胡程程

摘要：通過對盤式制動(dòng)器的受力分析，概述了制動(dòng)器開合階段及理想狀態(tài)下制動(dòng)力、制動(dòng)力矩與油壓等工作參數(shù)的關(guān)系。歸納了失效機(jī)理，建立了失效分析圖，從制動(dòng)正壓力、摩擦系數(shù)、有效接觸面積等方面進(jìn)行剖析，明確指出盤式制動(dòng)器失效的主導(dǎo)因素是制動(dòng)力不足。

關(guān)鍵詞：盤式制動(dòng)器;失效因素;制動(dòng)力不足

引言

礦用提升機(jī)作為礦井井下與地面的“咽喉”設(shè)備，在煤炭生產(chǎn)中占有特別重要的地位，其可靠性、安全性在一定程度上受其制動(dòng)性能所制約。當(dāng)前，國內(nèi)外礦用提升機(jī)都使用液壓盤式制動(dòng)器進(jìn)行制動(dòng)。本文著重通過對盤式制動(dòng)器失效機(jī)理進(jìn)行分析，為盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化奠定理論基礎(chǔ)。

一、制動(dòng)器工作原理

提升機(jī)正常運(yùn)行期間，盤式制動(dòng)器主要受液壓油作用力Fy、碟簧產(chǎn)生的作用力Fd、運(yùn)動(dòng)綜合阻力Fz的共同作用，具體見圖1。

1.1制動(dòng)正壓力

液壓缸內(nèi)產(chǎn)生的力F等于液壓油油壓P乘以液壓缸作用面積A;盤式制動(dòng)器在制動(dòng)狀態(tài)下，碟簧受到的作用力Fd等于碟簧剛度k乘以碟簧組的預(yù)壓縮量x。

在制動(dòng)器開閘過程中，隨著油壓P增大液壓缸內(nèi)產(chǎn)生的力F增大，推動(dòng)活塞壓縮碟簧，運(yùn)動(dòng)綜合阻力F由運(yùn)動(dòng)阻力、缸體和制動(dòng)器間摩擦阻力等構(gòu)成，其方向與活塞運(yùn)動(dòng)方向相反。當(dāng)油壓滿足F>F，閘瓦開始脫離制動(dòng)盤至完全開閘，此時(shí)制動(dòng)器內(nèi)部受力：

F=F+F（1）

在制動(dòng)器合閘過程中，制動(dòng)正壓力受閘瓦變形量、碟簧壓縮量、運(yùn)動(dòng)綜合阻力、液壓殘壓等因素影響。此時(shí)，運(yùn)動(dòng)綜合阻力與碟簧作用力方向相反，所以制動(dòng)正壓力表示為：

F=F- F-F= k·x- F- P·A（2）

式中：

F—液壓缸內(nèi)殘壓產(chǎn)生的力，N;

P—液壓系統(tǒng)中殘壓，Pa。

理想狀態(tài)下，P為零，制動(dòng)正壓力表示為：

F=F- F= k·x- F（3）

1.2制動(dòng)力矩M

提升機(jī)滾筒的制動(dòng)力矩受制動(dòng)力、制動(dòng)副數(shù)、摩擦系數(shù)、制動(dòng)半徑等因素影響。

M=2·n·f·r ·F（4）

式中：

f—閘瓦和制動(dòng)盤之間的摩擦因數(shù);

r—制動(dòng)半徑，mm;

n—制動(dòng)器副數(shù)。

二、失效因素分析

盤式制動(dòng)器失效主要表現(xiàn)為：開閘失效、松閘失效、制動(dòng)力矩不足、制動(dòng)力矩過大。主導(dǎo)因素是制動(dòng)力矩不足。根據(jù)（2）和（4）計(jì)算公式可知，主要影響因素包括：制動(dòng)正壓力不足、摩擦系數(shù)降低和有效接觸面積減小。

