礦井提升機制動機構存在的問題及改進措施

高 鑫

（山西宏廈第一建設有限責任公司， 山西 陽泉 045000）

引言

我國的礦井提升機主要分為兩大類：斜井和立井，通過卷筒帶動鋼絲繩為提升機提供動力，實現井上與井下之間運輸的目的。由于我國工業技術發展比較遲，與西方發達國家相比，我國開采井類型較小，提升機提升高度低，加上井下作業安全系數要求高，故對提升機的設置必須要引起高度重視，并使其滿足安全生產的需求[1]。

1 礦井提升機制動裝置

制動裝置是礦井提升機的重要組成部分之一，制動裝置的作用就是減速、停車，對礦井提升機的安全運行具有非常重要的作用。傳統提升機制動主要是通過操作者按下停止按鈕，利用控制器切斷卷筒電機的電源，停止卷筒電機繼續轉動，此時液壓系統對卷筒進行機械摩擦，從而實現制動的目的。

1.1 制動機構的作用

傳動機構和執行機構是制動機構的主要組成部分，傳動機構主要用于控制和調節制動力矩，而執行機構則是直接作用在制動盤上或者是制動輪上產生制動力矩。

在礦山作業中，提升機的作業內容主要是運送人員、設備、材料和煤炭等等，在傳統提升機制動上整個運輸過程不會主動制動而需要人工通過腳踩制動開關閥操作。制動機構只有在減速或者是停機的時候才會工作，減速時制動機構工作，提升機減速，當提升機需要停車時，閘住提升機的摩擦輪或滾筒，從而實現提升機停車的目的[1]。在提升機減速、正常停車的過程中，需要一定的時間，由于摩擦力的大小和操作者的經驗決定了停車的時間，且對操作者經驗要求較高。當操作者經驗不足時，會導致實際停車位置與理論位置存在較大的差異。另外在提升機更換調繩、鋼絲繩和檢修時，也會使用到制動機構。

聯軸器和減速器的組合就是傳動機構，通過降低直流電動機的電流外，還需要使用減速器，而減速器設定在主軸和電動機之間，其作用就是減速和傳動動力。聯軸器則是用于提升，為提升機提供動力。隨著技術的發展和進步，為了實現更好的制動效果，大部分提升機都是使用液壓盤形閘制動器，該類型的制動器具有良好的制動效果，可通過閘的副數實現力矩的大小調節，結構簡單，安全系數高。

1.2 制動裝置的分類及組成

礦井提升制動裝置分為電氣制動和機械制動。電氣制動又分為動力制動和發電制動。動力制動主要依靠控制裝置和制動電源實現制動的目的，由于具有足夠大的制動力矩，整個制動裝置結構簡單，控制作用良好，故得到廣泛的應用。而發電制動主要依靠低頻發電實現制動且制動效果不佳，故很少應用。

機械制動裝置包括制傳動系統和制動閘，傳動系統的作用主要是控制、調節制動力矩的機構，根據動力源分為氣壓系統和油壓系統。制動閘直接作用制動盤和制動輪上產生制動力矩的機構，根據結構分為盤式制動閘和輪式制動盤。

2 礦井提升機制動機構失效的原因

盤形制動器、液壓管路和液壓站是礦井提升機的主要制動機構，導致提升機制動機構失效與各個裝置有關。

2.1 液壓站壓力過高

液壓系統的壓力對液壓站來說至關重要，主要是通過調節溢流閥實現控制的目的，當液壓系統的壓力過高且不能調節壓力時，為了實現控制的目的，必須要確認溢流閥是否正常，一般情況下溢流閥內部會存在堵塞以及其他問題[2]。

2.2 液壓管路堵塞

在礦井提升機制動失效中，常見的液壓管路問題是回油管堵塞，導致回油管堵塞的原因是回油濾芯堵塞，另外還存在回油管線的閥門開啟過小以及閥門損壞。如果回油管有順序閥門或者是平衡閥門，當這些閥調節過高時，導致液壓管路內的壓力過高，從而導致提升機失效，如果是回油節流閥的流量閥調節過小，導致液壓管路的壓力過小，也會出現制動失效。

