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提升机用液压制动器的发展 一、一、引言引言 矿井提升机是矿山重要设备，它承担矿物的提升、人员上下、材料和设备的运送，是联系井下与地面的枢纽设备，因此又被人们称为矿山的“咽喉设备”。因此也就意味着提升机和一般的起重设备不同，除了提升物料，还要升降人员，一旦出现事故，直接关系到人员的生命。所以这就要求提升机必须具备非常高的安全性，而确保提升机安全与否的制动系统是直接作用在最终的工作机构卷筒上，从而更加安全可靠。制动系统是保证提升机安全停车的部件，任何环节失效都要由制动器来完成最终保护。这一点可以从提升机的电气保护中看出：各种事故状态下的保护，如过卷、超速等，都和安全回路串在一起，一旦发生任何安全事故，最终的解决方法就是制动系统动作，将卷筒可靠地制动住。二二、随着提升机发展而改变的提升机制动系统、随着提升机发展而改变的提升机制动系统 提升机制动系统至今为止有三大类形式：第一类是块闸制动器，属径向制动器，分为角移式、平移式、综合式三种。第二类是液压径向推力平移式制动器，利用盘型制动器的先进技术，采用碟形弹簧制动，而适应于老提升机带闸轮的结构。第三类是盘型制动器，属轴向制动器，分为固定式盘型闸和浮动式盘型闸。第一类第一类 块闸制动系统块闸制动系统 块闸式制动系统用于老产品 KJ 系列提升机上，它包括块闸式制动器和油压或气压制动传动系统。块闸式制动器按结构分为角移式、平移式和综合式等。在 KJ23m 提升机上采用角移式制动器、油压制动传动系统；KJ46 m 提升机上采用平移式制动器、气压制动传动系统；KJ-A 系列过渡型提升机采用综合式块闸制动系统。（一）角移式块闸制动器 KJ型23m系列提升机制动装置的执行机构是采用角移式块闸制动器。在双滚筒提升机上，制动器作用于滚筒内侧的制动轮上；在单滚筒提升机上，则作用于滚筒两外侧的制动轮上。如图 6-2 所示。图 6-2 角移式制动器 1 顶丝；2前制动梁；3轴承；4拉杆；5三角杠杆；6闸瓦；7后制动梁；8调节螺母；9制动轮 前制动梁 2 和后制动梁 7 是钢焊接结构件，它们经三角杠杆 5，用拉杆 4 彼此相连接，以木质或石棉塑料压制的闸瓦 6 固定于前、后制动梁上。利用拉杆 4 左端的调节螺母 8 来调节闸瓦 6 与制动轮 9 之间的闸瓦间隙。两制动梁下端与支撑轴承 3 相连接。前制动梁 2 的外侧设有挡钉（顶丝）1 用来支撑调整前制动梁，以保证两闸瓦对于制动轮具有相同的闸瓦间隙。当进行制动时，通过制动装置传动系统，使三角杠杆 5 的右端按逆时针方向转动，推动前制动梁 2，并经拉杆4 带动后制动梁 7，使制动梁绕其铰接点（轴承 3）转动一个不大的角度，使两个闸瓦压向制动轮 9 产生制动。当三角杠杆按顺时针方向转动时松闸。角移式制动器的优点是结构比较简单，维护方便；缺点是闸瓦的围抱角较小(=6070)，所以产生的制动力矩也较小，而且由于闸瓦表面的压力分布不够均匀，因而闸瓦上下磨损也不均匀。一般用在中小型提升机上。（二）平移式制动器 平移式制动器结构如图 6-3 所示。图 6-3 平移式制动器 1安全制动重锤；2安全制动气缸；3工作制动气缸；4制动拉杆；5辅助立柱；6三角杠杆；7立柱；8制动杠杆；9顶丝；10制动梁；11横拉杆；12可调节拉杆；13闸瓦；14制动轮 后制动梁 10 用铰接轴同立柱 7 相连后，又用铰接轴支承在混凝土地基上，它的上、下端各安设一个三角杠杆 6，用可调节拉杆 12彼此保持联系；前制动梁10亦用铰接轴同立柱7和辅助立柱5铰接，支承在混凝土地基上，基础下端安设一个三角杠杆 6。