淺談礦井提升機(jī)盤型制動(dòng)器的故障及預(yù)防對(duì)策

盤型制動(dòng)器一旦發(fā)生故障，輕則影響生產(chǎn)進(jìn)度，重則導(dǎo)致惡性事故的發(fā)生。常見的盤型制動(dòng)器故障主要表現(xiàn)為剎不住車或敞不開閘，導(dǎo)致其故障的原因多種多樣。筆者從盤型制動(dòng)器工作原理的角度分析產(chǎn)生故障的原因，提出相應(yīng)的預(yù)防對(duì)策及今后的維護(hù)措施，并列舉典型案例進(jìn)行分析。

1、盤型制動(dòng)器的工作原理

目前大多數(shù)新型礦井提升機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)都使用盤型制動(dòng)器，與塊式制動(dòng)器相比，盤型制動(dòng)器具有結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏、質(zhì)量輕和散熱快等特點(diǎn)。

如圖1所示，F(xiàn)1為油壓力，F(xiàn)2為彈簧預(yù)壓縮力。顯而易見，盤型制動(dòng)器是靠油壓力 F1松閘，彈簧預(yù)壓縮力 F2制動(dòng)來實(shí)現(xiàn)其功能的。

油壓力

式中：p 為工作油壓，Pa；A 為盤型制動(dòng)器中的液壓缸面積，m2。

彈簧預(yù)壓縮力

式中：K 為碟簧的剛度，N/m；Δ0為油壓力 p=0 時(shí)碟簧的預(yù)壓縮量，m。

圖1　盤型制動(dòng)器工作原理

1. 制動(dòng)盤　2. 閘瓦　3. 液壓缸　4. 活塞　5. 碟形彈簧

當(dāng)油壓力 p=0 時(shí)，即 F1=0，閘瓦與制動(dòng)盤之間的間隙 Δ=0，此時(shí)為全制動(dòng)狀態(tài)。

由于存在活塞運(yùn)動(dòng)阻力和工作殘壓的作用，使得全制動(dòng)狀態(tài)下盤型制動(dòng)器輸出的正壓力

式中：C 為盤型制動(dòng)器中活塞的運(yùn)動(dòng)阻力，N；p0為液壓系統(tǒng)中的殘壓，Pa。

當(dāng)油壓力 p 增加到某一值 pn時(shí)，閘瓦脫離制動(dòng)盤，閘瓦與制動(dòng)盤之間的間隙 Δ> 0，兩者之間無正壓力存在，此時(shí)制動(dòng)器處于完全松閘狀態(tài)。

此時(shí)滿足

其中

將式 (1) 和式 (5) 代入式 (4)，可得完全松閘狀態(tài)下

式中：F2′為油壓力 p=pn時(shí)碟簧的壓縮力，N；Δ′為油壓力　p=pn時(shí)碟簧的壓縮量，m。

盤型制動(dòng)器的制動(dòng)力矩是靠閘瓦沿軸向從兩側(cè)壓向制動(dòng)盤而產(chǎn)生的，其計(jì)算公式為

式中：μ 為摩擦因數(shù)；R 為制動(dòng)半徑，m；n 為閘瓦個(gè)數(shù)。

2  盤型制動(dòng)器的常見故障類型及其制動(dòng)失效原因

盤型制動(dòng)器的大部分故障都是不能按照規(guī)定完成制動(dòng)任務(wù)，或者制動(dòng)效果達(dá)不到規(guī)定要求。通常盤型制動(dòng)器的故障主要分為制動(dòng)失效和松閘失效 2大類。

2.1　盤型制動(dòng)器制動(dòng)失效

盤型制動(dòng)器制動(dòng)失效，其主要原因是制動(dòng)力矩不足。由式 (7) 可以看出，影響制動(dòng)力矩的主要因素有以下 2 個(gè)。

(1) 制動(dòng)器輸出的正壓力 FN不足　由式 (3) 可以看出，造成制動(dòng)器輸出的正壓力不足的主要因素有：① 由于碟形彈簧反復(fù)拉伸和壓縮出現(xiàn)疲勞或斷裂，造成碟簧剛度 K 不足，導(dǎo)致正壓力 FN不足；②制動(dòng)盤偏擺過大或閘瓦過度磨損，造成閘瓦與制動(dòng)盤之間的間隙 Δ 過大，全制動(dòng)時(shí)碟簧預(yù)壓縮量Δ0減小，導(dǎo)致輸出的正壓力 FN不足；③ 活塞密封圈老化、液壓油污染等造成活塞運(yùn)動(dòng)阻力 C 增加，導(dǎo)致正壓力FN不足；④ 油質(zhì)污染或油路堵塞造成制動(dòng)系統(tǒng)殘壓p0過大，導(dǎo)致制動(dòng)器輸出正壓力 FN不足；⑤ 聯(lián)接襯板筒體和活塞的大螺栓出現(xiàn)松動(dòng)，使得碟簧預(yù)壓縮量Δ0減小，導(dǎo)致產(chǎn)生的正壓力 FN不足。

