基于故障樹的提升機盤形制動器故障分析

趙蜜云

(大同煤礦集團公司 煤峪口礦，山西　大同　037041)

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基于故障樹的提升機盤形制動器故障分析

趙蜜云

(大同煤礦集團公司 煤峪口礦，山西大同037041)

摘要通過分析礦井提升機盤形制動器的工作原理和常見故障類型，建立了由4個邏輯或門和8個底事件構成的盤形制動器失效的故障樹，并進行了定性和定量分析?？梢钥闯觯?個底事件中任意一個發生，都必然引起頂事件發生；頂事件發生的概率為23.8%，系統可靠性較低，應當加強日常的維護與檢修。針對分析結果，提出應主要從避免正壓力不足和摩擦系數降低影響制動力矩兩個方面預防和改進，具有一定的指導意義。

關鍵詞提升機；盤形制動器；故障樹；預防

礦用提升機是煤礦生產中必不可少的大型機械設備之一，其主要任務是完成煤炭的提升、人員的升降，是地面與井下聯系的主要提升運輸設備。近年來，隨著科技的飛速發展，我國煤炭企業的自動化水平也有了較大程度的提高。深井提升、重載提升、高速提升以及自動化遠程控制等技術都提高了提升機的自動化水平，但是也帶來了新的安全問題。尤其是礦井提升機的制動系統，必須在自動化控制中具備最大負載可靠停止、緊急情況安全停止、斷電時制動器及時運行有效停止等功能。礦井提升機的安全性和可靠性會對煤礦的效益和安全產生直接的影響，更是被形象的比喻為“礦山咽喉”。礦井提升機造成的事故在常見的煤礦機電設備事故占有較高的比例。因此，研究如何確保礦井提升機的安全穩定運行，提高其工作可靠性很有必要。

故障樹分析法是針對某種具體故障，通過逐層向下建立可能導致故障的各種因素的邏輯關系進行分析的一種方法。本文利用故障樹分析法對礦井提升機盤形制動器常見故障進行了分析，通過分析，尋找導致輸送帶故障的原因提出改進措施。同時，實現直觀展現故障原因、方便查詢故障類型、加強日常檢查力度、加快故障維修效率等實際目標，作為實踐工作的指導。

1礦井提升機盤形制動器

現在大多數新型礦井提升機的制動系統中都使用了盤形制動器，與輪式制動器相比，盤形制動器具有結構緊湊、動作靈敏、重量輕便、散熱迅速等特點。

盤形制動器通過盤形彈簧的壓縮變形產生制動力。同時，由于主軸沒有附加力，保證了除彈簧壓縮變形外沒有其他附加變形。盤形制動器工作原理示意圖見圖1.

圖1中，F1是油壓力，F2是彈簧壓縮力。當注入壓力油的時候，油壓力F1>彈簧壓縮力F2，活塞向后移動壓縮彈簧，閘瓦與制動盤之間的間隙△>0，制動器處于松閘狀態；反之，油壓力F1<彈簧壓縮力F2，閘瓦與制動盤之間的間隙△=0，閘瓦與制動盤接觸，制動器保持制動狀態。

2常見的盤形制動器故障類型

盤形制動器的大部分故障都是不能按照規定完成制動任務，或者制動效果達不到規定要求。通常把盤形制動器的故障分為制動失效和松閘失效兩大類。

2.1盤形制動器制動失效故障分析

制動力矩的產生是靠閘瓦沿軸向從兩側壓向制

圖1　盤形制動器制動與松閘狀態原理分析示意圖

動盤的，其計算公式如下：

M=2μNRn

(1)

式中：

M—制動力矩，N·m；

N—正壓力,N；

R—半徑,m；

n—閘瓦個數；

μ—摩擦系數。

根據式(1)可以看出，導致制動力矩不足的主要原因有兩個：一個是摩擦系數的降低，另一個是正壓力的不足。

在導致制動力矩不足的兩個原因中，摩擦系數降低是主要因素。根據相關文獻資料以及現場試驗數據可知，摩擦系數降低主要是由于閘盤表面被油污污染或者接觸面發生變形引起的。導致油污污染的主要原因有：油缸漏油、油管開焊或接頭松動導致漏油、液壓缸內活塞密封圈老化未及時更換等；導致接觸面變形的主要原因是工作溫度過高造成閘瓦過熱而燒流或者變焦。另外，摩擦系數的大小與物體運動速度有關，當提升機高速運行時，摩擦系數會降低，一旦出現緊急情況，可能會產生嚴重的后果，甚至造成重大事故。

