矿井提升机盘形制动器可靠性的分析与研究

盘形制动器是矿井提升机制动系统中重要的组成部分，其工作原理是靠油压松闸，靠蝶形弹簧的弹簧力抱闸。盘形闸是其执行机构，可调压的制动油压系统是传动机构。它的闸瓦沿轴向成对地作用在提升机的制动盘上，以避免制动盘和主轴承承受附加的轴向载荷。

早期的盘形制动器为油缸前置式，由于结构的不合理，渗油很容易污染闸盘和闸瓦，形成制动力矩下降的隐患。由于缺陷明显，此类型制动器现已基本退出使用。随后出现的油缸后置式盘形制动器(如TP型),其油缸、活塞离闸瓦和制动盘的距离远了，结构也相对简化，彻底消除了渗油污染闸盘的缺陷，获得了广泛应用。近期，一种新型的油缸浮动式盘形制动器也开始应用，结构更为合理。由于其体积小、可靠性高，以及低维护率，已成为盘形制动器的发展方向。

尽管盘形制动器属于事故安全型(当制动油压系统有故障时盘形制动器自动施闸),但能否使提升机可靠制动受到很多因素的影响。因此，盘形制动器可靠性研究有着现实的意义，它直接影响到提升机的安全与正常运行。

问题的提出

某矿JKD-3.5×4型提升机使用某厂生产的油缸后置式盘形制动器，最大工作油压为14MPa,最大正压力80kN。制动状态下拧紧活塞与柱塞连接螺栓，松闸后反向旋转调整螺母使闸瓦离开制动盘3mm,制动抱闸，1*、2*制动器闸瓦与制动盘不接触，间隙分别为2.6mm、2mm。随后，将制动器闸瓦与制动盘间隙调整为2mm,制动抱闸，闸瓦与制动盘不接触，间隙均为0.6mm。也就是说，该提升机1*、2*制动器最大行程为1.4mm。很明显，这一对盘形制动器存在闸瓦间隙2mm时不贴闸、制动力矩不足等重大安全隐患。

随后对14台矿井提升机盘形制动器进行了检查，发现有4台提升机制动器存在制动器最大行程小于2.7mm的问题，其中，1台JKMD-4×4Z型提升机盘形制动器在拧紧活塞与柱塞连接螺栓的情况下，制动器行程为零。

2影响矿井提升机盘形制动器可靠性的因素

影响盘形制动器可靠性的因素总体上分为三大类：不可变因素、可调整因素和制动盘偏摆超标。2.1不可变因素

结构设计、材质化学成分、机械性能、加工质量、热处理工艺等属于不可变因素，一旦制造完成，制动器有无设计缺陷、材料使用是否合理、强度是否达到要求、碟型弹簧的疲劳寿命能否达到循环次数、闸瓦摩擦性能、制动器行程是否满足标准要求等关键性能即已确定，这些都是使用中不可改变因素。例如：蝶形弹簧材料应采用YB/T和GB/T规定的60Si2MnA或50CrVA带板或锻造坯料制造，锻造比不得小于2;化学成分、机械性能和其他要求应符合GB/T的规定;热处理硬度为HRC43~50;脱碳层深度按GB/T规定进行检验。国家机械行业标准JB/T-《矿井提升机和矿用绞车盘形制动器用蝶形弹簧》要求碟型弹簧的疲劳寿命应不低于5×10循环次数;GB/T-《蝶形弹簧》要求变负荷作用下的碟簧可以承受2×次加载次数而不破坏。

2.2可调整因素

室温过高、闸间隙变化、闸瓦与闸盘接触面积减小、闸瓦磨损、贴闸同步性、盘形闸对称间隙、同侧最大间隙差、残压大小、碟型弹簧疲劳等属于可调整因素。我们知道，室温过高，闸瓦摩擦系数降低，对此，可以通过采用适当的温度控制措施予以消除。液压站制动油残压升高，会出现制动力矩下降，闸抱不死，甚至溜车。残压升高，可以通过清理液压站主油路回油管路或增大回油管路的管径，降低阻力解决。通过每天的碟簧开闸油压检查可以监视碟型弹簧疲劳，当各闸的开闸油压有明显差别时，则应检查在较低油压下开闸的蝶形弹簧。开闸油压变化以厂家提供的使用说明书执行。《煤矿机电设备检修技术规范》规定“对应同一控制电流的制动与松闸油压值之差不得大于0.3MPa”。一般同一副闸的开闸油压不应超过5%,各副闸之间，高低开闸油压之差不超过10%。其它项目都可以通过提升机维护人员每天的维护进行适当调整，目的是制动盘两边作用的一对闸瓦的作用力相等而且动作同步，各蝶形弹簧的特性尽量一致。

