矿井提升机液压制动系统可靠性分析与探讨.pdf

2 01 3年 8月 第 4 2卷第 4期 中 国矿 山工程 Chin a Min e En g i n e e r in g 5 5 矿井提升机液压制动系统可靠性分析与探讨 Re lia b ilit y a n a ly s is a n d d is c u s s io n o f h y d r a u lic b r a k in g s y s t e m o f min e h o is t 李生 军( 金 川 集 团 股 份 有限 公司， 甘 肃金昌7 3 7 1 0 0 ) 摘 要 ：主要介绍提升机盘 式制动器和液压 系统的 工作原理 ， 并通过 典型故 障分析 ， 阐明 了闸力、 电磁 换向 阀、 制动 油泵等 因 素对提升机液 压制动 系统可靠性 的重要影 响， 提 出了可行 的检 测和处理 方法。 关键词 ：盘式制动 器；液压 系统 ；电磁 换向阀 ；可靠性 Abs t r act：This p a pe r in t r o du ce d t he wo r k ing p r incip le o f dis c b r a k e a nd h y dr a ulic s y s t em o f min e ho is t Th r o u g h t h e a na ly s is o f t y pica l f a ult ，it wa s e la b o r a t e d t h a t t he b r a king e f f o r t ， e le ct r o ma g ne t ic div e r t e r v a lv e， br a k e p u mp a n d S O o n h a d imp o r t a n t in fl u e n ce o n t h e r e lia bilit y o f hy d r a u lic br a k ing s y s t e m o f min e ho is t ，a n d t h e f e a s ib le d e t e ct io n a nd t r e a t me n t wa y wa s pu t f o r wa r d Ke y wo r ds：dis c br a k e；h y d r a u lic s y s t e m；e le ct r o ma g ne t ic d iv e r t e r v a lv e；r e lia b ilit y 文章编 号 ： 1 6 7 2 。 6 0 9 X( 2 01 3) 0 4 0 0 5 5 0 4 中图分类号 ： T D 5 3 4 文 献标 识 码 ：B 收 稿 日期 ： 2 0 1 3 0 3 - 1 4 修 订 日期 ：2 0 1 3 - 0 4 2 O 作 者简介 ：李生 军( 1 9 7 3一) ， 男， 甘 肃永 昌人 ， 工程 师， 从 事矿 山工 程 管理工作。 1 前言 矿井提升机 ， 如单绳提升机、 多绳摩擦提升机等 ， 其 主要 任务 是 通过井 筒 提升运 输 矿 山生 产 的矿石 、 废石 ， 运 输井 下生 产人 员 、 设 备 、 材料 和 工 具 等 ， 是 联 系 矿 山生 产 地 表和井 下 最重要 的运输 提升设 施 。提 升机 的安全 可靠 运行 是矿 山井 下人 员 安 全 和矿 山生 产 的关 键 ， 提 升机 的 安全可靠运行在很大程度上取决于其制动系统的可靠性 和 自动化程度。安全可靠的制动系统不仅可以减少提升 设备的维修量 ， 降低维修成本 ， 延长设备使用 寿命 ， 更重 要的是能够防止和杜绝设备故障 、 事故的发生 ， 制动器的 可靠性是矿井提升机的 日常使 用 、 维护 、 管理 的重要 内 容 。 