正壓力不足主要是由4個因素造成的：1) 彈簧剛度不足。彈簧由于反復的拉伸和壓縮，其彈性會有所降低，造成剛度不足。2) 閘瓦間隙增大。隨著制動器不斷使用磨損，閘瓦間隙會變大，使得正壓力變小。3) 綜合阻力增大。由于制動器在使用過程中密封圈老化，壓力油被污染等導致阻力變大。4) 工作腔殘壓增大。由于油質被污染或者油路堵塞，油液不能完全回到油箱，增大了工作腔內的壓力，制動力矩就會下降。

2.2盤形制動器松閘失效故障分析

造成盤形制動器松閘失效故障的原因主要有：回油緩慢、液壓缸配合過緊、運動機構卡死。

3基于故障樹的盤形制動器故障分析

3.1故障樹的建立

通過分析盤形制動器故障類型和故障原因，建立了故障樹。頂事件就是盤形制動器故障。因為制動失效是主要故障，而且造成事故危害較大，因此，對其著重分析。導致制動失效的主要原因是摩擦系數降低和正壓力不足。繼續向下分析導致摩擦系數降低和正壓力不足的原因，最終建立了具有4個邏輯或門、8個底事件的盤形制動器失效的故障樹，見圖2.

圖2　盤形制動器失效的故障樹圖

3.2故障樹定性分析

對圖2所示盤形制動器失效的故障樹進行定性分析，求該故障樹的最小割集，通過最小割集判斷相關底事件的重要程度。求解過程見式(2).

T=M1+x1= M2+M3+x1=

x1+ x2+ x3+ x4+ x5+ x6+ x7+ x8

(2)

式中：

T—頂事件；

M—中間事件；

x—底事件。

通過式(2)可知，在該故障樹中，導致頂事件必然發生的底事件有8個，分別為{x1}、{x2}、 {x3}、 {x4}、 {x5}、 {x6}、 {x7}、 {x8}.在這8個集合中，只要任一個發生，都必然引起頂事件發生。

3.3故障樹定量分析

故障樹的定量分析主要是通過計算求得頂事件發生的概率。通過查閱相關手冊和文獻資料，得到圖2事故樹中各底事件發生的概率，見表1.

表1　盤形制動器故障因素的發生概率表

由于故障樹中各個底事件為獨立事件，根據獨立事件頂事件概率的求法見式(3)，最終可以求得盤形制動器發生故障的概率為：P(T)= 0.238≈23.8%.

P(T)=1-Π(1-qi)

(3)

式中：

P(T)—頂事件發生概率；

qi—底事件發生概率。

3.4預防及改進措施

通過故障樹分析法，對盤形制動器故障進行了定性分析和定量分析，以分析結果為依據，在以后的日常檢修與保養中，應當做好預防和改進工作：

1) 為了避免正壓力不足影響制動力矩，要重點注意閘瓦間隙、殘壓值、油壓值是否處于正常狀態。

2) 為了避免摩擦系數降低影響制動力矩，要重點注意及時更換磨損或者損壞的閘瓦和液壓元件。定期檢查液壓系統和管路，防止出現堵塞、漏油等現象。

3) 要加強閘瓦貼閘能力的檢查，確保其保持在最佳狀態。

4) 可以通過安裝自動監控系統實時監測制動器工作狀態，以便及時發現故障，避免事故的發生。

4總結

1) 分析了礦井提升機盤形制動器的工作原理和常見故障類型。確定了由4個邏輯或門和8個底事件構成的盤形制動器失效的故障樹。

2) 對故障樹進行了定性分析和定量分析。通過分析可知，8個底事件只要任一個發生，都必然引起頂事件發生；頂事件發生的概率為23.8%，系統可靠性較低，應當加強日常的維護與檢修。

3) 針對分析結果，提出了預防措施，特別從避免正壓力不足和摩擦系數降低影響制動力矩兩個方面提出建議，具有一定的指導意義。

參考文獻

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·問題探討·

(E-mail)zhaomiyun75@163.com

Analysis on the Failure Reason of

Hoist Disc Brake Based on Fault Tree

ZHAO Miyun

AbstractBy analyzing the working principle and common type of faults of mine hoist disc brake, the fault tree is established which composes by four logic OR gates and eight basic events, and carries out the qualitative and quantitative analysis. It can be seen that the every of eight basic events will inevitably lead to the top of the event. The probability of top event is 23.8%, the system reliability is lower, should strengthen routine maintenance and repair. According to the analysis results, puts forward should prevent and improve from two aspects of which avoid the insufficient positive pressure and the friction coefficient decreased effect braking torque. It has some guidance significance.

Key wordsHoist; Disc brake; Fault tree; Prevention

中圖分類號：TD534+.5

文獻標識碼：B

文章編號：1672-0652(2015)05-0050-03

作者簡介：趙蜜云(1975—)，女，山西懷仁人，2011年畢業于太原科技大學，工程師，主要從事煤礦機電技術工作

收稿日期：2014-03-14