矿用提升机盘式制动器失效因素分析

胡程程

摘要：通过对盘式制动器的受力分析，概述了制动器开合阶段及理想状态下制动力、制动力矩与油压等工作参数的关系。归纳了失效机理，建立了失效分析图，从制动正压力、摩擦系数、有效接触面积等方面进行剖析，明确指出盘式制动器失效的主导因素是制动力不足。

关键词：盘式制动器;失效因素;制动力不足

引言

矿用提升机作为矿井井下与地面的“咽喉”设备，在煤炭生产中占有特别重要的地位，其可靠性、安全性在一定程度上受其制动性能所制约。当前，国内外矿用提升机都使用液压盘式制动器进行制动。本文着重通过对盘式制动器失效机理进行分析，为盘式制动器的结构优化奠定理论基础。

一、制动器工作原理

提升机正常运行期间，盘式制动器主要受液压油作用力Fy、碟簧产生的作用力Fd、运动综合阻力Fz的共同作用，具体见图1。

1.1制动正压力

液压缸内产生的力F等于液压油油压P乘以液压缸作用面积A;盘式制动器在制动状态下，碟簧受到的作用力Fd等于碟簧刚度k乘以碟簧组的预压缩量x。

在制动器开闸过程中，随着油压P增大液压缸内产生的力F增大，推动活塞压缩碟簧，运动综合阻力F由运动阻力、缸体和制动器间摩擦阻力等构成，其方向与活塞运动方向相反。当油压满足F>F，闸瓦开始脱离制动盘至完全开闸，此时制动器内部受力：

F=F+F（1）

在制动器合闸过程中，制动正压力受闸瓦变形量、碟簧压缩量、运动综合阻力、液压残压等因素影响。此时，运动综合阻力与碟簧作用力方向相反，所以制动正压力表示为：

F=F- F-F= k·x- F- P·A（2）

式中：

F—液压缸内残压产生的力，N;

P—液压系统中残压，Pa。

理想状态下，P为零，制动正压力表示为：

F=F- F= k·x- F（3）

1.2制动力矩M

提升机滚筒的制动力矩受制动力、制动副数、摩擦系数、制动半径等因素影响。

M=2·n·f·r ·F（4）

式中：

f—闸瓦和制动盘之间的摩擦因数;

r—制动半径，mm;

n—制动器副数。

二、失效因素分析

盘式制动器失效主要表现为：开闸失效、松闸失效、制动力矩不足、制动力矩过大。主导因素是制動力矩不足。根据（2）和（4）计算公式可知，主要影响因素包括：制动正压力不足、摩擦系数降低和有效接触面积减小。

2.1制动正压力不足

2.1.1碟簧的预压缩量和碟簧刚度

碟簧的预压缩量直接影响闸瓦施加制动盘的作用力大小，碟簧刚度影响工作效果。在工作过程中，碟簧一直处于压缩、拉伸切换状态中，经过反复拉压造成碟簧疲劳破坏。

2.1.2闸瓦磨损

制动器在安装完成后，需经常用塞尺测量校正闸间隙，根据《煤炭安全规程》要求，闸间隙不得大于2mm。制动器在长期使用中闸瓦磨损会导致闸瓦与制动盘间隙越来越大。

2.1.3闸瓦偏摆

闸瓦制造、安装误差过大会导致闸瓦偏摆。偏摆过大会减小闸瓦和制动盘的接触面积，使制动器整体受力不均，疲劳加剧。

2.1.4液压系统残压

系统内液压油在使用过程中受到污染导致回油不畅，无法实现完全卸载，造成系统内残压过大，降低制动力矩，甚至制动能力完全丧失。

2.1.5运动综合阻力

运动综合阻力是由活塞在油缸中的运动阻力、筒体和制动器间摩擦阻力等构成，特别是卡缸事故，会造成制动能力完全丧失。

2.1.6提升机运行速度过高

提升机运行速度过快，造成闸瓦与制动盘的快速磨损，降低制动力矩从而在制动效果上打折扣。

2.2摩擦系数降低

闸瓦和制动盘受油污污染会明显降低摩擦系数，导致制动力矩显著下降。

2.3接触面积减少

2.3.1零部件制造安装误差大

闸瓦和制动盘制造、安装误差大，会严重影响活塞受力大小，下降制动性能。

2.3.2盘式制动器结构设计不合理

盘式制动器结构设计不合理导致使用过程中出现结构实效性破坏：整体变形、断裂。

2.3.3闸瓦温度过高

夏季工作中，闸瓦与制动盘反复摩擦导致闸瓦表面温度过热，产生热衰退现象，温度的循环变化引起内应力变化并产生疲劳变化，造成闸瓦和制动盘接触面积减小。

综上，建立失效分析图，见图2。

三、结语

本文通过对盘式制动器的受力分析重点归纳盘式制动器的失效机理，具体内容如下：

（1）结合盘式制动器的工作原理和结构特点，进行受力分析，概述了制动器开合阶段及理想状态下制动力、制动力矩与油压等工作参数的关系。

（2）归纳研究盘式制动器的失效机理，主要形式是制动失效，主导因素是制动力不足。从制动正压力、摩擦系数、有效接触面积等方面进行深入分析，建立了失效分析图，为盘式制动器进一步的结构优化提供理论基础。

参考文献：

[1]陈维健 齐秀丽 肖林京 张开如 主编 《矿山运输与提升设备》[M]，徐州 中国矿业大学出版社，2008

[2]煤矿机电设备完好标准[S].国家煤炭安全总局，2003：26-30