制动失效分析1.docx

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制动失效分析1

4.1　盘形制动系统故障分析

提升机故障包括很多方面，有机械松动、主轴故障、制动系统故障等，但最主要的是制动系统故障，它是最后一道也是最关键的安全保障装置，制动装置的可靠性直接关系到提升机的安全运行，故以下只对提升机制动系统故障进行分析。

目前提升机发生的事故大部分与制动系统有关，如断绳、过卷、墩罐、滑动等，主要体现在两方面：

一方面在提升终了或提升机不工作时不能可靠地闸住提提升机；另一方面在减速阶段不能参与提升机的速度控制和发生紧急事故时不能进行安全制动[7]。

从矿井生产来看，提升机素有“矿井咽喉”之称，一旦发生事故将引起停产甚至人员伤亡，因而有必要对其盘形闸制动失效进行分析，以便采取相应措施。

《煤矿机电设备完好标准》规定盘形闸制动系统瓦间隙一般为1~1.5mm，最大不得超过2mm；安全制动时空动时间不得0.3s；竖井提升时无论工作闸或保险闸工作时其制动力矩不得小于最大静负荷力矩的3倍；调绳时作用到单滚筒上的制动力矩不得小于该滚筒所悬吊负荷力矩的1.2倍；正在使用中的制动盘偏摆量≤1mm，新安装的制动盘偏摆量≤0.5mm；对于安全制动减速度，上升提重载时，下放重载时。

其它还包括“液压站性能”、“闸瓦磨损及与制动盘接触情况”、“主轴窜动量”等。

（1）制动力矩不足

制动力矩可用下式表示[5、7]：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（4－1）

式中：

－每个闸瓦作用于制动盘上的正压力，N；

－闸瓦与制动盘之间的摩擦系数；

－制动盘平均摩擦半径，m；

－制动盘闸上的个数。

从上式可以看出，一台液压防爆提升机设计安装好后，其制动盘摩擦半径和闸瓦个数是确定的，因而制动力矩主要与作用在制动盘上的正压力和闸瓦与制动盘之间的摩擦系数有关，而正压力可用下式表示：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（4－2）

式中：

－碟形弹簧的刚度，N/m；

－弹簧在制动器无液压油时的预压量，m；

－盘形闸中活塞运动阻力，N；

－盘形闸中残压，Pa；

－盘形闸中油缸面积，m2。

由公式可见，影响制动力矩的主要因素有弹簧的预压量、闸瓦间隙、碟形弹簧的刚度、活塞运动阻力、盘形闸中的残压、闸瓦与制动盘之间的摩擦系数等，现分析如下：

1弹簧预压量和闸瓦间隙

　　弹簧预压量直接决定着闸瓦作用于制动盘上正压力的大小，制动器在运行一段时间后，闸瓦由于磨损将使得闸瓦间隙变大，碟形弹簧预压量将随着闸瓦间隙的增大而减小，制动力也随之减小。

因此，闸瓦磨损的本质是弹簧预压量减小，并通过闸瓦间隙反映出来，闸瓦间隙将决定制动力矩的大小。

2碟形弹簧刚度和寿命

施加于制动盘上的正压力是依靠碟形弹簧储积的压力势能产生的。

碟形弹簧在频繁使用中由于金属的疲劳现象引起使用应力即刚度急剧下降，致使制动力有较大的变化。

由于盘形闸中碟形弹簧数量较多，一旦有一片碟形弹簧损坏，将会使整个制动器失去制动力。

因此碟形弹簧是影响盘形闸能否正常工作的重要因素。

据设计资料介绍，JTY液压防爆提升机的双盘形闸弹簧的使用寿命是按5×105循环次数设计的。

在使用中应当根据实际情况确定弹簧的使用寿命。

可按下式计算：

　　　　　　　　　　　　　　　（4－3）

式中：

－每年工作时间数，单位小时（h）；

　　　－每小时提升次数；　－每提升一次松闸次数。

3运动阻力

由于盘形闸在制动过程中，活塞与液压缸之间、筒体与制动器之间的摩擦以及卡缸等原因使得运动阻力比理论值大，在其它影响因素不变的情况下，运动阻力的增大将导致制动力矩的降低，若出现卡缸将使盘形闸制动完全失效。

4工作腔残压

如果油质差或被污染等因素使油路不畅或堵塞，将出现制动器中油液不能完全回到油箱，从而使制动器工作腔内的残压较大。

由于盘形闸是靠油液压力松闸和碟形弹簧力制动的，残压的增大将使制动力矩降低。

若出现油路堵塞，制动器中的油液不能回油，使碟形弹簧储存的能量无法释放，从而导致盘形闸制动失效。

5闸瓦摩擦系数

闸瓦摩擦系数通常认为是一个常数，实际上不同的提升速度、温升、正压力对摩擦系数有不同的影响，另外闸瓦和制动盘若被污染或闸瓦材质差及闸瓦过热，则摩擦系数将大降低，严重时将会使制动失效。

