煤礦提升機制動系統的優化

劉西根　楊光

【摘 要】礦井提升機在井筒中被用來提升罐籠、礦車等，屬于一種大型礦井運輸設備，是機械液壓電氣一體化設備。礦井提升機不僅有一個復雜的機電系統還有多元復雜的機械部件，機械部分是一個靠彈性元件相互作用的多質量、多自由度的力學體系。針對煤礦提升系統制動失靈或制動時間過長的問題，分析了引起制動系統發生故障的主要原因，提出了針對性的預防及改進措施，并根據改進措施對煤礦提升機的制動系統進行了優化，以增強礦井提升機的安全性。

【關鍵詞】煤礦提升機；制動系統；改進措施

中圖分類號：TD534 文獻標識碼：A

引言

礦井提升機在井筒中利用鋼絲繩來提升罐籠、礦車等，屬于一種大型礦井運輸設備，是機械液壓電氣一體化設備。礦井提升機作為溝通礦井與地面的紐帶，其作用是向井下運送材料、向地面運輸礦石、運送設備以及人員，使用比較頻繁，負載重量變化比較大，這就需要其制動裝置性能良好。

1、制動系統概述

礦井提升機有多部分裝置組成，制動系統作為其重要的部件直接影響提升機的提升效率。制動系統有三部分組成，分別為制動裝置、液壓裝置以及電控裝置，其中制動傳動機構以及制動器這兩部分組成制動裝置。制動裝置的作用是控制提升機的安全制動、工作制動以及提升機的運行。制動器和卷筒輪邊緣之間相互摩擦而產生力矩，要求制動器動作靈敏并且可調。傳動機構用來產生和調節制動力；重力、機械力、液壓或氣壓共同作用產生制動力。制動裝置的性能直接影響提升機的提升效率，從統計的礦井提升機發生事故來看，制動造成的事故占提升機事故的大多數。主要有以下兩方面的原因：一是在提升機提升終端，提升機不能及時停止；二是緊急狀況發生時，提升機安全制動無法及時發揮作用。

2、傳統提升機液壓制動系統問題分析

a）液壓制動系統通過液壓油數值調控制動時間，導致制動減速度的計算或設計存在不合理之處；b）電液調壓裝置會導致工作制動調壓系統作業穩定性下降；c）受油質或管道暢通性等因素影響，使得制動系統在進行緊急制動時，管道會出現回油不暢的情況；d）液壓制動系統運行中存在殘壓過高的情況，導致盤形制動裝置內部碟簧無法有效展開，進而導致制動力矩不夠；e）運行中電磁閥容易發生卡閥等故障。

3、提升機液壓系統回路優化設計分析

提升機液壓制動系統回路主要包括正常制動回路、恒減速制動回路和二級制動回路。為確保系統運行的安全穩定，在關鍵回路中應當布設液壓元件進行監測，從而確保通過液壓制動系統能夠充分保障提升機的正常運行，從而最大化提升運行作業的安全性。同時，針對液壓系統預設安全系數并設計相應的安全系數回路，為安全提升作業提供雙重保障。下圖1所示即為液壓制動系統回路結構示意圖。

3.1正常制動回路

正常作業時，提升機的作業過程可分為啟動、加速、全速、減速、慢爬行和停止等階段。一般提升機正常運行至井底或提升至地面井口時均需要進行制動，這屬于正常制動。當液壓泵終止供油后，G3、G4、G5電磁鐵通電，A、B兩組制動裝置和高壓球閥、壓力過濾裝置、電磁換向閥及比例溢流閥構成回路，并參照比例溢流閥的電壓信號自大到小直至為0，而通過調控比例溢流閥的壓力值，能夠最終確保提升機滾筒做到完全制動。

