礦井提升機(jī)盤式制動器工作可靠性分析.doc

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礦井提升機(jī)盤式制動器工作可靠性分析 1前言礦井提升設(shè)備的主要任務(wù)是沿井筒提升煤炭、矸石，下放材料，升降人員和設(shè)備，所以礦井提升設(shè)備是聯(lián)系井下與地面的重要設(shè)備，是聯(lián)系井上下的咽喉。保證礦井提升設(shè)備安全可靠的工作關(guān)系到人員安全和設(shè)備的安全，故我們有必要對礦井提升設(shè)備進(jìn)行安全性分析。為了保證提升系統(tǒng)安全可靠工作，按照《煤礦安全規(guī)程》提升系統(tǒng)有防止過卷裝置、防止過速裝置、過負(fù)荷和欠壓保護(hù)裝置、限速裝置、深度指示器失效保護(hù)裝置、閘間隙保護(hù)裝置、松繩保護(hù)裝置、滿倉保護(hù)裝置、減速功能保護(hù)裝置，這些保護(hù)發(fā)生作用最終得到安全停車的最后保障是制動閘安全可靠的安全制動工作。所以，制動閘安全可靠是提升機(jī)安全可靠運(yùn)行的最后保證，也是提升機(jī)安全可靠運(yùn)行的基本保證。下面我們就主分析一下提升機(jī)制動閘。現(xiàn)在我國提升機(jī)制動閘主要有兩種類型，塊閘制動系統(tǒng)和盤閘制動系統(tǒng)。塊閘制動系統(tǒng)的不足之處在于產(chǎn)生的制動力較小，制動效果差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，經(jīng)過的環(huán)節(jié)多，經(jīng)過現(xiàn)場考察閘瓦和制動輪同心度都不是太好，且有效接觸面積一般較小，近幾年因使用該類型制動系統(tǒng)，已發(fā)生過多次提升安全事故。部分單位已率先要求淘汰塊閘制動系統(tǒng)，本人也建議淘汰塊閘制動系統(tǒng)。下面主要分析一下盤形制動系統(tǒng)。2盤形制動系統(tǒng)故障分析2．1制動系統(tǒng)主要測試內(nèi)容及要求《煤礦機(jī)電設(shè)備完好標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定盤形閘制動系統(tǒng)瓦間隙一般為1~1.5mm，最大不得超過2mm；安全制動時空動時間不得0.3s；豎井提升時無論工作閘或保險(xiǎn)閘工作時其制動力矩不得小于最大靜負(fù)荷力矩的3倍；調(diào)繩時作用到單滾筒上的制動力矩不得小于該滾筒所懸吊負(fù)荷力矩的1.2倍；正在使用中的制動盤偏擺量≤1mm，新安裝的制動盤偏擺量≤0.5mm；對于安全制動減速度，上升提重載時，下放重載時。其它還包括“液壓站性能”、“閘瓦磨損及與制動盤接觸情況”、“主軸竄動量”等。2．2引起盤形閘制動失效的因素2.2.1制動力矩不足制動力矩可用下式表示： （1）式中：－每個閘瓦作用于制動盤上的正壓力，N；－閘瓦與制動盤之間的摩擦系數(shù)；－制動盤平均摩擦半徑，m；－制動盤閘上的個數(shù)。從上式可以看出，提升機(jī)安裝好后，其制動盤摩擦半徑和閘瓦個數(shù)是確定的，因而制動力矩主要與作用在制動盤上的正壓力和閘瓦與制動盤之間的摩擦系數(shù)有關(guān)，而正壓力可用下式表示： （2）式中：－碟形彈簧的剛度，N/m；－彈簧在制動器無液壓油時的預(yù)壓量，m；－盤形閘中活塞運(yùn)動阻力，N；－盤形閘中殘壓，Pa；－盤形閘中油缸面積，m2。由公式可見，影響制動力矩的主要因素有彈簧的預(yù)壓量、閘瓦間隙、碟形彈簧的剛度、活塞運(yùn)動阻力、盤形閘中的殘壓、閘瓦與制動盤之間的摩擦系數(shù)等，現(xiàn)分析如下：2.2.1.1彈簧預(yù)壓量和閘瓦間隙彈簧預(yù)壓量直接決定著閘瓦作用于制動盤上正壓力的大小，制動器在運(yùn)行一段時間后，閘瓦由于磨損將使得閘瓦間隙變大，碟形彈簧預(yù)壓量將隨著閘瓦間隙的增大而減小，制動力也隨之減小。因此，閘瓦磨損的本質(zhì)是彈簧預(yù)壓量減小，并通過閘瓦間隙反映出來，閘瓦間隙將決定制動力矩的大小。