煤矿提升机制动系统的优化

刘西根　杨光

【摘 要】矿井提升机在井筒中被用来提升罐笼、矿车等，属于一种大型矿井运输设备，是机械液压电气一体化设备。矿井提升机不仅有一个复杂的机电系统还有多元复杂的机械部件，机械部分是一个靠弹性元件相互作用的多质量、多自由度的力学体系。针对煤矿提升系统制动失灵或制动时间过长的问题，分析了引起制动系统发生故障的主要原因，提出了针对性的预防及改进措施，并根据改进措施对煤矿提升机的制动系统进行了优化，以增强矿井提升机的安全性。

【关键词】煤矿提升机；制动系统；改进措施

中图分类号：TD534 文献标识码：A

引言

矿井提升机在井筒中利用钢丝绳来提升罐笼、矿车等，属于一种大型矿井运输设备，是机械液压电气一体化设备。矿井提升机作为沟通矿井与地面的纽带，其作用是向井下运送材料、向地面運输矿石、运送设备以及人员，使用比较频繁，负载重量变化比较大，这就需要其制动装置性能良好。

1、制动系统概述

矿井提升机有多部分装置组成，制动系统作为其重要的部件直接影响提升机的提升效率。制动系统有三部分组成，分别为制动装置、液压装置以及电控装置，其中制动传动机构以及制动器这两部分组成制动装置。制动装置的作用是控制提升机的安全制动、工作制动以及提升机的运行。制动器和卷筒轮边缘之间相互摩擦而产生力矩，要求制动器动作灵敏并且可调。传动机构用来产生和调节制动力；重力、机械力、液压或气压共同作用产生制动力。制动装置的性能直接影响提升机的提升效率，从统计的矿井提升机发生事故来看，制动造成的事故占提升机事故的大多数。主要有以下两方面的原因：一是在提升机提升终端，提升机不能及时停止；二是紧急状况发生时，提升机安全制动无法及时发挥作用。

2、传统提升机液压制动系统问题分析

a）液压制动系统通过液压油数值调控制动时间，导致制动减速度的计算或设计存在不合理之处；b）电液调压装置会导致工作制动调压系统作业稳定性下降；c）受油质或管道畅通性等因素影响，使得制动系统在进行紧急制动时，管道会出现回油不畅的情况；d）液压制动系统运行中存在残压过高的情况，导致盘形制动装置内部碟簧无法有效展开，进而导致制动力矩不够；e）运行中电磁阀容易发生卡阀等故障。

3、提升机液压系统回路优化设计分析

提升机液压制动系统回路主要包括正常制动回路、恒减速制动回路和二级制动回路。为确保系统运行的安全稳定，在关键回路中应当布设液压元件进行监测，从而确保通过液压制动系统能够充分保障提升机的正常运行，从而最大化提升运行作业的安全性。同时，针对液压系统预设安全系数并设计相应的安全系数回路，为安全提升作业提供双重保障。下图1所示即为液压制动系统回路结构示意图。

3.1正常制动回路

正常作业时，提升机的作业过程可分为启动、加速、全速、减速、慢爬行和停止等阶段。一般提升机正常运行至井底或提升至地面井口时均需要进行制动，这属于正常制动。当液压泵终止供油后，G3、G4、G5电磁铁通电，A、B两组制动装置和高压球阀、压力过滤装置、电磁换向阀及比例溢流阀构成回路，并参照比例溢流阀的电压信号自大到小直至为0，而通过调控比例溢流阀的压力值，能够最终确保提升机滚筒做到完全制动。

3.2恒减速制动回路

提升机运行中一旦出现故障，应当优先采取恒减速制动方式，从而实现运行速度逐渐降低，防止由于制动减速度差值较大而发生断绳故障、对于恒减速制动回图1提升机液压制动系统回路结构示意图路而言，其核心组件为伺服阀，借助伺服阀恒减速制动回路能够精准定位提升容器，实现高精度控制的同时确保高速响应。在运行时，需要针对滚筒安装角编码装置以确保滚筒转速讯号能够实时输入电液伺服装置中，并借由对预设速度值的比对分析，实现对恒减速回路的有效调控，确保滚筒转速调节的均衡性。

3.3二级制动回路

提升机运行中，一旦恒减速制动系统出现问题，将会自行启动二级制动回路，也就是通过恒力矩达成制动。这时换向阀G3、G4断电，G5延时断电，蓄能装置起到补油与稳压的功效。系统压力值借由溢流阀进行设定，并实施二级制动操作。通过二级制动能够为提升机的安全、精准制动提供保障，否则瞬间产生的强大制动力会将钢丝绳拉断，进而引起不必要的财产和人员损失。

3.4增加系统安全系数设计分析

a）为确保提升机运行正常、有效，液压制动系统使用两套液压泵，其动力源均由独立的比例调节控压装置操控，其中一套处于备用状态。如此，运行中一旦一套供油系统发生问题，便能够借助高压球阀切换至另一套；b）为提升制动安全系数，避免油路发生堵塞和换方阀动作失误等故障而导致油液无法正常回油，应当确保系统压力不降低为零。这就需要在控制内增设手动换向阀，将A、B两组制动阀油路和油箱直接相连，并于手动换向阀左侧布设一个节流阀，以防治发生瞬时制动现象。

4、改进措施

1）用电液比例溢流阀调压装置替换掉原先落后的十字弹簧式电液调压装置。电液比例溢流阀主要有三部分组成，分别为：压力先导阀、安全阀和电磁铁。电液比例溢流阀相比于十字弹簧式电液调压装置有很多优点，比如：跟随性强、调压比较稳定、小体积、调压线性度好。电液比例溢流阀调压装置的跟随性比十字弹簧式电液调压装置的跟随性提高了20%，这大大提高了制动系统的可靠性。2）PLC代替部分液压系统的电控系统。通过PLC的程式化设置来检测提升机制动系统的参数变化，相比于以前的电控系统，其后期维护比较方便。3）在提升机制动系统中安装压力表或者压力继电器，当制动系统中的残压高于规定值时，要求制动系统自动进行制动。4）在提升机制动系统中配备非接触电磁阀阀芯监测传感器以及电磁阀故障监控系统。当制动系统中的电磁阀无法正常使用时，监测传感器就会报警，并且能够精准定位发生故障的地点，还能通过监控设备清楚地看到故障的电磁阀，大大减少了后期维护的时间，提高了工作效率。5）阀门泄露会造成空气进入系统内部，因此要及时更换和维修损坏的阀门，防止空气通过液压系统进入系统。6）通过监测液压装置和制动器，来及早发现制动器存在的问题。比如：安装PBM监测装置，通过PBM监测装置可以获取制动力矩大小，并且能够监测弹簧是否断裂、闸瓦的磨损情况、残存压力的大小以及油路是否通畅等；安装盘型制动器，当制动力矩不足时，盘型制动器可以辅助增压设备，增加制动力以及制动力矩，减少制动器故障发生率。7）加强日常维护。

结束语

制动系统作为提升机的重要部件，在提升过程中发挥着至关重要的作用，其制动装置性能的优劣直接影响提升机的提升能力与安全性，因此应从制动系统存在的问题出发，对其进行优化改进，以增强提升机的安全性，提高提升机的工作效率。

参考文献：

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[2]郭小若.电子液压制动系统设计及其关键技术研究[D].浙江大学，2018.

[3]汤明.某船锚机液压系统制动失效故障原因分析与排除[J].科学技术创新，2017（29）：133-134.

（作者单位：平顶山天安煤业股份有限公司一矿）