6制动盘偏摆度

由于制动盘本身误差、安装误差、主轴轴向游隙及支撑系统误差，制动盘存在偏摆，使几副闸不能同时作用或在一副闸中单面先接触。

制动盘偏摆度过大，使闸瓦与制动盘不能很好地贴合且接触面积减小，并使闸瓦间隙不均匀，造成制动力不稳定并加剧提升机滚筒轴向受力，从而造成提升机运行不稳定和疲劳损坏，同时加剧制动器内碟形弹簧的疲劳。

反之，制动力的不稳定和轴向力又加剧制动盘的变形，使其偏摆度加大，可见制动盘偏摆度将影响到制动力矩。

图4－1　制动力矩不足故障原因网络图

综上所述，造成制动力矩不足故障原因见图4－1所示。

（2）空动时间偏长

《煤矿安全规程》规定盘形闸紧急制动时，空动时间不超过0.3s，如果超过0.3s时，一般就可以认为制动系统出现问题了。

主要原因有个别弹簧疲劳失效；闸内阻力偏大；液压系统油路阻力偏大；闸瓦间隙过大，从而使制动距离太长，提升机不能在要求的位置停车，此时亦为制动失效。

安全制动空动时间延长，会使本应可以控制的事故扩大造成严重后果，也应引起足够的重视。

（3）提升机的承受的载荷力矩

提升机运行时承受着提升容器自重、载荷、钢丝绳重量、井筒阻力及加减速时引起的动负荷产生的力矩，一般对双容器提升为：

　　　　　　　　　　　　　　　（4－3）

式中：

－提升机承受的载荷力矩，Nm；

－矿井阻力系数；　－提升载荷重量，N；

－提升钢丝绳每米质量，kg/m；　－重力加速度，m/s2；

－两容器高度差，m；　－提升系统变位质量，kg；

－提升加减速度，m/s2；　－提升机滚筒半径，m。

从上式可以看出，提升机处于静态或下放货载时，若提升载荷、变位质量及加减速度过大，将导致提升机承受的载荷力矩过大，当超过制动力矩则会使制动失效；提升容器在井筒中运行时被罐道卡住，也会使制动失效。

从上述引起盘形闸制动失效的因素可以看出，导致盘形闸制动失效的原因有：

一方面是制动力矩过小或过大；另一方面是制动装置及保护装置出现故障。

制动力矩过小，显然制动减速度过小，制动距离过大，使提升容器不能在要求的位置上被可靠地闸住；制动力矩过大，通常盘形闸不会马上失效，但从提升钢丝绳来看，制动力矩过大，则制动减速度过大，超过《煤矿安全规程》对制动减速度的要求，使提升钢丝绳受到的动负荷过大，从而导致断绳事故，使提升容器坠落。

这说明制动力矩过大也会使制动失效。

结合图4－2事故树可清楚地对盘形闸制动失效进行分析。

图4－2　盘形闸制动失效事故树

制动器故障可以通过最大工作油压和各闸瓦与制动盘的开合状态来进行诊断。

其监测图如4－3所示。

图4－3　制动系统故障监测示意图

1、油压传感器；2、闸瓦开合监测探头；3、状态监测仪；K、安全回路制动开关

空行程时间的测量传感器由两部分组成，即一个高精度BPRF油压传感器和若干个闸瓦开合监测探头。

油压传感器装在液压站总油压回路中，闸瓦开合监测探头与闸瓦数量相同分别装在各闸瓦上，就实现了对各状态参数的测量。

此外，各闸瓦开合监测探头又与提升机安全回路制动信号开关K相配合以实现对各制动闸空行程时间的测量。

（1）加强对提升司机的培训、管理，杜绝和防止操作失误，如开反车、注意力不集中、施闸不合规范等。

（2）加强对提升机维护人员的管理，提高其维护水平，对引起盘形闸制动失效的因素能进行认真仔细的检查，及时、调整和维修，如定期闸瓦间隙并按要求调整；定期测量制动盘偏摆度，若超过标准则应采取相应措施；若出现闸座松动，则应加固；若制动盘上存在油污，则应及时清理并安装挡油板，防止钢丝绳上的油水溅到制动盘上。