2.2.1.2碟形彈簧疲勞或斷裂和壽命施加于制動盤上的正壓力是依靠碟形彈簧儲積的壓力勢能產(chǎn)生的。碟形彈簧在頻繁使用中由于金屬的疲勞現(xiàn)象引起使用應(yīng)力即剛度急劇下降，致使制動力有較大的變化。由于盤形閘中碟形彈簧數(shù)量較多，一旦有一片碟形彈簧損壞，將會使整個制動器失去制動力。因此碟形彈簧是影響盤形閘能否正常工作的重要因素。據(jù)設(shè)計(jì)資料介紹，提升機(jī)的雙盤形閘彈簧的使用壽命是按5105循環(huán)次數(shù)設(shè)計(jì)的。在使用中應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況確定彈簧的使用壽命?？砂聪率接?jì)算： （3）式中：－每年工作時間數(shù)，單位小時(h)；－每小時提升次數(shù)；－每提升一次松閘次數(shù)。2.2.1.3活塞卡缸由于盤形閘在制動過程中，活塞與液壓缸之間、筒體與制動器之間的摩擦以及卡缸等原因使得運(yùn)動阻力比理論值大，在其它影響因素不變的情況下，運(yùn)動阻力的增大將導(dǎo)致制動力矩的降低，若出現(xiàn)卡缸將使盤形閘制動完全失效。2.2.1.4工作腔殘壓如果油質(zhì)差或被污染等因素使油路不暢或堵塞，將出現(xiàn)制動器中油液不能完全回到油箱，從而使制動器工作腔內(nèi)的殘壓較大。由于盤形閘是靠油液壓力松閘和碟形彈簧力制動的，殘壓的增大將使制動力矩降低。若出現(xiàn)油路堵塞，制動器中的油液不能回油，使碟形彈簧儲存的能量無法釋放，從而導(dǎo)致盤形閘制動失效。2.2.1.5閘瓦摩擦系數(shù)過低閘瓦摩擦系數(shù)通常認(rèn)為是一個常數(shù)，實(shí)際上不同的提升速度、溫升、正壓力對摩擦系數(shù)有不同的影響，另外閘瓦和制動盤若被污染或閘瓦材質(zhì)差及閘瓦過熱，則摩擦系數(shù)將大降低，嚴(yán)重時將會使制動失效。2.2.1.6制動盤偏擺度 ""src="/UploadFiles/2015002/20158/Tech/2015824134449.png"/> 由于制動盤本身誤差、安裝誤差、主軸軸向游隙及支撐系統(tǒng)誤差，制動盤存在偏擺，使幾副閘不能同時作用或在一副閘中單面先接觸。制動盤偏擺度過大，使閘瓦與制動盤不能很好地貼合且接觸面積減小，并使閘瓦間隙不均勻，造成制動力不穩(wěn)定并加劇提升機(jī)滾筒軸向受力，從而造成提升機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定和疲勞損壞，同時加劇制動器內(nèi)碟形彈簧的疲勞。反之，制動力的不穩(wěn)定和軸向力又加劇制動盤的變形，使其偏擺度加大，可見制動盤偏擺度將影響到制動力矩。綜上所述，造成制動力矩不足故障原因見圖1－1所示。圖1－1制動力矩不足故障原因網(wǎng)絡(luò)圖2.2.2空動時間偏長《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定盤形閘緊急制動時，空動時間不超過0.3s，如果超過0.3s時，一般就可以認(rèn)為制動系統(tǒng)出現(xiàn)問題了。主要原因有個別彈簧疲勞失效；閘內(nèi)阻力偏大；液壓系統(tǒng)油路阻力偏大；閘瓦間隙過大，從而使制動距離太長，提升機(jī)不能在要求的位置停車，此時亦為制動失效。安全制動空動時間延長，會使本應(yīng)可以控制的事故擴(kuò)大造成嚴(yán)重后果，也應(yīng)引起足夠的重視。2.2.3提升機(jī)的承受的載荷力矩提升機(jī)運(yùn)行時承受著提升容器自重、載荷、鋼絲繩重量、井筒阻力及加減速時引起的動負(fù)荷產(chǎn)生的力矩，一般對雙容器提升為： （4）式中：－提升機(jī)承受的載荷力矩，Nm；－礦井阻力系數(shù)；－提升載荷重量，N；－提升鋼絲繩每米質(zhì)量，kg/m；－重力加速度，m/s2；－兩容器高度差，m；－提升系統(tǒng)變位質(zhì)量，kg；－提升加減速度，m/s2；－提升機(jī)滾筒半徑，m。