因此 ， 提 升机 制动 器 的工 作 可靠 性 是 提 升 机 安全 运 行的重要保证 ， 提高液压 系统和盘式制动器 的可靠性有 着 非常 重要 的实 际意 义 。 2 盘式液压制动 系统原理及其作用 2 1 盘 式制 动器 的工 作原 理和 作用 目前 ， 国 内外矿 山提 升 机 的制 动 系统 主要 是 采 用 液 压 盘式 制动 装 置 ， 液 压盘 式制 动 系统 由盘 式制 动器 、 液压 站 与其 电控 系统 组 成 。其 中 ， 盘 式 制 动器 是 运 用 最 普遍 的矿井提升机制动器 ， 它是近 2 0年来研究应用于矿井提 升 机上 的新 型制 动器 ， 具 有灵 敏度 高 、 动 作快 、 惯量 小 、 制 动力矩可调性好等诸多优点 ， 目前大多数矿井提升机均 采用盘式制动器 ， 特别是在多绳磨擦提升机上， 几乎全部 采 用盘 式制 动器 。 盘式制动器的基本原理是靠碟形 弹簧产生制动力 ， 通 过 闸力抱 紧提 升 机 闸 盘 而实 现 制 动 。在 制 动 状 态 时 ， 5 6 中国矿 山工 程 2 0 1 3年( 第 4 2卷) 利用碟 型 簧组 的弹 簧 力进 行 上 闸 制 动 ； 在提 升 机 启 动 时 ， 靠液 压 系统 的 油压 松 闸 ， 使 提 升机 可 以启 动 。 其结构如图 1 所示。 1 一 卷 筒 翱盘 ； 2- 制 动 器 I嗣 瓦 ； 3 一 制 动 器 本 体 ； 4 一 碟 型 弹 簧 ； 5 一制动油缸 ； 6 一活寨等部件组 成； F 一制 动闸油压力 ， F。 =P A， A 活塞有效面积 ， P 一油压 ； F 2 制动 闸弹簧力 ； 一 闸间隙； v 一 正压 力 图 1盘 式 制 动 器 结构 图 盘式制 动器 的工 作原理 是 ： 当 闸油 压 压力 P= 0 时 ， 即 F ， =0时 ， 闸力 N =N =F ： ， 此 时 闸 瓦 和 制 动 盘 之 间 的 间 隙 = 0， 这 是 制 动 器 处 于 全 制 动状 态 。反之 ， 当 闸油压 P=P 时 ， 即 F F 时 ， 活塞 6 压缩 蝶 形 弹簧 4， 此 时 制 动 闸 闸瓦 和 提升 机 制 动 盘 之 间的 间隙 0 ， 这是 制动 器处 于全 松 闸状 态 。 当 油压 力为某 一 值 P 时 ， F =F ， 这 时 N=0 ， 闸 瓦 与 制动盘刚刚贴上， 但无压力。所 以当油压力为某一 值 P 在 0 P 之间变化时， 由于 F 不变 ， 所以 F 不变 ， 使正 压力 随油 压力 P而变化 。 盘式 制动 器有 以下几个 方 面 的作 用 。 当提升 机 由运行 状态 转 为停 止 状 态 时 ， 能够 通 过 提 升 机制 动盘 ， 利用 闸力 可 靠地 实现 提 升 机 制动 。 当提 升 机进 行减 速或 者运 输 重 物 时 ， 可 以运 用 闸力 进 行 提 升机的控制 ， 使提升机在适 当的速度下运行。在 提 升机 出现超 速 、 提 升故 障灯 紧急事 故情 况 时 ， 能使 提 升机安 全制 动 ， 迅 速停 车 ， 避 免造 成设 备和人 员伤 亡 的事故 。 2 2液压 系统 的作 用 液 压 系 统 是 矿 井 提 升 机 重 要 的安 全 和控 制 部 件 ， 它是运用其油压实现对提升机制动系统的驱动 ， 实现盘式制动器的开 闸和合闸， 同时提供需要的油 压 ， 满足制动系统的调节要求 ， 它是矿井提升机制动 系 统重要 的组 成部 分 。液压站 与盘 式制 动器组 成 的 制动系统 的可靠稳定运行 ， 是矿井提升 系统安全稳 定运行的重要保证 ， 其性能 的可靠性关系到矿井的 产量 、 设 备 的使 用 寿命 和 生产人 员 的安全 。 液 压 系统 的 主要 作 用是 为提升机 盘式 制动 器提 供制动力的能源 ， 即根据制动的需要为盘式制动器 提供 不 同 的油压 ， 使 其获 得制 动闸运 行 的制动力 矩 ， 满 足制 动器不 同动 作 的需 要 ， 从 而实 现 提 升机 的工 作和安全制动。