2.1制動(dòng)正壓力不足

2.1.1碟簧的預(yù)壓縮量和碟簧剛度

碟簧的預(yù)壓縮量直接影響閘瓦施加制動(dòng)盤的作用力大小，碟簧剛度影響工作效果。在工作過程中，碟簧一直處于壓縮、拉伸切換狀態(tài)中，經(jīng)過反復(fù)拉壓造成碟簧疲勞破壞。

2.1.2閘瓦磨損

制動(dòng)器在安裝完成后，需經(jīng)常用塞尺測量校正閘間隙，根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》要求，閘間隙不得大于2mm。制動(dòng)器在長期使用中閘瓦磨損會(huì)導(dǎo)致閘瓦與制動(dòng)盤間隙越來越大。

2.1.3閘瓦偏擺

閘瓦制造、安裝誤差過大會(huì)導(dǎo)致閘瓦偏擺。偏擺過大會(huì)減小閘瓦和制動(dòng)盤的接觸面積，使制動(dòng)器整體受力不均，疲勞加劇。

2.1.4液壓系統(tǒng)殘壓

系統(tǒng)內(nèi)液壓油在使用過程中受到污染導(dǎo)致回油不暢，無法實(shí)現(xiàn)完全卸載，造成系統(tǒng)內(nèi)殘壓過大，降低制動(dòng)力矩，甚至制動(dòng)能力完全喪失。

2.1.5運(yùn)動(dòng)綜合阻力

運(yùn)動(dòng)綜合阻力是由活塞在油缸中的運(yùn)動(dòng)阻力、筒體和制動(dòng)器間摩擦阻力等構(gòu)成，特別是卡缸事故，會(huì)造成制動(dòng)能力完全喪失。

2.1.6提升機(jī)運(yùn)行速度過高

提升機(jī)運(yùn)行速度過快，造成閘瓦與制動(dòng)盤的快速磨損，降低制動(dòng)力矩從而在制動(dòng)效果上打折扣。

2.2摩擦系數(shù)降低

閘瓦和制動(dòng)盤受油污污染會(huì)明顯降低摩擦系數(shù)，導(dǎo)致制動(dòng)力矩顯著下降。

2.3接觸面積減少

2.3.1零部件制造安裝誤差大

閘瓦和制動(dòng)盤制造、安裝誤差大，會(huì)嚴(yán)重影響活塞受力大小，下降制動(dòng)性能。

2.3.2盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理

盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致使用過程中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)實(shí)效性破壞：整體變形、斷裂。

2.3.3閘瓦溫度過高

夏季工作中，閘瓦與制動(dòng)盤反復(fù)摩擦導(dǎo)致閘瓦表面溫度過熱，產(chǎn)生熱衰退現(xiàn)象，溫度的循環(huán)變化引起內(nèi)應(yīng)力變化并產(chǎn)生疲勞變化，造成閘瓦和制動(dòng)盤接觸面積減小。

綜上，建立失效分析圖，見圖2。

三、結(jié)語

本文通過對盤式制動(dòng)器的受力分析重點(diǎn)歸納盤式制動(dòng)器的失效機(jī)理，具體內(nèi)容如下：

（1）結(jié)合盤式制動(dòng)器的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)行受力分析，概述了制動(dòng)器開合階段及理想狀態(tài)下制動(dòng)力、制動(dòng)力矩與油壓等工作參數(shù)的關(guān)系。

（2）歸納研究盤式制動(dòng)器的失效機(jī)理，主要形式是制動(dòng)失效，主導(dǎo)因素是制動(dòng)力不足。從制動(dòng)正壓力、摩擦系數(shù)、有效接觸面積等方面進(jìn)行深入分析，建立了失效分析圖，為盤式制動(dòng)器進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳維健 齊秀麗 肖林京 張開如 主編 《礦山運(yùn)輸與提升設(shè)備》[M]，徐州 中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2008

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