牛軍軍

（義煤集團新安縣云頂煤業(yè)有限公司，河南 洛陽471800）

0 引言

隨著深井大型礦山開采的增多，摩擦式提升機的應用越來越廣。提升機在整個礦山生產中占有重要地位，其運轉的安全性不僅僅影響礦山的生產，還直接涉及人員的生命安全[1]。提升機傳動與制動系統(tǒng)是保證提升機安全運行的最核心部分，是實現(xiàn)提升機連續(xù)運轉、減速停車以及在各種故障情況下執(zhí)行緊急制動、安全停車的保證[2]。

1 摩擦提升機傳動與制動形式

摩擦提升機是利用電動機來驅動摩擦輪轉動，依靠鋼絲繩與摩擦襯墊之間的摩擦力來實現(xiàn)重物的提升與下放[3]。摩擦提升機的傳動方式主要有兩種：一種是電動機通過減速器驅動摩擦輪；另一種是直聯(lián)結構，提升機主軸與電機轉子相連，電動機直接驅動摩擦輪，如圖1所示。隨著技術的不斷進步，提升設備傳動鏈中配備有各種機械與電器保護，使其可靠性越來越高。據(jù)統(tǒng)計，摩擦式提升傳動失效主要集中為“打滑”即提升鋼絲繩和摩擦輪產生了整體相對滑動[4]。

目前，絕大多數(shù)礦井提升機采用液壓站+盤形制動器制動，如圖2所示。其主要優(yōu)點有:結構緊湊,慣性小,動作快,靈敏度高；操作方便,通用性強，制動力矩可調性好，安裝維護方便；特別是每臺設備同時使用多對制動器,如果出現(xiàn)某一個失靈，也僅僅影響很小部分的制動力矩，故可靠性高[5]。不同規(guī)格設備，根據(jù)其實際最大靜張力差來進行制動器對數(shù)的選取。制動失效主要表現(xiàn)為“跑車”，會對提升系統(tǒng)造成極其嚴重的危害。

圖1 摩擦提升機傳動形式

圖2 液壓制動系統(tǒng)

2 傳動失效分析與預防

摩擦式提升機實際運行過程主要經歷的工況有：重物提升加速階段、勻速段及減速段；重物下放加速階段、勻速段及減速段；及空載運行加速階段、勻速段及減速段等。其中，重物提升加速、減速段和重物下放減速段是最容易產生鋼絲繩滑動失效，其防滑系數(shù)計算方法如下。

重物上提加速段防滑系數(shù)

重物上提減速段防滑系數(shù)

重物下放減速段防滑系數(shù)

式中：Ts為重載側鋼絲繩張力N；Tj為輕載側鋼絲繩張力N；m1為摩擦輪重載側變位質量kg；m2為摩擦輪輕載側變位質量kg；u為摩擦襯墊摩擦系數(shù)；a為鋼絲繩在摩擦輪上的圍包角；a1為實際上提運行是加速度m/s2；a2為實際上提運行時減速度m/s2；a3為實際下放運行時減速度m/s2；為提升系統(tǒng)動防滑設計系數(shù)，《煤炭設計規(guī)范》取1.25。從公式（1）、（2）和（3）中可以看出，當提升系統(tǒng)選型確定后，影響防滑系數(shù)的參數(shù)只剩襯墊摩擦系數(shù)及鋼絲繩在摩擦輪上的圍包角。

預防打滑的主要措施有：①采用高摩襯墊，當前使用進口材質國內壓制的襯墊實驗摩擦系數(shù)都超過0.28，有的甚至超過了0.3。②增加鋼絲繩在摩擦輪上的圍包角，考慮對鋼絲繩壽命與摩擦輪應力的影響，可將圍包角提高到190°-195°[6]。③保持鋼絲繩的清潔，特別是落地式摩擦提升機在鋼絲繩結有冰雪時，應該先慢速空載運行半小時，待鋼絲繩冰水脫落后，再正常提升。④在鋼絲繩安全系數(shù)和襯墊比壓能夠滿足的情況下，增加容器的自身重量；該方法的缺點就是增大了系統(tǒng)慣量，能耗會有所提高。⑤采用容器+平衡錘提升方式，平衡錘的重量設置為容器重量+有效提升量/2；該方法缺點就是比雙容器提升的效率大大降低了。

3 制動失效分析與預防

提升機制動系統(tǒng)主要由液壓站和盤形制動器裝置組成。制動系統(tǒng)的失效就包括了液壓站故障引起的失效和盤形制動器故障引起失效。本文暫不考慮液壓站的影響，故將盤形制動器裝置從制動系統(tǒng)分離出來，作為一個單一系統(tǒng)進行分析研究。按照《煤安規(guī)程》要求制動力矩不得小于提升設備靜力矩的3倍.

1）設備靜力矩計算。

2）制動力矩計算。

根據(jù)規(guī)程要求，制動力矩必須滿足：

式中：Fj為提升機的最大靜張力差，N；Dm為摩擦輪名義直徑，m；n為制動器頭個數(shù)；k為蝶形彈簧剛度，N/m；為蝶形彈簧與壓縮量，m；F0為制動器活塞運動阻力，N；Pc為制動器油缸的殘壓，Pa；A為油缸橫截面積，m2；f為閘瓦的摩擦輪；Rm為摩擦制動半徑，m。從公式（4）、（5）和（6）可知，要確保有足夠的制動力矩，必須保證制動器的對數(shù)、閘瓦摩擦力和碟簧剛度等足夠，盡可能降低活塞阻力和油缸的殘壓。

預防制動失效的主要措施有：①必須按照規(guī)程的要求，布置足夠的制動器對數(shù)，設計時一般按不小于靜力矩的3.25倍進行選取；如果系統(tǒng)慣量較大時，倍數(shù)會進一步加大。②選擇質量可靠的閘瓦，確保摩擦系數(shù)符合要求。此外，還嚴格控制制動過程的閘瓦溫度。當閘瓦溫度超過80度時，摩擦系數(shù)會極具下降，給制動系統(tǒng)帶巨大危害。③經常檢測閘瓦間隙并及時調整，一般要求其值≤2mm。使用過程中由于閘瓦磨損，其間隙將會變大，碟形彈簧預壓量將隨著閘瓦間隙的增大而減小，制動力也隨之減小[7]。④保護制動盤的清潔，防止油污等雜質飛濺到制動盤，降低其與閘瓦之間的摩擦系數(shù)。⑤控制制動器油缸的殘壓。盤形制動器是依靠油壓松閘和蝶形彈簧力制動，殘壓的增大將使制動力矩降低。

4 結 語

在礦井提升系統(tǒng)中，摩擦襯墊與鋼絲繩之間的摩擦力是其傳動的核心，而盤形制動器也是液壓制動系統(tǒng)的核心。分析兩者主要失效原因，并建立相應的措施，對進一步提高提升機安全運行起到一定的作用。提升機的運行關乎到礦工的生命安全，解決其傳動和制動系統(tǒng)中存在的問題具有非常重要的現(xiàn)實意義。