礦井提升機(jī)液壓制動(dòng)裝置安裝技術(shù)研究

摘要：針對(duì)煤礦主井提升系統(tǒng)所采用的液壓制動(dòng)器經(jīng)更新改進(jìn)液壓制動(dòng)裝置，從液壓站、制動(dòng)器、摩擦系數(shù)三個(gè)方面入手，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)閘間隙、閘偏擺量、閘的開(kāi)合狀態(tài)等，并通過(guò)監(jiān)測(cè)的制動(dòng)正壓力得出閘瓦和閘盤(pán)之間的摩擦系數(shù)，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力矩在線監(jiān)測(cè)，達(dá)到液壓制動(dòng)安全可靠。

關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī) 液壓制動(dòng) 在線監(jiān)測(cè) 安全 運(yùn)行

1 概況

陶二煤礦主井提升系統(tǒng)所采用的液壓制動(dòng)器，是由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的液壓站和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的盤(pán)式制動(dòng)閘組成，作用對(duì)象是被制動(dòng)的閘盤(pán)，由碟簧產(chǎn)生制動(dòng)力，靠油壓松閘、合閘，液壓站、制動(dòng)閘、閘盤(pán)之間串聯(lián)完成制動(dòng)，任一個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)故障都會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)失靈，它是各種保護(hù)的最終執(zhí)行者，制動(dòng)失效輕則損毀設(shè)備，重則墜落箕斗釀成重大事故。

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，盤(pán)式制動(dòng)閘空動(dòng)時(shí)間不得超過(guò)0.3秒，閘間隙必須小于2mm；當(dāng)閘間隙超過(guò)規(guī)定值，能自動(dòng)報(bào)警或自動(dòng)斷電；提升絞車(chē)的常用閘和保險(xiǎn)閘制動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的力矩和實(shí)際提升靜荷重旋轉(zhuǎn)力矩之比K值不得小于3；測(cè)試盤(pán)型閘的貼閘油壓與制動(dòng)閘活塞承壓面積的乘積是碟簧施加的制動(dòng)正壓力。

主井改造前有閘間隙在線監(jiān)測(cè)和液壓站油壓監(jiān)測(cè)，綜合制動(dòng)性能在線監(jiān)測(cè)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足《煤礦安全規(guī)程》的量化要求。主提升機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，開(kāi)停機(jī)周期短，更需要對(duì)其制動(dòng)性能加以改善，對(duì)礦井提升機(jī)液壓制動(dòng)裝置的安裝改造，保證人員和設(shè)備的提升安全。

2 實(shí)施過(guò)程

2.1 采用的技術(shù)原理

2.1.1 該礦井提升機(jī)液壓制動(dòng)裝置從液壓站、制動(dòng)器、摩擦系數(shù)三個(gè)方面入手，通過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的閘間隙傳感器、油壓傳感器、制動(dòng)正壓力傳感器、漸開(kāi)線型制動(dòng)力矩測(cè)量?jī)x器實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓制動(dòng)特性參數(shù)的監(jiān)測(cè)，通過(guò)專(zhuān)用的監(jiān)測(cè)分析軟件對(duì)采集的信息進(jìn)行分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常故障，科學(xué)地反映設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況及其發(fā)展趨勢(shì)，具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線的繪制、歷史數(shù)據(jù)瀏覽等功能。

2.1.2 液壓站通過(guò)監(jiān)測(cè)安全制動(dòng)回油時(shí)間會(huì)自動(dòng)診斷油路通暢和堵塞情況、安裝緊急手動(dòng)回油閥，保證制動(dòng)閘可靠回油制動(dòng)；制動(dòng)器達(dá)到直接在線監(jiān)測(cè)碟簧制動(dòng)正壓力并診斷碟簧疲勞及斷裂、油缸卡阻，在線監(jiān)測(cè)閘間隙、閘偏擺量、閘的開(kāi)合狀態(tài)等；直接測(cè)量制動(dòng)力矩，并通過(guò)監(jiān)測(cè)的制動(dòng)正壓力得出閘瓦和閘盤(pán)之間的摩擦系數(shù)，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力矩在線監(jiān)測(cè)。

2.2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

2.2.1 液壓站油壓監(jiān)測(cè)

液壓站是制動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，為各制動(dòng)閘提供壓力油，以達(dá)到開(kāi)閘和制動(dòng)。若閘松不開(kāi)而導(dǎo)致提升機(jī)不能運(yùn)行只是故障不屬于安全事故，若提升機(jī)正在運(yùn)行制動(dòng)時(shí)卻不能回油制動(dòng)，將導(dǎo)致所有制動(dòng)閘不能制動(dòng)的重大安全事故，因此液壓站的可靠性決定了提升機(jī)的安全運(yùn)行。在液壓站上安裝油壓傳感器和安全制動(dòng)回油時(shí)間監(jiān)測(cè)板，監(jiān)測(cè)安全制動(dòng)時(shí)間從而診斷油路的暢通和堵塞情況，安裝緊急手動(dòng)回油閥，確保制動(dòng)閘回油制動(dòng)可靠。

