矿井提升机盘式制动器故障分析与应对措施

孙阳阳

（山西地宝能源有限公司，山西太原030045）

矿井工作具有一定的危险性，随着开挖深度的逐渐加深，井下作业区远离地面，各种人员及物料的运输需要借助机械设备来完成。在矿井提升系统中，盘式制动器的安全运行直接影响着矿井的生产安全，如若盘式制动器出现任何故障，则会影响井上、井下间各物质的运输，严重的情况下，可能会导致煤矿开采停工。为此，煤矿企业相关人员需要注重对盘式制动器各种故障的分析，依据分析结果寻找解决策略。

1 矿井提升机盘式制动器相关介绍

1.1 制动器原理及特点

（1）原理。盘式制动器中的制动系统可以通过液压站向制动器提供压力油，以此驱动提升机运转。在盘式制动器运转时，依据矿井施工情况，液压站会通过适当调整压力的方式，致使制动器产生的制动力与其相反，当出现故障问题时，制动器产生的压力会转变为残压，此时盘式制动器会最大限度地利用所产生的制动力制动停车，盘式制动器结构图如图1所示。

图1 盘式制动器结构图

（2）特点。盘式制动器的作业面较平，且具有两面传热的功能，其最大的特点是具有较为稳定的制动效能，在运转过程中的圆盘旋转冷却速度快，可有效防止制动器出现变形的问题[1]。同时，盘式制动器结构简单，具有自动调整制动间隙的功能，日常维修较为便利。

1.2 制动器的应用优势

优势：①制动面平整，结构紧凑，自由通风效果良好，且具有较好的传热性能，安装过程中有助于确保闸瓦承载处于最佳状态。②闸瓦、闸盘间的压力分布均匀，二者发热时可使得制动面逐渐趋于平整。③制动器表盘上的伸缩缝宽度适中，升温能力较强，通风结构合理。同时，闸盘轴向热伸长较小，致使闸块空隙缩小。④盘式制动器的制动力距离能够调节，且可调节的范围较大，操作较为简单。⑤制动器中的制动系统动作迅速、反应速度灵敏，空行程偏小，具有较好的通用性，在盘式闸数量发生改变的情况下，能够满足绞车的制动要求。⑥盘式制动器运转时的安全性能较高，在矿井中的应用具有较高的可靠性。部分盘式闸因故障而失灵时可自动施闸，且其余盘式闸可正常运转。提升机盘式制动器见图2。

图2 提升机盘式制动器图

2 矿井提升机盘式制动器故障分析

2.1 碟形弹簧故障

碟形弹簧故障主要表现在其安装与应用过程中，一方面，碟形弹簧的表面为凹凸状，工作人员在对其进行安装的过程中，容易将凹凸面的安装方向弄错。碟形弹簧的安装方向固定，如若工作人员将其方向安装错误，致使碟形弹簧的变形度较小，又或者是无任何变形现象，则会导致制动器失效。正确地安装方向是其凹凸面相对应，且成对安装，最靠近碟形弹簧盖的端点处可使用单片，有助于碟形弹簧的变形程度达到最大化。另一方面，碟形弹簧使用有误，相同规格的碟形弹簧，其厚度会有所不同，安装不同厚度的碟形弹簧可使得制动器顶端与低端间距的误差在0.8～1mm，误差偏大会影响制动器的运行效果[2]。碟形弹簧见图3。

图3 碟形弹簧图

2.2 闸盘污染故障

闸盘污染故障的主要表现有三：第一，制动器油缸泄漏造成闸盘被污染，致使摩擦系数下降，该表现在制动器运转过程中最为常见；第二，油管漏油造成闸盘被污染，长时间的运行会使得油管出现老化或者是破损的问题，维修与更换不及时，便可出现漏油现象，如若油管内压力较大，则会有大量油量漏出，加重闸盘被污染的程度，长此以往，可能引起重大的盘式制动器安全事故；第三，盘式制动器运行过程中，提升机的钢丝绳所夹带的油污会飞溅至闸盘之上，污染闸盘。

2.3 闸间隙超标故障

依据我国制定的《煤矿安全规定》，盘式制动器的闸瓦、闸盘之间的间隙应小于2mm，如若间隙超过2mm，则制动器会自动报警并闭锁下次开车,针对于该故障的介绍以葛泉矿葛泉井主井提升机盘式制动器应用为例，该提升机的弹簧总压缩量为9.8mm，油压开闸力为45.1kN[3]。设X为最大静负荷力矩，Y为制动力矩，k为碟簧刚度，x为碟簧变形量，kx为碟簧力，常规情况下Y/X≥3，当制动力值为36kN 时，间隙值为2mm，Y/X=3；当制动力值为40.5kN 时，间隙值为1mm，Y/X=3.4[4]。由此可知，盘式制动器闸瓦、闸间之间的间隙具有一定范围，超出范围则会引起闸间隙超标故障。

