立井摩擦式提升机的传动与制动失效分析

2021-09-21李雯洁

机械管理开发 2021年8期

李雯洁

（晋能控股煤业集团同家梁矿，山西大同 037025）

引言

由于浅层煤矿资源的逐渐减少，因此煤矿企业开始朝着深井矿山方向开采，从而给摩擦式提升机带来了较大的应用前景。由于提升机对矿山生产起着非常重要的作用，主要是由于其可以有效地提高矿山开采的效率，而且可以保护人员的生命安全。而对于提升机而言，其最重要单元为：传动单元、制动单元，此两者能够有效地保证提升机正常的工作。

1 摩擦提升机传动与制动形式

摩擦提升机在工作的过程中主要由电动机给摩擦轮提供动力，在钢丝绳与摩擦衬垫所产生的摩擦力作用下将重物提起以及放下。通常情况下，摩擦提升机主要有两种传动方式：第一，电动机将动力传输给减速器，由减速器将动力传输给摩擦轮。第二，直联结构，其动力传输方式如图1 所示，电动机的转子与提升机主轴进行连接，从而可以由电动机直接驱动摩擦轮。由于技术的不断发展，在提升传动链中设置各种机械以及相应的电器保护装置，从而能够有效地提高提升设备的精确性。经过对摩擦式提升机的故障进行统计发现，打滑是主要的故障问题，主要表现为钢丝绳与摩擦轮之间的滑动。

经过调查发现，我国煤矿大部分在提升机方面都采用液压站与盘型制动相结合的制动形式[1-2]，如图1、图2 所示。经过分析发现该类型的提升机主要有如下几个方面的特点：结构紧凑、动作快、便于操作、维护方便；在设备上设置有多个制动器，增强可靠性。对于不同类型的设备而言，在选择制动器时，可以将最大张力差作为选择的依据。通常当制动失效时，主要表现为“跑车”，往往对提升系统带来较大的危害。

图1 摩擦提升机传动形式

图2 液压制动系统图

2 传动失效分析与预防

通常摩擦式提升机在工作的过程中往往有如下几个环节：上升加速环节；上升匀速与减速阶段；下降加速环节；下降匀速与减速环节；空载加速环节；空载匀速与减速环节等。当处于重物提升加速、减速、重物下放减速状态下，往往出现钢丝绳滑动失效的现象，其相应的防滑系数计算如下所示：

当处于重物上提加速状态下对应的防滑系数

当处于重物上提减速状态下，其对应的防滑系数

当处于重物下放减速状态下，其相应的防滑系数

式中：T 为重载侧钢丝绳张力，N；Tj为轻载侧钢丝绳张力，N；m 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；μ 为摩擦衬垫摩擦系数；α为钢丝绳在摩擦轮上的围包角；a1为提状态时的加速度，m/s2；a2为提状态时减速度，m/s2；a3为下放运行时减速度，m/s2；σ 为提升系统动防滑设计系数，通常查阅相关设计说明书取值，为1.25。通过分析公式（1）（2）（3）发现，假如已经确定了系统的选型，那么只有剩衬垫摩擦系数、钢丝绳在摩擦轮上的围包角，对防滑系数产生影响。

预防打滑方法如下所示：选用高摩衬垫，由于国外衬垫具有较大的摩擦系数，通常数值可以达到0.28 或者0.3，因此可以大大提高防滑效果；可以通过增大设置在钢丝绳摩擦轮上面的围包角，同时还必须兼顾钢丝绳与摩擦轮的使用周期，因此可以把围包角设定在190°～195°范围内；必须保证钢丝绳清洁性，假如钢丝绳出现结冰的现象，必须将其慢慢空载运行一段时间，直至钢丝绳冰水脱落后，在正常工作；当钢丝绳安全系数与衬垫之间的压力比值满足工况需要时，可以适当的增加自身重量。

3 制动失效分析与预防

3.1 失效分析

通常情况下，提升机制动系统有两个装置组成：液压站、盘型制动器。因此，制动系统故障主要表现在液压站以制动器。在只考虑盘型制动器时，可以认为盘型制动器是一个独立的单元，依据《煤安规程》可以看出制动力矩应该大于提升静力矩的3 倍[3]。

静力矩计算公式：

制动力矩计算公式：

通过比较可以发现，制动力矩能够满足工作需要满足式（6）表达的关系：

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 为制动器头数量；k 为蝶形弹簧刚度，N/m；δ 为蝶形弹簧以及压缩量，m；F0为制动器活塞运动阻力，N；P 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。通过分析公式（4）（5）（6）可以发现，要想能够更好地保证制动力矩，首先需要降低活塞阻力以及油缸残压，其次需要保证有足够的闸瓦摩擦力、碟簧刚度等。

3.2 预防方法

依据相应的规程，设置合适的制动器对数，通常情况下必须大于静力矩的3.25 倍；对闸瓦间隙进行定期检查，同时将间隙控制在2 mm 以内。由于在使用的过程中，将会导致闸瓦出现磨损的现象；对制动盘进行定期清洁，维护人员必须认真清洗制动盘中的油污，从而可以防止闸瓦与制动盘出现过大的摩擦；对制动器油缸的残压进行控制，通常情况下盘型制动器主要在油压松闸以及碟形弹簧实现制动，当残压增加后能够大大降低制动力矩。