3.2恒減速制動回路

提升機運行中一旦出現故障，應當優先采取恒減速制動方式，從而實現運行速度逐漸降低，防止由于制動減速度差值較大而發生斷繩故障、對于恒減速制動回圖1提升機液壓制動系統回路結構示意圖路而言，其核心組件為伺服閥，借助伺服閥恒減速制動回路能夠精準定位提升容器，實現高精度控制的同時確保高速響應。在運行時，需要針對滾筒安裝角編碼裝置以確保滾筒轉速訊號能夠實時輸入電液伺服裝置中，并借由對預設速度值的比對分析，實現對恒減速回路的有效調控，確保滾筒轉速調節的均衡性。

3.3二級制動回路

提升機運行中，一旦恒減速制動系統出現問題，將會自行啟動二級制動回路，也就是通過恒力矩達成制動。這時換向閥G3、G4斷電，G5延時斷電，蓄能裝置起到補油與穩壓的功效。系統壓力值借由溢流閥進行設定，并實施二級制動操作。通過二級制動能夠為提升機的安全、精準制動提供保障，否則瞬間產生的強大制動力會將鋼絲繩拉斷，進而引起不必要的財產和人員損失。

3.4增加系統安全系數設計分析

a）為確保提升機運行正常、有效，液壓制動系統使用兩套液壓泵，其動力源均由獨立的比例調節控壓裝置操控，其中一套處于備用狀態。如此，運行中一旦一套供油系統發生問題，便能夠借助高壓球閥切換至另一套；b）為提升制動安全系數，避免油路發生堵塞和換方閥動作失誤等故障而導致油液無法正常回油，應當確保系統壓力不降低為零。這就需要在控制內增設手動換向閥，將A、B兩組制動閥油路和油箱直接相連，并于手動換向閥左側布設一個節流閥，以防治發生瞬時制動現象。

4、改進措施

1）用電液比例溢流閥調壓裝置替換掉原先落后的十字彈簧式電液調壓裝置。電液比例溢流閥主要有三部分組成，分別為：壓力先導閥、安全閥和電磁鐵。電液比例溢流閥相比于十字彈簧式電液調壓裝置有很多優點，比如：跟隨性強、調壓比較穩定、小體積、調壓線性度好。電液比例溢流閥調壓裝置的跟隨性比十字彈簧式電液調壓裝置的跟隨性提高了20%，這大大提高了制動系統的可靠性。2）PLC代替部分液壓系統的電控系統。通過PLC的程式化設置來檢測提升機制動系統的參數變化，相比于以前的電控系統，其后期維護比較方便。3）在提升機制動系統中安裝壓力表或者壓力繼電器，當制動系統中的殘壓高于規定值時，要求制動系統自動進行制動。4）在提升機制動系統中配備非接觸電磁閥閥芯監測傳感器以及電磁閥故障監控系統。當制動系統中的電磁閥無法正常使用時，監測傳感器就會報警，并且能夠精準定位發生故障的地點，還能通過監控設備清楚地看到故障的電磁閥，大大減少了后期維護的時間，提高了工作效率。5）閥門泄露會造成空氣進入系統內部，因此要及時更換和維修損壞的閥門，防止空氣通過液壓系統進入系統。6）通過監測液壓裝置和制動器，來及早發現制動器存在的問題。比如：安裝PBM監測裝置，通過PBM監測裝置可以獲取制動力矩大小，并且能夠監測彈簧是否斷裂、閘瓦的磨損情況、殘存壓力的大小以及油路是否通暢等；安裝盤型制動器，當制動力矩不足時，盤型制動器可以輔助增壓設備，增加制動力以及制動力矩，減少制動器故障發生率。7）加強日常維護。

結束語

制動系統作為提升機的重要部件，在提升過程中發揮著至關重要的作用，其制動裝置性能的優劣直接影響提升機的提升能力與安全性，因此應從制動系統存在的問題出發，對其進行優化改進，以增強提升機的安全性，提高提升機的工作效率。

參考文獻：

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（作者單位：平頂山天安煤業股份有限公司一礦）