在正常状态下 ， 为盘式制动器提供 合 适 的油压 ， 实现 提升机 的工 作制 动 ； 在 事故 或紧急 状态下 ， 能够使制动器 的油压迅速复 零， 或通过延 时， 快速降到预先 设定的油压值 ， 满足二级制动要 求 ， 实 现安全 制动 。 3 液压盘式制动系统的常见故障 液压盘式制动器及其控制系统是提升机的核心 部件 ， 而且结构较为复 杂， 如果对其使用 与维 护不 当 ， 将会 造 成提升 机不 能松 闸 、 减速 度超 限或 者制动 力矩不 足 等多种 故 障 ， 以致 在 提 升 机运 行 过 程 中造 成严重 后果 。因此 ， 必 须正 确判断 系统 产生 的故 障 ， 采取 可行 的方法 加 以解决 ， 并加 强系统 的维 护保养 ， 减少故障率 ， 保证系统稳定可靠运行。 3 1 盘式 制动器 维护及 常见 故 障的排 除 盘式 制动器 的故 障 主要 是指 由于制 动器 的制 动 力不足或制动减速度超限等原 因， 造成制动力达不 到设 计规 定 的要 求 ， 造 成 制 动 器达 不 到制 动要 求 或 制 动失灵 。常 见 的液压制 动 系统故 障主 要有 以下 4 个 方面 ： 一是盘 式 制动 器 在 规 定时 间 内无 法正 常 启 动 ； 二是盘式制动器在规定时间内不能有效合闸， 导 致 提升机 无法 正常 停 车 ； 三 是 在提 升 机 运行 过 程 中 突然 出现 故 障 ， 导 致 事故 发 生 ； 四是 液压 系 统 故 障 ， 导致制动力矩不够或闸系统受损。主要表现如下。 ( 1 ) 制 动 器 松 不 开 闸 。原 因 是 液 压 站 没 有 油 压 ， 或油 压不 足 ， 应 检查 液压站 。液 压站可 能 由于 以 下 原 因导致 系统没 有 油 压 或油 压 不 足 ： 油 泵旋 转 方 向反 了或油 泵没有 输 出液 ； 油泵 吸油 口不 通畅 ， 吸油 过滤器 堵塞 ； 电液 比例 装置 上 的溢 流 阀阀芯卡 死 ， 阻 尼孔堵 塞 ； 有 脏物 侵入液 压 阀体 内部 ， 导致 液压 阀关 不住 。 处 理方 法 ： 调 整油 泵 电机转 向 ， 检查 油泵 输 出油 压 ， 排除液压站油泵存在 的故 障； 拆开并清洗 溢流 阀 ， 使 电磁阀芯能够在阀体内灵活运动， 阀体阻尼孔 利用 压缩 空 气 吹 扫 ， 保 持 畅通 ； 清 洗 邮箱 过 滤 器 滤 芯 ， 并 检查 液压 油管 路 ， 确 保 管 路无 堵 塞 ； 拆 开 压 力 阀取出阀芯清洗 ， 保证 阀芯无卡阻现象 。 ( 2 ) 制 动器不 能制 动 。可 能 是 液压 站 或制 动 器 第4 期 李 生军 ： 矿井提升机液压制动系统可靠性分析与探讨 5 7 损坏 ， 例 如制 动器 回油 管路 单 向 阀安 装 反 了 ， 导致 制 动器液压油回不到油箱 ， 导致制动器不能制动。由 于液 压 系统 电液调 压装 置 的控 制杆 档板 离 喷嘴距 离 太小 ， 导致 液 压 系统残 压过 大 ， 或 由于溢 流 阀节 流孔 太大 ， 也会 造 成制 动器 失灵 。 处 理方 法 ： 液压 站 或 制 动器 损 坏 应 检 查液 压 站 和制 动器 并 进行 修 理 ； 液 压 系 统 残 压 过 大可 以调 整 控制 杆上 档板 离 喷 嘴 距 离 或更 换 有 故 障 的控 制 杆 ， 更换节流孔直径小一些的溢流 阀。 ( 3 ) 液压 盘 式 制 动 器 制 动 时 间 长 ， 制 动 力 小 。 原因是有超负荷使用 ， 超速度使用 ； 闸瓦 间隙太大 ； 制 动盘 和 闸瓦上 有油 ； 蝶 形弹 簧有 故 障 。 处理 方 法 ： 严 格 遵守 提升 机安 全操 作规 程 ， 严 禁 超 载超 速使 用 ； 及时 擦拭 闸盘 的油 污 ， 防止 闸瓦 上粘 油 ， 以免 降 低 闸瓦 的摩擦 系数 影 响制动 力 ； 检查 调 整 闸瓦间隙使其不超过 2 m m； 及时检查更换蝶形弹簧 组 ， 一年 或 5 0万 次制 动后 应进 行检 查更 换 。 ( 4 ) 制动器松闸或制动缓慢。原 因是闸瓦间隙 过大 ； 液压管路系统内吸入空气 ； 油箱 内液压油存在 较多泡沫 ； 电磁换 向、 阀溢流阀、 阀体内部泄漏 ； 由于 高温或长时间使用 ， 导致制动器密封圈老化损坏， 造 成 液压 油大 量 流失 ， 压力 上不 去 ， 严重 时甚 至造 成整 个 油箱 液压 油 流尽 ， 影 响矿 山安 全生产 。 处 理方 法 ： 调 整 闸 瓦 问 隙 ， 使 其 在 规 定 范 围 内 ； 检 查油 泵 吸油 口确 保 无 泄 漏 ； 检 查 吸 油 过 滤器 到 油 泵 吸油 口处 的管 路 确 认 是 否漏 气 ， 检 查 油 泵 吸油 处 管 接头 、 吸 油过 滤器 的螺 钉 、 油泵 端盖 螺钉 等部 位是 否拧紧， 避免空气被吸入油箱和管路 ； 检查清洗 电磁 换 向阀、 单向阀、 溢流阀等阀芯 ， 确保 阀芯在阀体 内 灵活运动 ， 保证工作时阀芯关闭到位 ； 定期检查或发 现 制动 闸漏 油现 象 时 ， 及 时更 换制 动 闸密 封圈 。 ( 5 ) 制动 器 闸 瓦磨 损 快 、 磨 损 不 均 匀 。原 因是 制 动器 安装 不正 ， 制 动盘 偏摆 太 大 ， 主轴窜 动或 主轴 倾斜大。 处理方法 ： 矫正制动器和制动盘 ， 减小主轴窜动 量 。 3 2 液 压 系统故 障 及排 除方 法 ( 1 ) 液压系统油压上不去 。此故 障大多因为电 液调 压装 置 失去 调 压 作 用 或定 压 作 用 造 成 的 ， 由 于 长期使用 ， 电液调压装置 的控制杆下部出现不规则 的压 痕 ， 当 动线 圈 电流最 大时 ， 这种 压 痕会 造成 控 制 杆 和喷 头上 面接 触 不 实 ， 或 者 电压 调 压 装 置 的 喷 嘴 与控制杆 的接触面磨损 、 喷头安装不当歪斜 ， 均会造 成 油从 喷 嘴处 泄漏 ， 使 系统达 不 到最大 压力 。 处理 方 法 ： 更 换 电液 调 压 装 置控 制 杆 或者 将 控 制 杆下 端磨 平 ， 即可 排 除该 故 障 ； 对 喷头 进 行 更换 、 修配或重新安装。如果液压油太脏 ， 造成 电液调压 装置 堵塞 ， 也会 造 成 系 统 压 力 上不 去 。所 以在 液 压 系统 13 常 维护 中 ， 要 定期 检查 液 压油 ， 当其性 能达 不 到标 准 时更换 优质 合 格 的液 压 油 ， 同 时要 保 证 过 滤 设 备 完好 。 ( 2 ) 液 压系 统残 压 过 大 。残压 是 指 液 压站 电液 调压 装置 的 动 线 圈 电流 为 0时 ( 不 开 闸 ， 盘 式 制 动 器处 于制 动状 态 ) ， 系统 保 留 的压 力 ， 按 规程 规 定 系 统残压值应不超过 0 5 M P a 。造成残压超高 的主要 原 因有 ： 电液 凋压装 置 进油 腔节 流塞磨 损严 重 ， 使 通 过 喷嘴进 入 喷嘴 底 圈 的油 量 太 大 ， 回油 孔 回油 不 及 时 ， 致使 系统 残压 居 高 不 下 ； 此 外 ， 电液 调压 装 置 十 字弹簧调整不合适也会造成系统残压超高。 处理方法 ： 更换节流塞； 调整十字弹簧 ， 使之达 到合 适 的间 隙 。 ( 3 ) 液压 系 统 油 压 不 稳 、 压 力 跟 随慢 。造 成 此 故 障 的主要 原 因是 电液调压 装 置十字 弹簧 的铆钉 出 现松 动 ， 导致 十字 弹簧 伸缩 过程 中上下 簧 片错位 ， 造 成 电液调 压装 置 控制 杆 在 跟 随 过 程 中 出现 空 行 程 ， 跟随缓慢 ， 从而造成油压不稳 、 压力跟随慢的故障。 处 理方 法 ： 将 十字 弹簧 上下 簧片进 行 重新铆 接 ， 最好是将十字弹簧做成整体结构 ， 改进铆钉结构存 在的弊端 ， 以杜绝出现此类故障。