2.3 盤形制動器失效

常見的盤形制動器失效的原因有很多種，對制動器失效的判定主要是制動器不能按照規定完成制動任務，或者制動效果較差[3]。導致提升機失效的原因主要分為松閘失效和制動失效。

2.3.1 松閘失效

導致制動器松閘失效的原因有兩種：液壓缸配合過緊或卡缸，導致活塞運動阻力增大，制動器壓力無法完全克服活塞運動阻力，最終導致盤形制動器敞不開閘；液壓站油壓不足時，也會導致活塞運動阻力和彈簧力無法克服。

2.3.2 制動失效

盤形制動器制動失效原因是制動力矩不足，當制動器輸出的正壓力不足時，就會導致制動失效。正壓力不足的原因有活塞的大螺栓和聯接襯板筒體出現松動；油路堵塞或油質污染導致制動系統殘壓過大；液壓油污染、活塞密封圈老化導致活塞運動阻力增大；閘瓦過度磨損或制動盤偏擺過大導致兩組之間的間隙過大；碟簧出現疲勞或斷裂導致剛度不足[4]。當制動盤和閘瓦之間的摩擦因素降低，也會導致盤形制動器出現失效，其原因與物體的運動速度有關，閘瓦接觸面發生變形，閘瓦表明有油污污染或者是制動盤表面被污染。

3 礦井提升制動機構的改進措施

3.1 盤形制動器失效的改進措施

根據《金屬非金屬礦石安全規程》的相關要求，定期對礦井提升機制動機構進行安全制動性能和工作制動性能檢測，并計算制動機構制動力矩，測量安全制動的速度。制動盤被污染是導致盤形制動器失效的主要原因之一，故在每日作業中必須要檢查一次，確保制動盤表面無污染，以防制動盤和閘瓦之間摩擦因數增大。如果在正常作業中，出現漏油現象必須要及時更換密封圈。在礦井提升機下拉重物時，必須要采取雙效制動，否則依靠制動盤制動，會導致閘瓦發熱，導致盤形制動器失效[5]。液壓油更換周期半年一次，為確保液壓油質純正，在更換前必須要對液壓站進行徹底清洗，在開班前必須要確認液壓油量是否正常。碟形彈簧使用次數不能超過50 萬次，否則會影響到制動效果。定期檢測制動器的空動時間，如果空動時間超過0.3 s 必須要對其進行檢測，檢測周期半年一次，同時檢查表面是否有變形和裂紋現象，清理部件表面銹跡，檢查液壓缸是否磨損，一旦發現磨損嚴重必須立即更換。

3.2 基于PLC+變頻器設計控制制動系統

PLC 具有抗干擾性、擴展性、程序可移植性、穩定性、可靠性等優勢，在工業環境中得到廣泛的應用。基于PLC+變頻器設計控制制動系統有四個組成部分：顯示單元、控制單元、制動單元和輔助單元[6]。顯示單元主要是顯示轉速值、深度值、電壓和電流值等等。控制單元包括變頻器和PLC 控制系統（見圖1），通過PLC 發出控制指令實現對電動機轉速的控制，需要在原有的基礎上增加變頻和加工轉換功能。制動單元包括能耗制動單元和回饋制動單元，能耗制動單元可以單獨使用，也可以配合回饋單元使用；回饋制動利用變頻器將再生能量回饋給電網。輔助單元主要是一些輔助設備，包括打印機、DCS 系統和上位機監控系統（見圖2）。

圖1 基于PLC 的礦井提升變頻調速控制系統圖

圖2 控制系統框圖

4 結語

在實際生產過程中，提升機存在各種各樣的問題，必須要根據實際情況全面分析，找出原因，并針對性提出具體有效的改進策略，才能確保提升機運行位置的準確性，提高生產安全系數，實現安全生產。