礦井提升機緊急制動試驗研究

王永鋒

（陽煤寺家莊有限責任公司， 山西 陽泉 045300）

引言

煤礦提升機作為綜采工作面的關鍵運輸設備，其主要功能是實現提升或運送物料、作業人員的目的，該設備承擔著綜采生產的重要任務[1]。提升機的可靠性、安全性在一定程度上受其制動性能所制約。在實際生產中，提升機遇到設備故障未及時采取緊急制動措施的情況會對設備造成損壞，嚴重威脅著綜采工作面的安全生產和作業人員的人身安全。故，為了確保提升設備能夠穩定、可靠運行，在實際生產過程中需對其運行狀態進行實時監測，根據工況優化提升機的制動系統并對其進行有效控制。本文著重對提升機緊急制動系統進行設計并驗證其應用效果。

1 提升機制動系統研究

目前應用于綜采工作面制動系統主要由液壓站和制動器組成。制動系統根據實際工況產生液壓油控制盤式制動器，從而完成了提升機的制動。因此，提升機的制動性能與液壓站和制動器的性能相關。

1.1 液壓系統

制動系統中的液壓系統主要有油源部分、集油路裝置以及出油過濾裝置。若在實際生產過程中遇到緊急情況，制動系統進入緊急制動過程通過控制電磁換向閥、直動型電磁比例溢流閥得電和失電，完成緊急制動過程[2]。制動系統的液壓系統原理圖如圖1 所示。

1.2 制動器

制動系統中應用最廣泛制動器的類型為盤式制動器。盤式制動器的結構如圖2 所示。

在實際生產中，制動過程由多付盤式制動器同時運行，若其中的一套制動器失效不會影響整個系統的制動效果，僅失去部分正壓力[3]。因此，盤式制動器的可靠性較高。為了確保制動盤不會變形，在設計初期盤式制動器均是成對安裝的。

圖1 制動系統液壓系統原理圖

圖2 盤式制動器結構示意圖

1.3 制動性能的影響因素

經研究可知，液壓系統對制動性能的影響程度較大，具體影響制動系統性能的因素包括有：彈簧蓄能器的彈簧剛度、液壓系統中混入的空氣含量、液壓管路的長度、電磁換向閥閥口通流截面積、固有頻率、緊急制動的油壓值。

2 提升機試驗系統組成

本文以2JTP-1.2 型提升機為研究對象，建立提升機試驗系統，分析在不同制動油壓下通過傳感器對制動壓力、閘瓦間隙、振動加速度等參數進行監測，進而得出其在不同制動油壓下的制動性能。

本次試驗的提升機系統主要由工控機柜、閘瓦在線監測系統、力傳感器、位移傳感器、偏擺傳感器、加速度傳感器、制動油壓以及油溫等組成。其中，工控機柜可分為主控柜、制動柜以及變頻電控柜實現對雙回路進行供電，并實現對系統過電流、欠電壓的保護；測力傳感器安裝于油缸蓋與蝶形彈簧之間，監測蝶形彈簧的受力情況；位移傳感器測量非接觸式位移傳感器監測閘瓦與制動盤之間的距離；加速度傳感器監測提升機主軸裝置三個方向上的振動情況；油壓傳感器檢測液壓管路中液壓油的壓力[4]。

3 提升機緊急制動試驗研究

3.1 試驗方案

本次試驗著重探討不同制動油壓下制動器所產生的制動力、閘瓦與制動盤之間距離的變化情況以及提升機主軸裝置三個方向的振動情況[5]。為完成上述試驗，設定制動器制動盤的運行速度為2.4 m/s，監測制動油壓為1 MPa、2 MPa 以及2.5 MPa 下制動壓力、閘瓦間隙以及主軸裝置的振動加速度變化情況。

3.2 試驗結果

3.2.1 制動油壓與制動壓力的關系

提升機緊急制動系統制動器中共有兩個閘瓦，故對兩個閘瓦的制動力進行監測。不同制動油壓下閘瓦1、閘瓦2 制動力的變化情況如圖3 所示。

如圖3 所示，制動油壓對閘瓦1 的制動力幾乎沒有影響，而對閘瓦2 的影響較大。造成上述問題的主要原因為：在閘瓦1 在緊急制動過程中，油壓直接將至最低，此時制動壓力增加到最大值；而閘瓦2 在緊急制動過程中，油壓首先降低至緊急制動油壓，達到保壓延時的效果，此時所產生的正壓力隨著制動油壓的增大而減小。

3.2.2 制動油壓與閘瓦間隙的關系

不同制動油壓下閘瓦1、閘瓦2 間隙的變化曲線如圖4 所示。

圖3 不同制動油壓下制動力的變化情況

圖4 不同制動油壓下閘瓦間隙的變化情況

如圖4 所示，閘瓦1 與閘瓦2 的間隙隨著制動油壓的變化曲線相一致。系統從3.2 s 時開始緊急制動操作，閘瓦1 的間隙從1.3 mm 左右降至0.1 mm左右；而閘瓦2 的間隙從1.9 mm 降至0 mm。說明，制動油壓對系統閘瓦間隙的影響較小。

3.2.3 制動油壓與主軸振動情況的關系

不同制動油壓下，提升機主軸裝置振動加速度變化情況如圖5 所示。

圖5 不同制動油壓下主軸振動加速度變化情況

由于系統在緊急制動過程中存在受力不均衡的現象，從而在其主軸裝置上呈現出一定的振動現象。如圖5 所示，隨著制動油壓的增大，主軸裝置在X軸、Y軸方向加速度的振動變化情況相似且幅值均在減小。

4 結語

提升機作為綜采工作面的關鍵運輸設備，承擔著物料及作業人員在地面- 工作面之間的往返運送任務。提升機實際生產過程中的安全性和可靠性的影響因素眾多，不僅與其控制系統的可靠性相關，還與設備本身的可靠性相關。緊急制動是提升機實際生產過程中不可避免的工況，而確保系統能夠在緊急制動的工況下穩定運行是非常有必要的。經本文試驗研究，可知制動油壓對閘瓦制動力、主軸振動情況有影響，而對閘瓦間隙的影響較小。本次試驗結果為優化提升機的緊急制動性能提供了理論支撐。