另外 ， 电液调压装 置 的动线 圈运 行有 卡 阻现 象 、 控 制 杆 偏斜 或 运 动 有 阻滞等原因也可能引起上述故障。 ( 4 ) 液压 系统 内部 泄 漏 。引 起 液压 系 统 内部 泄 漏 的主要 原 因有 ： 液 压 站 阀体 集 成 块 各 油 腔之 间破 损窜油造成内壁泄漏 ， 或者 阀体内部有泄漏。或者 由于电磁阀与电磁线 圈安装不规范， 使阀体 与其 电 磁铁 之 间存 有缝 隙 ， 电磁 铁 虽然 吸 合 但 未 能将 电磁 阀阀芯推 到 位 ， 造 成 电 磁 阀 阀芯 处 于 回油 腔 和合 上 腔之间 ， 形成阀体 内部短路 ， 致使液压油直接回到油 箱 ， 也会 导致 压力 上不 去 。 处理方法 ： 更换液压站阀体集成块和阀体。笔 者 曾处理 过 龙首 矿新 1 提 升 机 液压 系统 故 障 ， 1 9 9 9 年该 液压 站 出现压 力 最大达 到 5 2 M P a ， 倒换 另一 台 油泵 也是 如此 ， 经 检查 电液 调压装 置 、 油泵 和液压 换 向器 都 没有 问题 ， 于是 判定 问题 出现在 公共 回路 中。 将阀组上 的各阀体拆 除对 阀组进行气密性试验 ， 发 现 阀组进 油 腔和会 油 腔 之 间有 泄漏 现象 ， 因 为 阀组 5 8 中 国矿 山工程 2 0 1 3年( 第 4 2 卷) 内部 泄漏 导致 系统 压 力 上不 去 ， 更 换 新 阀组 后 该 故 障得 到解 决 。 4 盘式制动器可靠性探讨 ( 1 ) 盘式 制 动 器 设 计 结 构 方 面 的 问 题 ， 影 响制 动的可靠性。由于盘式制动器外簧复位 、 对榫困难 、 漏油容易污染闸盘等前腔进油结构存在的问题 ， 降 低了闸瓦与闸盘之间的摩擦系数， 降低了制动力。 ( 2 ) 油液污染液压制动系统 ， 造成制动可靠性 降低。由于污染物 由油箱盖、 检查 口等部位侵入液 压系统 ， 或在加工 、 安装或检修盘式制动器过程 中未 彻底清洗而造成液压油的污染 ， 进入液压系统的污 染 物容 易造成 阀芯 的 堵塞 ， 影 响 制 动 的可 靠 性 。 由 于密封圈磨损严重而产生的胶状悬浮物等液压系统 内形成的污染， 也容易造成阀芯堵塞 ， 影响制动的可 靠 性 。 ( 3 ) 液压站 中电磁换 向阀存在问题 ， 导致制动 失 灵 。如果 电磁换 向 阀 的阀 芯被 卡 住 ， 会 造 成 系统 液 压油无 法及 时 回到 油 箱 ， 从 而 导致 盘 式 制 动 器 中 碟型弹簧处于受压状 态， 其弹簧力无法全部施加在 提升机卷筒制动盘上 ， 无法进行制动器的安全制动， 从而降低了制动力。 5 盘式液压制动系统的维护 要保证提升机制动的可靠性 ， 必须做好盘式制 动器和液压系统的维护， 使 系统发挥 良好 的制动性 能。如果对液压盘式制动 系统维护保养不到位， 不 能及时消除液压盘式制动系统存 在安全隐患， 就可 能降低提升机制动系统的可靠性 。从盘式制动系统 和液 压系 统 的故 障 原 因分 析 可 以看 出 ， 必须 从 以下 几个方面加强盘式制动器和液压系统的维护保养， 确保 其可 靠性 。 ( 1 ) 在正常使 用中应经常 检查闸瓦间隙， 加强 闸瓦和 闸盘 的维护 保养 ， 如 闸瓦间 隙超过 2 ra m应 及 时调整 ， 并保证闸瓦间隙控制在规定范围之内。 ( 2 ) 及时进行液压站油压值整定 ， 限制残压 ， 保 证 正常 工作 压力 。 ( 3 ) 加强 闸瓦和闸盘维护 ， 如发现制动器液压 缸漏油 应及 时更换 密封 圈 ， 防止油 污污染 闸盘 ， 保证 闸瓦与闸盘之间足够的摩擦力 。 通 过 改进 闸系 统结 构设 计 ， 加 强 提升 机 日常维 护保养工作 ， 避免非人为因素对闸盘造成污染 ， 保证 制动系统的可靠性。加强液压系统故障检查排除 ， 可 以提 高 液 压 系 统 残 压 可 靠 性 。因 此