從上式可以看出，提升機(jī)處于靜態(tài)或下放貨載時，若提升載荷、變位質(zhì)量及加減速度過大，將導(dǎo)致提升機(jī)承受的載荷力矩過大，當(dāng)超過制動力矩則會使制動失效；提升容器在井筒中運(yùn)行時被罐道卡住，也會使制動失效。制動失效分析從上述引起盤形閘制動失效的因素可以看出，導(dǎo)致盤形閘制動失效的原因有：一方面是制動力矩過小或過大；另一方面是制動裝置及保護(hù)裝置出現(xiàn)故障。制動力矩過小，顯然制動減速度過小，制動距離過大，使提升容器不能在要求的位置上被可靠地閘?。恢苿恿剡^大，通常盤形閘不會馬上失效，但從提升鋼絲繩來看，制動力矩過大，則制動減速度過大，超過《煤礦安全規(guī)程》對制動減速度的要求，使提升鋼絲繩受到的動負(fù)荷過大，從而導(dǎo)致斷繩事故，使提升容器墜落。這說明制動力矩過大也會使制動失效。結(jié)合圖1－2事故樹可清楚地對盤形閘制動失效進(jìn)行分析。""src="/UploadFiles/2015002/20158/Tech/201582413454.png"/>圖1－2盤形閘制動失效事故樹2．3防止制動失效的措施2.3.1加強(qiáng)對提升司機(jī)的培訓(xùn)、管理，杜絕和防止操作失誤，如開反車、注意力不集中、施閘不合規(guī)范等。2.3.2加強(qiáng)對提升機(jī)維護(hù)人員的管理，提高其維護(hù)水平，對引起盤形閘制動失效的因素能進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的檢查，及時、調(diào)整和維修，如定期閘瓦間隙并按要求調(diào)整；定期測量制動盤偏擺度，若超過標(biāo)準(zhǔn)則應(yīng)采取相應(yīng)措施；若出現(xiàn)閘座松動，則應(yīng)加固；若制動盤上存在油污，則應(yīng)及時清理并安裝擋油板，防止鋼絲繩上的油水濺到制動盤上。2.3.3提高盤形閘液壓系統(tǒng)工作制動、安全制動及其工作元件的可靠性。2.3.4確保盤式制動器和制動盤的安裝質(zhì)量。2.3.5對盤形各種保護(hù)裝置一方面加強(qiáng)檢查，另一方面要定期測試。2.3.6對易造成盤形制動失效的零部件進(jìn)行智能控制和監(jiān)護(hù)，對制動失效進(jìn)行預(yù)報(bào)警。2.3.7對制動力矩過大現(xiàn)象及時進(jìn)行調(diào)整，使之符合《煤礦安全規(guī)程》關(guān)于制動力矩和制動減速度的要求，并且合理分配一級制動力矩的大小和延時的長短。2.4解決問題措施和建議2.4.1制動系統(tǒng)是提升機(jī)重要的組成部分，制動系統(tǒng)能否靈活、可靠地工作關(guān)系到礦井的正常生產(chǎn)和安全，對制動系統(tǒng)應(yīng)有足夠的重視，加強(qiáng)日常維護(hù)和檢修。2.4.2要定期按要求對礦井提升機(jī)進(jìn)行性能測試和不定期測試（每次調(diào)整閘后最好進(jìn)行一次制動力矩測試），及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障隱患，并及時處理，并作記錄。2.4.3嚴(yán)格遵守操作規(guī)程和崗位責(zé)任制，加強(qiáng)對司機(jī)、檢修人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)和教育，提高他們的技術(shù)操作水平及責(zé)任心。建立嚴(yán)格的考核制度，業(yè)務(wù)領(lǐng)導(dǎo)要定期檢查各項(xiàng)原始記錄，并納入月考核內(nèi)容，確保設(shè)備性能完好，對一些陳舊或安全設(shè)施不符合規(guī)定的設(shè)備要及時進(jìn)行技術(shù)改造或設(shè)備更新。2.4.4引進(jìn)新技術(shù)對現(xiàn)有提升機(jī)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，將可編程控制器應(yīng)用到提升機(jī)控制和保護(hù)上。 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