2.2.2 閘間隙監(jiān)測(cè)

非接觸式閘間隙傳感器是安裝在每個(gè)閘瓦上，以閘盤(pán)為基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)閘間隙的監(jiān)測(cè)，因?yàn)閭鞲衅鞑唤佑|制動(dòng)盤(pán)故使用壽命長(zhǎng)，又因?yàn)殚l間隙傳感器測(cè)量精度高，能滿(mǎn)足《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的閘盤(pán)兩側(cè)的一對(duì)閘間隙應(yīng)調(diào)整相等偏差不超過(guò)0.1mm、閘間隙的最大值超過(guò)2mm時(shí)能及時(shí)報(bào)警。

在閘腿上安裝一個(gè)非接觸式閘間隙傳感器，以閘盤(pán)為基準(zhǔn)，在線監(jiān)測(cè)閘盤(pán)的偏擺量。

在線監(jiān)測(cè)空行程時(shí)間，記錄從接收安全緊急制動(dòng)信號(hào)到制動(dòng)閘瓦剛貼閘即閘間隙剛為零的時(shí)間為空行程時(shí)間。

2.2.3 制動(dòng)正壓力監(jiān)測(cè)

制動(dòng)正壓力是由碟簧產(chǎn)生，靠油壓松閘，碟簧在變化的作用下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，碟簧易疲勞和斷裂。碟簧疲勞會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)正壓力減小，碟簧斷裂會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)閘卡阻故障，因此，碟簧是制動(dòng)器中最關(guān)鍵的零件之一。《煤炭安全規(guī)程》第四百三十五條第七項(xiàng)規(guī)定要測(cè)試盤(pán)型閘的貼閘油壓。貼閘油壓乘上承壓面積就是制動(dòng)正壓力，因?yàn)橹苿?dòng)狀態(tài)時(shí)油壓為零，用貼閘油壓的測(cè)量方法繪制動(dòng)正壓力誤差很大，而且在線監(jiān)測(cè)貼閘油壓不可能實(shí)現(xiàn)。直接監(jiān)測(cè)制動(dòng)正壓力可代替貼閘油壓，能判斷碟簧的疲勞和斷裂，為在線監(jiān)測(cè)制動(dòng)力矩奠定基礎(chǔ)。

使現(xiàn)用制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)直接監(jiān)測(cè)制動(dòng)正壓力的功能，而不改變?cè)苿?dòng)器性能和其它零件的結(jié)構(gòu)，只能適應(yīng)現(xiàn)用制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)比較困難。制動(dòng)器和提升機(jī)的壽命一樣長(zhǎng)，能使現(xiàn)用制動(dòng)器直接監(jiān)測(cè)制動(dòng)正壓力，更具有廣泛的實(shí)用性。

2.2.4 制動(dòng)力矩測(cè)量

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》提升機(jī)制動(dòng)器完全制動(dòng)時(shí)，總制動(dòng)力矩要大于3倍最大靜負(fù)荷力矩。現(xiàn)場(chǎng)中，制動(dòng)器的閘間隙調(diào)整、蝶形簧的更換都會(huì)引起制動(dòng)力矩變化，按規(guī)定制動(dòng)力矩需要一年進(jìn)行一次技術(shù)測(cè)定，技術(shù)測(cè)定時(shí)常用的方法是用手動(dòng)葫蘆或天車(chē)?yán)瓌?dòng)提升機(jī)滾筒來(lái)測(cè)量制動(dòng)力矩，一對(duì)閘的測(cè)量過(guò)程是將滾筒轉(zhuǎn)到與鋼絲繩垂直位置，逐漸拉緊倒鏈直至滾筒開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄滾筒開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)瞬間時(shí)刻拉力傳感器數(shù)值，拉力乘上測(cè)量半徑等于制動(dòng)力矩。測(cè)量時(shí)鋼絲繩拉動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)過(guò)了一定角度，使得鋼絲繩與原來(lái)滾筒半徑所處位置的角度發(fā)生變化，該方法從原理上存在誤差。

采用了漸開(kāi)線形制動(dòng)力矩測(cè)量裝置，可以方便測(cè)量制動(dòng)力矩，其關(guān)鍵是利用了漸開(kāi)線性質(zhì)，得到制動(dòng)力矩為常數(shù)。將千斤頂放置在制動(dòng)盤(pán)邊緣處，然后取制動(dòng)盤(pán)軸心到千斤頂軸線之間的距離作為漸開(kāi)線齒輪上的漸開(kāi)線基圓半徑，千斤頂?shù)耐屏Ψ较蛞恢北３植蛔儾⑴c漸開(kāi)線基圓相切從而計(jì)算出制動(dòng)力矩。