（3）提高盘形闸液压系统工作制动、安全制动及其工作元件的可靠性。

（4）确保盘式制动器和制动盘的安装质量。

（5）对盘形各种保护装置一方面加强检查，另一方面要定期测试。

（6）对易造成盘形制动失效的零部件进行智能控制和监护，对制动失效进行预报警。

（7）对制动力矩过大现象及时进行调整，使之符合《煤矿安全规程》关于制动力矩和制动减速度的要求，并且合理分配一级制动力矩的大小和延时的长短。

（1）制动系统是提升机重要的组成部分，制动系统能否灵活、可靠地工作关系到矿井的正常生产和安全，对制动系统应有足够的重视，加强日常维护和检修。

（2）要定期按要求对矿井提升机进行性能测试，及时发现设备的故障隐患，并及时处理，并作记录。

（3）严格遵守操作规程和岗位责任制，加强对司机、检修人员的业务培训和教育，提高他们的技术操作水平及责任心。

建立严格的考核制度，业务领导要定期检查各项原始记录，并纳入月考核内容，确保设备性能完好，对一些陈旧或安全设施不符合规定的设备要及时进行技术改造或设备更新。

（4）引进新技术对现有提升机设备进行技术改造，如用真空接触器代替现有接触器；将可编程控制器应用到提升机控制和保护上。

4.2液压系统故障及处理

液压系统从原理与结构来讲，都是安全可靠的，但由于使用维护不当，就会出现这样或那样的故障。

为此必须在使用前了解液压系统的性能、原理和使用中可能出现的故障及排除方法。

（1）产生故障的原因

液压系统本身具有很多优点，但由于油泵、阀类元件结构都很紧凑，精度要求较高，使用中稍不注意就会发生阀堵卡现象，从而使整修系统失灵，以致造成严重后果。

据统计液压系统故障大都是由于油液污染造成的，而油液污染可在系统中自行产生。

产生的原因如下：

①油泵、换向阀、油缸等液压元件正常磨损产生的金属颗粒。

②由密封件磨损产生橡胶颗粒以及过滤器等产生的脱落物，油箱内的油漆、涂料等，均能使系统产生污染。

③生产过程中以及配管后对元件、零件、管路不恰当清洗是造成污染的主要原因。

这种不恰当的清洗可以使工作油液中出现织物纤维（如棉纱等），机械加工中产生的砂砾和碎片、焊接管路上的氧化物及熔渣等。

④空气中的尘埃、颗粒也可能进入系统造成污染。

⑤在液压系统维修中由于维修人员操作不慎而混入的污染物。

（2）处理措施

①液压元件的拆装、更换必须在事先清洗干净，尽量避免有污染物带入液压系统。

②滤油器要定期清洗，正常工作时一般三个月一次，半年更换一个新滤芯，以保证过滤效果好。

③油管配接、更换时，焊后必须酸洗，清洗干净再装上去。

④液压系统用的油要定期过滤、更换，一般半年过滤或更换一次，特别强调的是所谓新油并不是真正干净，因为装油的油桶一般很少清洗，抽油器上也难免带上脏物，这样即使是新油也被污染，所以向油箱加油一定要过滤，通过精滤车让油打循环，反复过滤。

⑤油箱及其它液压元件清洗时，切忌用棉纱等纤维织物，最好用绸布、尼龙擦洗。

⑥每个作业班都要检查各个电磁换向阀是否灵活，有无卡堵现象，若有，应即拆开清洗，清洗后装配时要注意阀芯方向不得搞错。

⑦定期检查液压元件的安装螺钉松动情况，以及溢流阀、节流阀的锁紧螺母是否松动，若有松动现象，立即处理。

（3）调试以及正常使用时可能出现的故障以及处理措施

①故障：

油泵响声异常，油泵发热。

原因：

油泵配油盘和转子之间间隙太小，配油盘有擦伤。

排除方法：

更换油泵。

②故障：

吸不上油或流量不稳定，噪音严重。

　原因：

a）电机与泵的转向不一致；b）油箱内油面过低；c）吸油管或滤网堵塞；d）进油端漏气。

　排除方法：

a）纠正方向；b）加油至两油标之间；c）清洗滤网；d）更换密封件。

③故障：

压力升不上去。

　原因：

a）有关压力阀可能堵塞；b）各连接处密封不严；c）泵损坏。

　排除方法：

a）对有关的压力阀进行清洗；b）更换密封件；c）更换泵。

4.3液压站电气故障分析

矿用提升机所用液压站多为液压延时二级制动液压系统，原理如图4－4所示。

图4－4　液压防爆提升机液压站原理图

液压防爆提升机在调试与使用中出现故障时，用户往往多从液压器件的角度去考虑，怀疑是由于阀芯卡住、