(2) 閘瓦與制動(dòng)盤之間的摩擦因數(shù) μ 降低根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，造成摩擦因數(shù) μ 降低的主要因素有：① 制動(dòng)盤或閘瓦表面被油污污染，主要原因是制動(dòng)器液壓缸漏油，油管開焊、接頭松動(dòng)漏油以及液壓缸內(nèi)活塞密封圈老化造成的漏油；② 閘瓦接觸面發(fā)生變形，主要是由于工作溫度過高導(dǎo)致閘瓦過熱而燒流或變焦，從而影響摩擦因數(shù)μ；③ 摩擦因數(shù)的大小與物體的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，當(dāng)提升機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，會(huì)導(dǎo)致摩擦因數(shù)　μ 降低。

2.2　盤型制動(dòng)器松閘失效

由式 (6) 可以看出，造成制動(dòng)器松閘失效的主要因素有：

(1) 液壓站油壓 p 不足，不足以克服彈簧力 F2' 和活塞運(yùn)動(dòng)阻力 C；

(2)液壓缸配合過緊或卡缸造成活塞運(yùn)動(dòng)阻力 C劇烈增加，使制動(dòng)器油壓力 F1無法克服運(yùn)動(dòng)阻力 C而敞不開閘。

3　預(yù)防對(duì)策

對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，就是要通過設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)的蛛絲馬跡，在故障未出現(xiàn)前通過科學(xué)合理的維護(hù)，將故障消除在萌芽狀態(tài)。通過分析盤型制動(dòng)器常見故障類型及原因，筆者提出日常維護(hù)過程中預(yù)防盤型制動(dòng)器失靈的措施如下：

(1) 根據(jù)提升機(jī)的工作量，定期檢查閘瓦剩余厚度，小于 6 mm 時(shí)應(yīng)立即更換。

(2) 盤型制動(dòng)器的制動(dòng)盤兩側(cè)不應(yīng)有油污，每班至少檢查一次，發(fā)現(xiàn)油污應(yīng)及時(shí)停車處理，以免影響閘瓦和制動(dòng)盤之間的摩擦因數(shù)。

(3) 在提升機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，若出現(xiàn)制動(dòng)器液壓缸漏油的情況，應(yīng)及時(shí)更換密封圈。

(4) 在下放重物的過程中應(yīng)投入動(dòng)力制動(dòng)，不能單單依靠制動(dòng)盤制動(dòng)，否則會(huì)使閘瓦發(fā)熱，易造成閘瓦熱變形，降低閘瓦摩擦因數(shù)而影響制動(dòng)力。

(5) 閘間隙保持在 1 mm 左右且應(yīng)不大于 2 mm。對(duì)于未裝設(shè)閘間隙保護(hù)裝置的老設(shè)備應(yīng)及時(shí)配置，當(dāng)閘間隙超過規(guī)定值時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)警報(bào)或自動(dòng)斷電。閘間隙調(diào)整完畢后必得將定位螺栓鎖緊。

(6) 每半年過濾一次液壓油，保證油質(zhì)清潔；每班檢查一次液壓油的油量，保證油量充足。

(7) 碟形彈簧的使用時(shí)間不應(yīng)超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，一般動(dòng)作次數(shù)超過 50 萬次應(yīng)予以更換。

(8) 裝設(shè)制動(dòng)盤偏擺自動(dòng)檢測(cè)裝置，在檢測(cè)到制動(dòng)盤偏擺量大于 1 mm 時(shí)，應(yīng)采用火焰法或車削法重新校正制動(dòng)盤，使其偏擺量≤1 mm，滿足規(guī)程的相關(guān)要求。

對(duì)于達(dá)到使用年限或長(zhǎng)期維護(hù)后仍然不能正常工作的盤型制動(dòng)器裝置，應(yīng)及時(shí)對(duì)其進(jìn)行整體改造，更換全新的制動(dòng)系統(tǒng)以滿足規(guī)程的各方面要求，保障礦井提升機(jī)的平安運(yùn)行。

4　結(jié)語

礦井提升機(jī)盤型制動(dòng)器的故障雖多種多樣，但只要合理使用，按照上述措施加強(qiáng)日常管理維護(hù)，就能及時(shí)了解盤型制動(dòng)器的使用狀況和它在使用中存在的問題，做到心中有數(shù)，及時(shí)準(zhǔn)確地排除隱患，從而保證礦井提升機(jī)平安可靠運(yùn)行，防止事故的發(fā)生，確保礦山的平安生產(chǎn)。