2.2.5 制動(dòng)力矩在線監(jiān)測(cè)

提升機(jī)制動(dòng)器制動(dòng)的效果是由制動(dòng)力矩的大小決定，在線監(jiān)測(cè)制動(dòng)力矩是保證制動(dòng)器制動(dòng)性能的最有效的辦法。根據(jù)監(jiān)測(cè)的制動(dòng)器制動(dòng)正壓力，來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力矩的在線監(jiān)測(cè)。

3 技術(shù)關(guān)鍵

3.1 安裝緊急手動(dòng)回油閥。

3.2 安裝油壓傳感器和回油時(shí)間計(jì)時(shí)板，監(jiān)測(cè)緊急安全制動(dòng)回油時(shí)間，診斷回油路的暢通和堵塞情況。

3.3 配置漸開(kāi)線制動(dòng)力矩測(cè)量裝置，直接測(cè)量制動(dòng)力矩。

3.4 根據(jù)所測(cè)量的制動(dòng)力矩和監(jiān)測(cè)的制動(dòng)正壓力，計(jì)算摩擦系數(shù)，在線監(jiān)測(cè)總制動(dòng)力矩，若小于3倍的最大靜負(fù)荷力矩語(yǔ)音報(bào)警或閉鎖提升機(jī)。

3.5 立體動(dòng)畫(huà)形式的監(jiān)測(cè)畫(huà)面，實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)閘動(dòng)作、壓力油流向與實(shí)際設(shè)備動(dòng)作同步，形象反映設(shè)備運(yùn)行情況，出現(xiàn)故障后語(yǔ)音報(bào)警或閉鎖提升機(jī)。

3.6 可進(jìn)行預(yù)想事故評(píng)定，根據(jù)系統(tǒng)中可擾動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)正常運(yùn)行的干擾因素，考慮各種可能的故障狀態(tài)，來(lái)分析系統(tǒng)安全性和抗干擾性，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上改進(jìn)提升的安全可靠性。

4 實(shí)施效果

本項(xiàng)目于2012年擬定，聯(lián)合徐州大恒監(jiān)控技術(shù)有限公司的有關(guān)科研人員，組織勘察現(xiàn)場(chǎng)、模擬實(shí)驗(yàn)、收集有關(guān)資料，制定相關(guān)技術(shù)方案，安裝礦井提升機(jī)液壓制動(dòng)裝置安全在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，于2013年8月底施工完成。本項(xiàng)目完成后，至今未發(fā)生因液壓站工作影響主井提升事故。

4.1 摸清了本礦提升系統(tǒng)的第一手資料，為主提升管理工作指明了方向，對(duì)技術(shù)改造提供了可靠的技術(shù)資料，以及主提升系統(tǒng)的維護(hù)工作提供原始資料。

4.2 更新礦井提升機(jī)液壓制動(dòng)裝置安全在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作，機(jī)理明確，保護(hù)動(dòng)作精度高、速度快，工作可靠，當(dāng)閘間隙超過(guò)規(guī)定的2mm，油路堵塞、碟簧疲勞等故障時(shí)，保護(hù)裝置能及時(shí)檢測(cè)并動(dòng)作，動(dòng)作的保護(hù)裝置能顯示故障類(lèi)別，并防止了故障的擴(kuò)大與蔓延，提高了礦井提升安全性。

4.3 礦井提升機(jī)液壓制動(dòng)裝置安全在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用先進(jìn)的微機(jī)保護(hù)與測(cè)量。徹底免除了因動(dòng)作靈敏度差造成的保護(hù)誤動(dòng)現(xiàn)象。

4.4 液壓制動(dòng)在線監(jiān)控系統(tǒng)軟件具有精確的事件順序記錄和故障錄波功能，能方便的進(jìn)行故障分析，可準(zhǔn)確判斷故障原因，及時(shí)采取處理和預(yù)防措施。

4.5 實(shí)現(xiàn)在硬件和軟件方面全面提高提升能力，將安全問(wèn)題和事故隱患解決在萌芽狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目從系統(tǒng)整體角度分析研究主提升的安全可靠性，經(jīng)過(guò)對(duì)礦井提升系統(tǒng)的整體優(yōu)化后可以最大限度的保證礦井的安全經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，達(dá)到了提高開(kāi)機(jī)率，減少液壓事故，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡(jiǎn)介：石愛(ài)軍（1964-），男，河北武安人，畢業(yè)于鄭州大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)任邯鄲礦業(yè)集團(tuán)陶二煤礦機(jī)電助理工程師。