2.4 盘形闸设计故障

盘式制动器在运行过程中，故障问题在所难免，故障频发的原因与制动器盘形闸及附件设计缺少科学性有关。盘式制动器的运行涉及多种设备构件，如若因设计不科学而导致油缸后移、油泥堵塞等问题的出现，又或者是基础构件安装错误等，其盘形闸可能会优先出现故障，影响制动器的正常运行。除此之外，如若盘式制动器的活塞设计缺少科学性，则其制动力的距离会缩短，制动时闸瓦与滚筒制动盘之间会出现间隙，此时制动器的制动力应当为零。制动器中设有碟形弹簧构件，其变形后所产生的弹力可转化成为制动正压力，解决制动力距离不足的故障。

3 矿井提升机盘式制动器故障解决

3.1 加强监测制动正压力

针对制动正压力的监测方法分两种，一种是直接测量法，即通过传感器碟簧座的安装，对碟形弹簧的变形性能进行测量。传感碟簧座的外部构造有内、外凹槽，其中外凹槽内部设有碟簧，内槽里面的圆周设有应变片，蝶形弹簧的弹力以及变形程度均是由应变片的变形量进行的监测，此种监测属于动态监测，制动器运转时，闸盘所受的制动正压力值与碟形弹簧力值相同，以此测量出制动力距。另一种是间接测量法，制动正压力值由液压缸的油压计算得出。根据位移传感器与油压，测量绘制完成油压曲线与闸间隙曲线，并观察、计算得出抱闸压油及开闸压油，随后依据蝶形弹簧确认制动正压力值。

3.2 加强盘式制动器维修

矿井施工中，随着地下煤矿开挖深度的逐渐加深，施工过程中施工人员及施工物料的运送难度增加，此时需要提升机盘式制动器提供帮助。盘式制动器主要是由液压控制，基本的零部件包括分泵、制动钳、制动盘以及油管等，具有重量轻、构造简单、散热快以及调整便利等特点，长时间的运行会产生一定损耗，需要工作人员注重日常维修，利用先进的动态监测系统对气闸间隙与制动正压力进行实时监测，依据监测结果定期开展检修工作，工作具体内容包括更换蝶形弹簧片与密封件、调整间隙以及紧固防旋转螺钉等，有助于延长盘式制动器的使用寿命，提高其运行安全[5]。

3.3 加强闸间隙监测管控

针对于盘式制动器闸间隙的监测，常用的监测设备是电涡流非接触位移传感器，该设备的应用可将闸间隙的监测误差控制在2%以内，设备安装的具体位置需要与合闸时探头的初始位置相距5～8mm，如若超出或者是低于此范围，则监测系统会自动开启报警功能。盘式制动器在矿井中的应用具有严格的规定与要求，其闸瓦、闸盘之间的间隙范围应控制在1.2～1.5mm，如若二者之间的间隙超出该范围，则会对制动器的制动力距离产生不良影响，致使制动力距离缩短[6]。

3.4 注重改进制动器结构

矿井施工中，盘式制动器的使用需要依据现场实际施工情况，对其内部各构件进行适当调整。例如，利用增加活塞凹台法，拧紧定螺栓，确保活塞和制动液压缸之间留有空隙，此时的碟簧弹片处于未压缩状态，表示盘式制动器运行正常。结构形式改进法，操作简单，费用偏低，应用经济实惠，有助于盘式制动器部分故障的解决。

4 矿井提升机盘式制动器实验案例

（1）实验目的：主要是对后置盘式制动器性能的测量，实验过程中记录不同控制压力下，后置式制动器闸间的运行轨迹，计算出其形成差值以及制动力矩，以此确保盘式制动器安全运行。

（2）实验设备：提升机系统平台、操作台、液压系统、电机控制开关以及制动器装置等。

（3）实验过程：首先，当盘式制动器在自由状态下时，调整其比例溢流阀，通过逐渐增加供油压力的方式，读取压力值；其次，将液压站供油压力调至7.4MPa，10min 后观察制动器是否出现漏油故障；最后，将液压站供油压力调整至6.2MPa，此时蝶形弹簧被压缩，闸间出现后移，测量制动器性能。

通过实验可知，当油压设计值为6.2MPa时，盘式制动器闸瓦的行程差值较大，提升机盘式制动器在运行过程中出现的各类故障问题，如前置油缸后置，会对后置盘式制动器的运行性能产生不良影响，需要矿井人员引起重视。

5 结束语

矿井提升机盘式制动器的应用，影响着煤矿生产各环节的顺利推进。为此，盘式制动器具有“矿井咽喉”之称，如若在人员或物料运输中盘式制动器突然出现故障，则可能会引发严重的坠罐事故，危害矿井人员生命安全，增加煤矿企业的经济损失。常见的盘式制动器故障有碟形弹簧故障、闸盘污染故障、闸间隙超标故障以及盘型闸设计故障等，需要煤矿企业通过加强监测制动正压力、加强盘式制动器维修、加强闸间隙监测管控以及注重改进制动器结构等措施给予解决。