2.3制动盘偏摆超标

制动盘偏摆是由于安装、调试、使用不当及提升机轴轴向窜动造成的。矿井提升机制动盘偏摆超标会导致闸间隙调整困难，盘形闸制动时同步性变差。维护人员无法在日常维护中处理，需要通过更换轴承、车削研磨制动盘加以消除。

3矿井提升机盘形制动器常见缺陷

3.1设计不合理形成的缺陷

1)盘形制动器工作行程不满足《煤矿机电设备完好标准》和《煤矿机电设备检修技术规范》的规定。根据“松闸后，闸瓦与制动盘之间的间隙不大于2mm”和“闸的工作行程不得超过全行程的3/4”的规定，可以得出盘形制动器在制动状态下的全行程最小为2.7mm,也就是说，当闸间隙为2mm时，制动器活塞与油缸底面之间至少有0.7mm的间隙。

如某矿副立井提升机实测1*、2“盘形闸活塞行程为1.4mm,当闸瓦与制动盘间隙调整到1.5mm及以上时，制动将出现闸瓦不贴闸及制动力矩消失的安全隐患。

又如某矿JKM4×6/(Ⅲ)/E主立井提升机盘形制动器因行程达不到要求，制动器生产厂在活塞与柱塞的连接螺栓上增加了5mm的金属垫，并要求使用单位全油压开闸间隙不得大于0.75mm。这一设计缺陷明显不符合矿井提升机正常运行时盘形制动器闸间隙不大于1.5mm、完好标准不大于2mm的规定。

2)提升机盘形制动器调整螺母无定位螺钉，提升机调闸后调整螺母不能定位，极易造成闸间隙的变化。

某矿JKD2.8×4型排矸井提升机盘形闸调整螺母无定位螺钉，闸间隙的变化不仅增加了维护人员检查和维护的工作量而且还留下了安全隐患。

3)盘形制动器没有筒体滑动注油口，导致筒体与闸体配合面无法加注润滑油。

某矿副立井JKMD-4×4Z型提升机盘形制动器在筒体、闸体键槽两侧、闸体上多处出现了划痕、麻点、凹坑等永久性损伤，特别是筒体的损伤面积较大，而且有明显锈蚀的痕迹。

4)同一规格元件不能互换，零部件加工精度低。

某矿JKD2.8×4型排矸井提升机1-1、44盘形闸闸座与制动器支座结合面分别加了3mm、4mm的垫片，现场测量制动器支座中心线与制动盘中心

线偏差符合要求，盘形制动器零部件加工尺寸精度存在问题，尺寸偏差明显。

5)盘形制动器活塞与油封相对工作位置不合理，油封频繁损坏。

某矿新投运的JKM4×6/(Ⅲ)/E型主立井提升机所有盘形制动器都出现了经常性的渗油，维护人员每天的日检时间都在忙于更换油封，否则就变为漏油，远远达不到JB-《矿井提升机和矿用提升绞车盘形制动器》“盘形制动器油缸密封件寿命不低于3个月或提升4×次”的要求。

3.2制动盘偏摆大造成的缺陷

《煤矿机电设备检修技术规范》规定“盘式制动的制动盘的端面圆跳动不大于0.5mm”,《煤矿机电设备完好标准》要求“闸盘的端面圆跳动不超过1mm”。制动盘偏摆增大会导致闸间隙调整困难，制动时制动盘两侧受力不均造成闸盘发热，制动力矩不足，影响安全运行。

3.3维护不到位造成的缺陷1)闸瓦磨损或闸瓦与闸盘接触面积减小。

2)同一副闸瓦两侧间隙不一致，偏差超过0.1mm;同侧最大间隙差值大于0.5mm。

3)残压偏高。

4)碟型弹簧疲劳。

4正确的盘形制动器有效行程检查和制动力矩测定方法的改进

在影响矿井提升机盘形制动器可靠性的常见缺陷中，因生产厂商设计缺陷、闸瓦与闸盘接触面积减小等原因引发的制动状态下不贴闸、制动力矩下降甚至消失的隐患最为严重。因此，进行盘形制动器行程检查和制动力矩测定非常必要，它是矿井提升机制动可靠性的基础。

4.1盘形制动器有效行程的确定

根据《煤矿安全规程》“盘式制动闸的闸瓦与制动盘之间的间隙应不大于2mm”、《煤矿机电设备检修技术规范》“闸的工作行程不得超过全行程的3/4”的规定，我们可以得到盘形制动器在制动状态下的全行程至少为2.7mm,制动状态下，制动器应有0.7mm以上的备用行程。

我们以油缸后置式盘形制动器为例说明。除待检测的一副制动器外，将其它制动器压力油管上的控制阀关闭，始终保持抱闸状态。拆下待测制动器油缸端盖的小盖，拆除调整落母的定位螺钉。在制

