矿井提升机径向液压弹簧闸技术改造

张 宇，赵永生，傅志民，王家琪，姚继权

1开滦(集团)有限责任公司唐山矿 河北唐山 063000

2开滦(集团)有限责任公司林西矿 河北唐山 063000

3阜新八达科技有限责任公司 辽宁阜新 123000

4辽宁工程技术大学机械工程学院 辽宁阜新 123000

矿井提升机是矿山企业安全生产的关键提升设备之一，制动系统是保障提升机实现安全制动的核心组件，其安全可靠性直接影响矿山企业的安全生产和经济效益[1-2]。

我国在用的矿井提升机制动系统，需要改造的有两种：一种是国产 XKT 系列的老式盘型闸，另一种是国产或进口的闸轮结构制动器。经过几十年的运行，闸轮结构的制动系统不仅逐渐暴露出结构复杂、传动环节多、配件缺乏、维修困难、司机劳动强度大等问题，还存在“单线制动”，即2 套闸瓦共用1 套传动系统。因后者的相关技术指标很难满足《煤矿安全规程》的有关要求，必须对其进行改造[3-4]。笔者简要介绍采用径向液压弹簧闸技改的方法，供同行参考。

1 改造方案遵循的原则

提升机制动系统的技术改造必须遵循以下原则：

（1）必须全面满足《煤矿安全规程》的有关规定，不仅要保证原制动系统的固有可靠性，还要在改造后最大限度地提高使用可靠性，提高其综合可靠性。

（2）尽可能保留原系统的结构型式，力求结构简单，提高集成化水平。

（3）现场安装、调试时间短，最大限度地减少制动系统改造后的维护及调试量。

（4）尽可能地降低改造成本和运行维护成本，以提高企业的经济效益。

2 改造方案

2.1 技术路线的确定

目前，对在用旧角移式提升机制动系统的改造，有两条技术路线：一条是采用国产 XKT 系列提升机的盘型闸，另一条是采用国产化试制成功并推广的液压弹簧闸。

旧式弹簧闸由于其结构的原因[5]，若将其改为盘型闸[6-7]，工作量偏大，工期偏长，成本偏高。而采用径向液压弹簧闸的技改已有几十年，技术相对成熟，在本方案中选定液压弹簧闸。

2.2 具体方案

（1）受力平衡 保留旧制动系统受力平衡的优点。方法是：使提升机制动梁、基座和原闸系之间的距离满足一定的关系。

（2）闸基座 保留原闸基座及地脚螺栓，不仅可以保证受力平衡，还可以减少安装工作量，缩短工期。

（3）综合闸 早期国产的 JKA 型提升机，旧角移式闸瓦存在磨损不均问题，其制动系统的改造采用综合闸（见图 1），以减少闸瓦磨损，延长闸瓦使用寿命。

（4）提高使用可靠性 改造后的闸系结构中，液压元件应尽量远离闸面，以减少或消除液压油污染闸面的概率。方法是：保留二级杠杆传动，使径向液压弹簧闸更便于参与工作制动，提高制动器的使用可靠性。

（5）驱动器结构集成化 改造时采用碟形弹簧串联结构（见图 2）。碟簧串和千斤顶置于一个套筒内，液压弹簧驱动器成为一个整体结构（相当于盘式闸的闸头）。该结构更加简单，便于安装、调试与维护，易于实现标准化、集成化、系列化。

图2 液压弹簧驱动器结构示意

（6）动态监控 在驱动器套筒两侧开有窗口，便于司机或工作人员随时监控和调整，提高制动系统的使用可靠性。

（7）底拉杆 利用图解法分别求解原角移式闸系和改造后的径向液压弹簧闸系的受力情况，分析后发现径向液压弹簧闸支座反力的水平分力大于原角移式闸。为克服这一现象，改造时在两侧闸梁底座销轴之间增加了可调的水平底拉杆（见图 3），以减小水平分力。

图3 径向液压弹簧闸底拉杆示意

3 应用效果

从20 世纪80 年代到现在，共有350 多台提升机制动系统的改造采用径向液压弹簧闸，其中有250 多台旧角移式提升机。经过几十年的研究实践和监测，改造后的应用效果良好。当时，该项技术被煤炭工业部列入全国重点推广的“100 推”，并编入了高等学校教材[8-9]。采用经向液压弹簧闸进行技改的主要优势有：

（1）固有可靠性高 符合《煤矿安全规程》规定；

（2）使用可靠性高 这是径向杠杆式液压弹簧闸的本质优点。

（3）安装调试工期短 保留了原制动系统的滚筒与制动轮结构、闸系基础，连同电控系统的 PLC 同步改造，如果前期准备充分，工期一般不超过4 d，最短的可在2 d 内完成。

（4）改造成本低 液压弹簧驱动器悬挂连接，上挂之前基本预调到位，上机后微调即可，改造工作量小，工时及材料消耗少，其成本约为盘式闸的一半。

（5）维护成本低 由于径向杠杆式液压弹簧闸闸面被污染的概率少，碟簧和千斤顶动态监控及调整及时，闸瓦寿命长，因而其维护成本相对较低。

（6）方案简单 对于滚筒直径大于4 m 的旧式提升机，推荐采用气压-重锤平移式制动器。该改造方案不仅保留了滚筒制动轮构件、基础、前后制动梁，还保留了三角杠杆和顶部拉杆，方案更为简单。以 HKMZ 型提升机为例，改造前后分别如图4、5 所示。对比两图可知，改造量更少，因而成本更低，且造型美观，达到了预期的效果。

图4 改造前的 HKMZ 型提升机制动系统

4 结语

（1）针对老旧提升机的改造，采用径向液压弹簧闸的结构，既保证了固有可靠性，又最大限度地提高了使用可靠性。

（2）和盘形闸相比，径向液压弹簧闸还是存在传动环节多、响应时间慢等问题。

图5 改造后的 HKMZ 型提升机制动系统

（3）在提升机制动系统改造时，盘形闸具有径向尺寸小、体积小、惯性小、反应速度快的优点，加上智能化监侧、反馈机制和精细管理，其固有可靠性可得以更好发挥，但造价和成本要高一些。建议大型、特大型提升机配置盘式闸，中小型及井下环境恶劣的提升机配置径向液压弹簧闸。