制动失效分析.doc

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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。4.1.

2、1制动系统主要测试内容及要求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11.5mm，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。4.1.2引起盘形闸制动失效的因素（1）制动力矩不足制动力矩可用下式表示5、7：（41）式中：每个闸瓦作用于制动盘上的正压力，

3、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：（42）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： 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

4、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。 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5105循

5、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：（43）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。 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。 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，

6、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。 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。 制动盘偏摆度制动力矩不足正压力不足接触面不够摩擦系数下降弹簧故障卡缸液压站故障闸盘污染闸瓦过热疲劳断裂残压高电磁阀芯卡阻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

7、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41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41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

8、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：（43）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。4.1.3制动失效分析23从上述引起盘形闸

9、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42事故树可清楚地对盘形闸制动失效进行分析。图42盘形闸制动失效事故树4.1.4制动器故障监测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。

10、其监测图如43所示。图43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。4.1.5防止制动失效的措施（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

11、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

12、和延时的长短。4.1.6解决问题建议（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

13、；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：油泵、换向阀、油缸等液压元件正常磨损产生的金属颗粒。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、

14、涂料等，均能使系统产生污染。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。空气中的尘埃、颗粒也可能进入系统造成污染。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。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。油管配接、更换时，焊后必须酸洗，清洗干净再装上去。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

15、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。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。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。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。故障：吸不上油或流量不

16、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。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44所示。图44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、系统内泄和杂质堵塞液压器件等而造成的系统故障，而实

17、际上液压系统的很多故障却是由于电气原因引起的。下面就分析由电气原因造成的液压站故障及处理方法。4.3.1液压系统压力不足故障（1）油泵电机引起的故障有时油泵电动机虽然正常旋转，但却泵不上油，这一般是由于电动机旋转方向相反造成的。因为与其同轴的油泵的进油口和出油口是不能互换的，这就要求从电动机风叶罩方向看，电动机必须为顺时针旋转方向，才能保证油泵的吸油从进油口入而从出油口出，否则就会造成系统无压力，或压力不足的故障。（2）电磁换向阀引起的故障从图42可知，若G3和G4电磁阀不能正常工作，不会对系统压力造成任何影响。而G4电磁阀正常工作，G5电磁阀不工作，则会使压力油通过G5电磁阀回到油箱，从而造

18、成系统失压。这种故障在提升机刚开始调试时是比较容易发生的。（3）电液阀线圈引起的故障KT为电液阀线圈是个直流线圈，它是有极性要求的。其正确的接法应保证当线圈通过电流时，控制杆应向下吸；否则控制杆向上弹出，也会造成系统失压。4.3.2系统压力不稳定的电气故障（1）滤波电容引起的故障为了减少电液调压装置线圈中脉动电流的成份，通常在线圈前要设计一定容量的电容来滤波。若该滤波电容损坏，就会引起电液调压装置线圈中的电流波动，从而造成液压站系统压力波动，影响工作。（2）阻尼绕组引起的故障在电液高压装置线圈的骨架上除了一组工作线圈外，还有一组阻值较小的线圈就是阻尼绕组线圈，正常工作时阻尼线圈应短接。在这样一

19、组封闭线圈上工作，绕组通电产生磁场作用下，就会产生微小的作用力，而该力的方向与工作绕组受力的方向是相反的，为阻力，起到了稳定电液调压装置线圈动作的目的。若该阻尼绕组断线或没有短接，都将引起系统压力波动，不能正常工作。4.3.3电气原因引起的其它故障（1）系统压力正常，但固定卷筒或游动卷筒松不开闸时的故障这种故障通常是由于G3（控制固定卷筒）或G4（控制游动卷筒）电磁阀没有吸合动作而造成的。由于G3、G4电磁铁是交流本整湿式电磁铁，没有续流二极管的作用，一会儿通电，一会儿断电，引起电磁铁振动，使系统也不能正常工作。（2）电气原因引起的调绳工作故障由于G3、G4电磁铁均为交流220V，若将二者电源线接反，则从图43可知对系统正常提升时毫无影响，而在这种情况下进行调绳操作时，由于G4得电，G3失电，造成游动卷筒松闸，而固定卷筒打不开闸，从而不能进行正确操作，严重时甚至会发生事故。由上述三点分析可知，液压系统和电气系统是密切相关的，这就要求液压站维护人员具备一定的电气方面的知识，而电气调试工作人员也同时得具备一定的液压知识，这样就能更好、更快地维护液压站系统，保证提升机的正常运行。本章小结本章对JTY液压防爆提升机的各种故障，如制动器故障、液压系统故障和电气故障进行了详细分析，并提出了处理方法和注意事项。