前、后制动梁用横拉杆 11 彼此上、下连接起来，通过制动立杆 4、制动杠杆 8，受工作制动气缸3或安全制动气缸2的控制：工作制动气缸充气时抱闸，排气时松闸；安全制动气缸工作情况却与工作制动气缸相反，即充气时松闸，排气时抱闸。当工作制动气缸 3 充气或安全制动气缸 2 排气时，都可使制动立杆 4 向上运动，通过三组三角杠杆 6、上下拉杆 11和可调节拉杆 12 等，驱使前后制动梁 10 而带动闸瓦 13 压向制动轮14 产生制动作用；反之，若工作制动气缸 3 排气或安全制动气缸 2充气，都会使制动立杆 4 向下运动，从而实现提升机的松闸。这种制动器前后制动梁的动作是近似平移的。前制动梁 10 受立柱 7 和辅助立柱 5 的支承，形成四连杆机构，当辅助立柱 5 和立柱 7 接近垂直位置时（制动梁的位移仅达 2mm 左右），基本上可保证前制动梁的平移性。但是，后制动梁由于仅由立柱 7 支承，它的平移性并不是在所有情况下都能保证。顶丝 9 的作用是使闸瓦等速离开制动轮，从而改善闸瓦间隙。平移式制动器的优点是：闸瓦的围抱角比角移式制动器的大，平移式制动器闸瓦的围抱角在 90110范围内，因而产生的制动力矩较大，闸瓦压力及磨损比较均匀，所以一般多采用平移式制动器。其缺点是：结构较复杂，安装时调整较为困难。角移式制动系统的制动工作原理如图 64 所示。图 64 角移式制动系统 1 立杆；2电磁铁；3制动杠杆；4差动杠杆；5四通阀；6三通阀；7液压缸；8重锤 当司机把制动手把拉向身边，三通阀 6 活塞下降，打开制动液压缸通向贮油缸的通路，在重锤 8 的重力作用下，液压缸内的油液流出，重锤 8 下降，立杆 1 上移给制动轮施加制动力，同时由于杠杆 3 顺时针方向转动，经差动杠杆 4 传动，使三通阀 6 的活塞上升，直至重新把油口堵住为止。保持一定制动力。松闸时与上述过程相反。安全制动时，电磁铁 2 断电，四通阀阀芯下落打开制动油缸 7 通向贮油缸的通路。为了安全制动时，液压缸能顺利出油而不受三通阀的影响，有一条管路直接与四通阀相连。此外，为避免在安全制动时，一方面回油，一方面又进油，造成不安全现象，三通阀的进油口串接在四通阀上，以便安全制动时四通阀芯下落把进油口堵住。第二类第二类 液压径向推力平移式制动器液压径向推力平移式制动器 利用盘型制动器的先进技术，采用碟形弹簧制动，从而适应于老提升机带闸轮的结构。这种制动器有安全可靠、动作灵敏、速度快、制动平稳、制动力调节范围广、效率高、尺寸小、重量轻、基础简单等多项优点。该种类型的改造适用于苏制或仿苏型、老 JKA 型。这种改造是仍然使用原装制动轮的圆柱面作为摩擦副的接触面配以液压径向推力平移式制动器，这种制动器实际上是盘型制动器的一种衍生产品，制动副的运动仍是直线运动，但是制动副的形状不是平面，而是圆弧面。这种制动器是根据老提升机的结构特点，而开发设计的一种制动器，但是由于结构尺寸的限制，制动轮宽度尺寸的影响，导致油缸直径受限，制动力无法达到很高的数值。不像盘形制动器，只要结构上允许，可以增加制动器的数量。所以随着提升机的更新换代这种以改造老式提升机制动系统而产生的液压径向推力平移式制动器将会逐渐淡出提升机制动系统的舞台。第第三三类类 盘式闸制动系统盘式闸制动系统 盘式制动系统是应用于矿井提升机上的新型制动系统，用于 XKT系列和 JK 系列矿井提升机及 JKD 型多绳摩擦轮提升机上。盘式闸制动系统与块闸制动系统比较，它具有以下一些优点：（1）多副制动器同时工作，即使有一副失灵，也只能影响部分制动力矩，因而安全可靠性高；（2）制动力矩的调节是用液压站的电液调压装置实现的。