机连续运转、减速停车以及在各种故障情况下执行紧急制动、安全停车的保证[2]。

1 摩擦提升机传动与制动形式

摩擦提升机是利用电动机来驱动摩擦轮转动，依靠钢丝绳与摩擦衬垫之间的摩擦力来实现重物的提升与下放[3]。摩擦提升机的传动方式主要有两种：一种是电动机通过减速器驱动摩擦轮；另一种是直联结构，提升机主轴与电机转子相连，电动机直接驱动摩擦轮，如图1所示。随着技术的不断进步，提升设备传动链中配备有各种机械与电器保护，使其可靠性越来越高。据统计，摩擦式提升传动失效主要集中为“打滑”即提升钢丝绳和摩擦轮产生了整体相对滑动[4]。

目前，绝大多数矿井提升机采用液压站+盘形制动器制动，如图2所示。其主要优点有:结构紧凑,惯性小,动作快,灵敏度高；操作方便,通用性强，制动力矩可调性好，安装维护方便；特别是每台设备同时使用多对制动器,如果出现某一个失灵，也仅仅影响很小部分的制动力矩，故可靠性高[5]。不同规格设备，根据其实际最大静张力差来进行制动器对数的选取。制动失效主要表现为“跑车”，会对提升系统造成极其严重的危害。

图1 摩擦提升机传动形式

图2 液压制动系统

2 传动失效分析与预防

摩擦式提升机实际运行过程主要经历的工况有：重物提升加速阶段、匀速段及减速段；重物下放加速阶段、匀速段及减速段；及空载运行加速阶段、匀速段及减速段等。其中，重物提升加速、减速段和重物下放减速段是最容易产生钢丝绳滑动失效，其防滑系数计算方法如下。

重物上提加速段防滑系数

重物上提减速段防滑系数

重物下放减速段防滑系数

式中：Ts为重载侧钢丝绳张力N；Tj为轻载侧钢丝绳张力N；m1为摩擦轮重载侧变位质量kg；m2为摩擦轮轻载侧变位质量kg；u为摩擦衬垫摩擦系数；a为钢丝绳在摩擦轮上的围包角；a1为实际上提运行是加速度m/s2；a2为实际上提运行时减速度m/s2；a3为实际下放运行时减速度m/s2；为提升系统动防滑设计系数，《煤炭设计规范》取1.25。从公式（1）、（2）和（3）中可以看出，当提升系统选型确定后，影响防滑系数的参数只剩衬垫摩擦系数及钢丝绳在摩擦轮上的围包角。

预防打滑的主要措施有：①采用高摩衬垫，当前使用进口材质国内压制的衬垫实验摩擦系数都超过0.28，有的甚至超过了0.3。②增加钢丝绳在摩擦轮上的围包角，考虑对钢丝绳寿命与摩擦轮应力的影响，可将围包角提高到190°-195°[6]。③保持钢丝绳的清洁，特别是落地式摩擦提升机在钢丝绳结有冰雪时，应该先慢速空载运行半小时，待钢丝绳冰水脱落后，再正常提升。④在钢丝绳安全系数和衬垫比压能够满足的情况下，增加容器的自身重量；该方法的缺点就是增大了系统惯量，能耗会有所提高。⑤采用容器+平衡锤提升方式，平衡锤的重量设置为容器重量+有效提升量/2；该方法缺点就是比双容器提升的效率大大降低了。

3 制动失效分析与预防

提升机制动系统主要由液压站和盘形制动器装置组成。制动系统的失效就包括了液压站故障引起的失效和盘形制动器故障引起失效。本文暂不考虑液压站的影响，故将盘形制动器装置从制动系统分离出来，作为一个单一系统进行分析研究。按照《煤安规程》要求制动力矩不得小于提升设备静力矩的3倍.

1）设备静力矩计算。

2）制动力矩计算。

根据规程要求，制动力矩必须满足：

式中：Fj为提升机的最大静张力差，N；Dm为摩擦轮名义直径，m；n为制动器头个数；k为蝶形弹簧刚度，N/m；为蝶形弹簧与压缩量，m；F0为制动器活塞运动阻力，N；Pc为制动器油缸的残压，Pa；A为油缸横截面积，m2；f为闸瓦的摩擦轮；Rm为摩擦制动半径，m。从公式（4）、（5）和（6）可知，要确保有足够的制动力矩，必须保证制动器的对数、闸瓦摩擦力和碟簧刚度等足够，尽可能降低活塞阻力和油缸的残压。

预防制动失效的主要措施有：①必须按照规程的要求，布置足够的制动器对数，设计时一般按不小于静力矩的3.25倍进行选取；如果系统惯量较大时，倍数会进一步加大。②选择质量可靠的闸瓦，确保摩擦系数符合要求。此外，还严格控制制动过程的闸瓦温度。当闸瓦温度超过80度时，摩擦系数会极具下降，给制动系统带巨大危害。③经常检测闸瓦间隙并及时调整，一般要求其值≤2mm。使用过程中由于闸瓦磨损，其间隙将会变大，碟形弹簧预压量将随着闸瓦间隙的增大而减小，制动力也随之减小[7]。④保护制动盘的清洁，防止油污等杂质飞溅到制动盘，降低其与闸瓦之间的摩擦系数。⑤控制制动器油缸的残压。盘形制动器是依靠油压松闸和蝶形弹簧力制动，残压的增大将使制动力矩降低。

4 结 语

在矿井提升系统中，摩擦衬垫与钢丝绳之间的摩擦力是其传动的核心，而盘形制动器也是液压制动系统的核心。分析两者主要失效原因，并建立相应的措施，对进一步提高提升机安全运行起到一定的作用。提升机的运行关乎到矿工的生命安全，解决其传动和制动系统中存在的问题具有非常重要的现实意义。