动状态下，按照所要求的力矩拧紧活塞与柱塞的连接螺栓。全油压下松闸，反向旋转调整螺母使闸瓦离开制动盘，将该副制动器试验间隙调至3mm以上，制动抱闸。如闸瓦与制动盘紧贴，说明盘形制动器的有效行程符合要求;如闸瓦与制动盘出现间隙，则制动器的行程为试验间隙与制动后间隙的差值，差值小于2.7mm为行程不合格，表明制动器内部存在卡涩、设计缺陷，需要立即更换。

4.2提升机制动力矩测定方法的改进

《煤矿安全规程》要求“提升绞车的常用闸和保险闸制动时，所产生的力矩与实际提升最大静荷旋转力矩之比K值不得小于3”。提升机制动力矩的测定包含在提升设备技术测定中。其方法是：将待测的一副制动器压力油管上的控制阀关闭，保持抱闸状态。其它制动器保持正常工作状态。利用提升机房的起重设备，将钢丝绳、拉力传感器、连接销与滚筒边缘的孔连接，调整起重机的位置，在钢丝绳与滚筒大约切线的方向手动缓慢拉动，记下滚筒由静止开始滑动时的拉力，就是制动力。制动力乘以孔到轴中心的距离就是制动力矩。这种测定方法简单，但制动力方向与滚筒切线的方向是否一致难以确定。因而，这种测定方法和结果是粗略的，不准确的。

改进的方法是利用渐开线轮与液压千斤顶配合测量每副盘形制动器的制动力矩。将渐开线轮固定在滚筒上，操作手柄，记下滚筒开始滑动时的压力，乘以千斤顶活塞面积即可换算为这副制动器的制动力。从渐开线的特性知道，制动力的方向始终与滚筒切线一致，测量较传统方法精确。

5盘形制动器的监测及应急保护措施

5.1应用提升机闸瓦间隙监测系统

为了提高盘形制动器的可靠性，在落实提升机日常维护工作的同时，重点加强盘形制动器闸间隙、制动力矩、蝶形弹簧疲劳的监测是非常必要的。

提升机闸瓦间隙监测系统结合了PLC可编程控制与液压技术，采用非接触式位移传感器测出闸瓦间隙值、偏摆，对制动力矩，空动时间、减速器润滑油压、液压站油温等进行监测。同时通过压力传感器对对液压站开闸压力、敞闸压力、残压进行实时监测，识别蝶性弹簧疲劳、断裂失效、油缸受卡等故障。系统通过闸瓦间隙等数据的监测，进行分析、报警及控制.

现阶段，提升机闸瓦间隙监测系统存在监测数据偏差大的问题，涉及到感应电涡流原理、位移传感器精度、实时数据刷新时间等因素，需要进一步完善，应尝试采用更先进、更适用的监测原理、监测元件设计监测系统。

5.2设置适当的应急保护措施

5.2.1设置制动油系统应急回油阀

在提升机操作台旁方便司机操作处安装制动系统回油阀。在紧急情况下，由提升机司机直接回油，对提升机实施紧急制动。

5.2.2谨慎采用盘形制动器补偿增压装置

盘形制动器补偿增压装置是在盘形制动器的基础上改造而成，采用PLC控制技术，设有检测和比较环节，与原制动系统构成并联控制系统。该系统不影响制动系统的正常工作，在原制动器以及液压站故障失效的情况下，启动补偿增加装置，提供额外的制动力矩使提升机制动停车，从而提高提升机的可靠性和安全性。

盘形制动器补偿增压装置虽然起到了后备安全保护的作用，但检测环节的可靠性和准确性非常重要，一旦误动作，弹簧力与油压力叠加，会造成紧急制动减速度超过《煤矿安全规程》要求，严重时会形成很大的机械冲击、钢丝绳断绳、设备损坏，对摩擦

式提升机还会造成滑动、失控。因此，对于升降人员的矿井提升机要谨慎采用。

6结语

综上所述，矿井提升机盘形制动器工作可靠性与很多因素有关。其中，盘形制动器行程检查、制动力矩测定和蝶形弹簧疲劳监测应是管理重点。保证盘形制动器工作的可靠性，不仅要熟悉、掌握相关标准、落实现场基础管理，而且还要不断地探索适用的、有效的技术手段，扎实的专业知识、务实的工作

态度，或许是解决问题的最好方法。

结语

实验结果表明，增加压力补偿后，受环境压力影响小，一氧化碳测量值在压力40~kPa范围内，基本误差很小，补偿效果非常好，可以适用在煤矿瓦斯抽放系统及其相似的环境中进行检测一氧化碳气体浓度。同理，本文中的压力补偿方法还可以应用在氧气，二氧化硫，硫化氢等电化学类气体传感器。