操纵方便，制动力矩的可调性好；（3）惯性小、动作快、灵敏度高；（4）重量轻、结构紧凑、体积小；（5）安装和维护使用较为方便；（6）通用性强，且便于实现矿井提升自动化。盘式制动装置的缺点为：（1）对制动盘和盘式闸的制造精度要求高；（2）对闸瓦的性能要求较高。（3）用作工作制动时制动衬垫单位时间内磨损量大目前没有配备制动衬垫磨损自动补偿装置，需要人工调整衬垫磨损补偿。盘式闸制动系统包括两部分，即盘式闸制动器和液压站。前者是制动系统的执行机构成，后者是系统的控制装置。盘式闸可分为两类固定式盘式制动器和浮动式盘式制动器。一、固定式盘式制动器的结构及工作原理 固定式盘式制动器与块式制动器不同，它的制动力矩是靠闸瓦沿轴向从两侧压向制动盘产生的，制动器径向布置于滚筒周边的制动盘上。为了使制动盘不产生附加变形，主轴不承受附加轴向力，固定式盘式制动器都是成对使用，每一对叫做一副盘式制动器。根据所要求的制动力矩的大小，每一台提升机上可以同时布置两副、四副或多副固定式盘式制动器。各副盘式制动器都是用螺栓安装在支座上，支座为整体铸钢件，经过垫板用地脚螺栓固定在基础上。固定式盘式制动器在制动盘上的配置见图 65 所示。固定式盘式制动器工作原理图如图 66 所示。图 65 固定式盘式制动器在制动盘上配置示意图 1 固定式盘式制动器；2 支座；3 滚筒；4 挡绳板；5 制动盘 图 66 固定式盘式制动器工作原理图 1 闸瓦；2 盘形弹簧；3 油缸；4 活塞；5 后盖；6 筒体；7 制动器体；8 制动盘 固定式盘式制动器的工作原理是靠油压松闸、靠盘形弹簧力制动，当压力油充入油缸 3 时，推动活塞 4，带动筒体 6，闸瓦 1 移动，压缩盘形弹簧 2，闸瓦离开制动盘 8，呈松闸状态。当油缸内油压降低时，盘形弹簧就恢复其松闸状态时的压缩变形，靠弹簧力推动筒体、闸瓦，带动活塞移动，使闸瓦压向制动盘产生制动力，达到对提升机施加制动的目的。固定式盘式制动器结构如图 67 所示。第三类第三类 液压径向推力平移式制动器液压径向推力平移式制动器 二、浮动式盘式制动器的结构及工作原理 浮动式盘式制动器与固定式盘式制动器最大区别在于它的设计是一体式的，即不像固定式盘式制动器那样成对的安装在制动盘的两侧，浮动式盘式制动器通过固定螺栓安装在支架上，然后将制动器的钳口放进制动盘内。具体在盘上的布置见图 68。图 68 浮动式盘式制动器在制动盘上配置示意图 图 69 浮动式盘式制动器工作原理图 浮动式盘式制动器工作原理：固定制动器至制动器支架上。制动器打开时，碟簧组件被油压 P 压缩，主动刹车片首先脱离制动盘，下钳体通过滑轴上复位弹簧的 N迅速离开制动盘；当通入缸体内的油压减小至 P=F 时，主动刹车片贴合制动盘，下钳体通过 N的整体位移，对制动盘产生制动力，随着油压 P 越小，制动力会越大。浮动式盘式制动器的特点为：（1）浮动式安装，自动对准制动盘；（2）制动器退距均等，不会发生偏刹、干磨等现象；（3）具有自动补偿功能，不需人工手动调整；三、提升机制动系统的未来发展方向三、提升机制动系统的未来发展方向 透过以上介绍的提升机制动系统的发展，我们可以看出盘式制动系统逐渐显现出其优越的性能，而且从科学技术发展的宏观方向来说盘式制动系统的体积小、智能化高、功能多、高可靠性、低维护率等一系列的优点跟科学技术发展的宏观方向是相吻合的。相信未来的提升机制动系统将会是以可编程控制系统结合液压控制技术作为控制系统，以带有摩擦衬垫自动磨损补偿功能的盘型闸为执行系统的智能化的制动系统。这套制动系统的运用会使提升机的安全性得到提高、使操作设备人员的工作量减少是将来传动系统必不可少的组成模块。