立井摩擦式提升機傳動和制動失效分析與預防*

牛軍軍

（義煤集團新安縣云頂煤業有限公司，河南 洛陽471800）

0 引言

隨著深井大型礦山開采的增多，摩擦式提升機的應用越來越廣。提升機在整個礦山生產中占有重要地位，其運轉的安全性不僅僅影響礦山的生產，還直接涉及人員的生命安全[1]。提升機傳動與制動系統是保證提升機安全運行的最核心部分，是實現提升機連續運轉、減速停車以及在各種故障情況下執行緊急制動、安全停車的保證[2]。

1 摩擦提升機傳動與制動形式

摩擦提升機是利用電動機來驅動摩擦輪轉動，依靠鋼絲繩與摩擦襯墊之間的摩擦力來實現重物的提升與下放[3]。摩擦提升機的傳動方式主要有兩種：一種是電動機通過減速器驅動摩擦輪；另一種是直聯結構，提升機主軸與電機轉子相連，電動機直接驅動摩擦輪，如圖1所示。隨著技術的不斷進步，提升設備傳動鏈中配備有各種機械與電器保護，使其可靠性越來越高。據統計，摩擦式提升傳動失效主要集中為“打滑”即提升鋼絲繩和摩擦輪產生了整體相對滑動[4]。

目前，絕大多數礦井提升機采用液壓站+盤形制動器制動，如圖2所示。其主要優點有:結構緊湊,慣性小,動作快,靈敏度高；操作方便,通用性強，制動力矩可調性好，安裝維護方便；特別是每臺設備同時使用多對制動器,如果出現某一個失靈，也僅僅影響很小部分的制動力矩，故可靠性高[5]。不同規格設備，根據其實際最大靜張力差來進行制動器對數的選取。制動失效主要表現為“跑車”，會對提升系統造成極其嚴重的危害。

圖1 摩擦提升機傳動形式

圖2 液壓制動系統

2 傳動失效分析與預防

摩擦式提升機實際運行過程主要經歷的工況有：重物提升加速階段、勻速段及減速段；重物下放加速階段、勻速段及減速段；及空載運行加速階段、勻速段及減速段等。其中，重物提升加速、減速段和重物下放減速段是最容易產生鋼絲繩滑動失效，其防滑系數計算方法如下。

重物上提加速段防滑系數

重物上提減速段防滑系數

重物下放減速段防滑系數

式中：Ts為重載側鋼絲繩張力N；Tj為輕載側鋼絲繩張力N；m1為摩擦輪重載側變位質量kg；m2為摩擦輪輕載側變位質量kg；u為摩擦襯墊摩擦系數；a為鋼絲繩在摩擦輪上的圍包角；a1為實際上提運行是加速度m/s2；a2為實際上提運行時減速度m/s2；a3為實際下放運行時減速度m/s2；為提升系統動防滑設計系數，《煤炭設計規范》取1.25。從公式（1）、（2）和（3）中可以看出，當提升系統選型確定后，影響防滑系數的參數只剩襯墊摩擦系數及鋼絲繩在摩擦輪上的圍包角。

預防打滑的主要措施有：①采用高摩襯墊，當前使用進口材質國內壓制的襯墊實驗摩擦系數都超過0.28，有的甚至超過了0.3。②增加鋼絲繩在摩擦輪上的圍包角，考慮對鋼絲繩壽命與摩擦輪應力的影響，可將圍包角提高到190°-195°[6]。③保持鋼絲繩的清潔，特別是落地式摩擦提升機在鋼絲繩結有冰雪時，應該先慢速空載運行半小時，待鋼絲繩冰水脫落后，再正常提升。④在鋼絲繩安全系數和襯墊比壓能夠滿足的情況下，增加容器的自身重量；該方法的缺點就是增大了系統慣量，能耗會有所提高。⑤采用容器+平衡錘提升方式，平衡錘的重量設置為容器重量+有效提升量/2；該方法缺點就是比雙容器提升的效率大大降低了。

3 制動失效分析與預防

提升機制動系統主要由液壓站和盤形制動器裝置組成。制動系統的失效就包括了液壓站故障引起的失效和盤形制動器故障引起失效。本文暫不考慮液壓站的影響，故將盤形制動器裝置從制動系統分離出來，作為一個單一系統進行分析研究。按照《煤安規程》要求制動力矩不得小于提升設備靜力矩的3倍.

1）設備靜力矩計算。

2）制動力矩計算。

根據規程要求，制動力矩必須滿足：

式中：Fj為提升機的最大靜張力差，N；Dm為摩擦輪名義直徑，m；n為制動器頭個數；k為蝶形彈簧剛度，N/m；為蝶形彈簧與壓縮量，m；F0為制動器活塞運動阻力，N；Pc為制動器油缸的殘壓，Pa；A為油缸橫截面積，m2；f為閘瓦的摩擦輪；Rm為摩擦制動半徑，m。從公式（4）、（5）和（6）可知，要確保有足夠的制動力矩，必須保證制動器的對數、閘瓦摩擦力和碟簧剛度等足夠，盡可能降低活塞阻力和油缸的殘壓。

預防制動失效的主要措施有：①必須按照規程的要求，布置足夠的制動器對數，設計時一般按不小于靜力矩的3.25倍進行選取；如果系統慣量較大時，倍數會進一步加大。②選擇質量可靠的閘瓦，確保摩擦系數符合要求。此外，還嚴格控制制動過程的閘瓦溫度。當閘瓦溫度超過80度時，摩擦系數會極具下降，給制動系統帶巨大危害。③經常檢測閘瓦間隙并及時調整，一般要求其值≤2mm。使用過程中由于閘瓦磨損，其間隙將會變大，碟形彈簧預壓量將隨著閘瓦間隙的增大而減小，制動力也隨之減小[7]。④保護制動盤的清潔，防止油污等雜質飛濺到制動盤，降低其與閘瓦之間的摩擦系數。⑤控制制動器油缸的殘壓。盤形制動器是依靠油壓松閘和蝶形彈簧力制動，殘壓的增大將使制動力矩降低。

4 結 語

在礦井提升系統中，摩擦襯墊與鋼絲繩之間的摩擦力是其傳動的核心，而盤形制動器也是液壓制動系統的核心。分析兩者主要失效原因，并建立相應的措施，對進一步提高提升機安全運行起到一定的作用。提升機的運行關乎到礦工的生命安全，解決其傳動和制動系統中存在的問題具有非常重要的現實意義。