开滦能源化工股份有限公司吕家坨矿业分公司机电科 河北省唐山市 063107
摘要：盘式制动系统是矿井提升机安全运行的基础。其可靠性直接关乎生命安全和生产效率。本文对提升机液压盘式制动器制动失效问题进行了分析，根据提升机液压盘式制动器的结构和工作原理，建立了制动器失效的模糊故障树，运用模糊数方法，计算得出了制动器失效的模糊概率及各底事件的模糊重要度。
关键词：盘式制动；系统；模糊故障树
提升机的盘式制动器是一般安装在提升机滚筒闸盘两侧的，采用停机时弹簧合闸，工作时液压敞闸的安全制动形式。目前的多片液压盘式制动器具有摩擦副间隙可自动调整功能，制动效能稳定，抗热衰性能好及制动力矩可方便调整等优点。但在使用过程中，由于使用维护不当和制动系统本身存在缺陷，致使制动器失效而影响正常生产，甚至造成生产事故。因此，对盘式制动器工作可靠性进行故障树分析很有必要，它能提高制动器的工作效能，加强智能型液压盘式制动器的安全使用。
一、盘式制动系统的概述
可靠性的定义是产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。可靠性理论的研究核心主要是对象、规定条件、规定时间、规定功能和概率因素。其中概率是可靠性研究的关键，把可靠性用概率这一具体的数学形式表示，是可靠性技术发展的出发点，也是可靠性数量化的标志例。可靠性特征量是对系统可靠性进行定量化的最为有力的数学工具和分析基础。我们通常会用一个基于数理统计的特征量估计值来估算其真值。特征量估计值的得出是盘式制动系统可靠性分析的难点，因为在实际生产中盘式制动系统的失效数据采样比较困难：每一台提升机的工作环境都各不相同，所以各个盘式制动系统之间没有横向的数据可以借用，对其可靠性特征量的提取只能依托漫长的时间轴在其本身的纵向数据中获得。
二、盘式制动器工作原理
液压盘式多片制动器主要由制动活塞、端盖、缸体、摩擦片、对偶盘、施压弹簧等零件组成，这种新型制动器，以其独特的优点及良好的安全性能被广大用户认可。它制动力大，工作灵活性稳定，敏锐度也高。制动器中动摩擦盘可以随轮毂一起转动，也可以轴向移动，定摩擦盘可以延缸体花键槽轴向移动，相邻的静摩擦盘之间通过套装于分隔圈的弹簧的弹簧力作用下分离开来。液压系统图见图。
三、液压盘式制动器的故障分析
1、摩擦因数影响因素。液压盘式制动器是靠摩擦片与对偶盘之间的挤压摩擦实现制动的，其制动力矩表示为:
在实际生产中，以下两方面对摩擦因数的减小有很大影响:
1) 活塞或缸体密封圈破损且没有及时更换，液压油泄漏导致摩擦副污染，摩擦因数减小。
2)摩擦副摩擦材料的选择对摩擦因数大小变化起着决定作用。《煤矿安全规程》中规定，采煤机的紧急制动时间应小于0.3 s，由于制动时间短，制动摩擦热几乎全部集中于摩擦副接触表面，石棉基摩擦材料由于制动温度过高，会导致石棉摩擦材料中酚醛树脂的分解，摩擦因数急剧减小。金属摩擦因数一般随温度的升高降低。持续制动时，由于制动频率高，时间长，且摩擦副几乎没有热对流现象，制动时间延长将导致摩擦副温度升高，摩擦因数降低，制动器效能降低。
2、制动器正压力影响因素。正常安装完成的液压盘式制动器，其摩擦副的摩擦半径以及制动副对数是确定的，故制动力矩主要由制动弹簧正压力和摩擦副摩擦因数决定，制动正压力应满足:
1) 弹簧性能及其预压缩量的影响。弹簧是制动器的核心部件，弹簧的反复使用引起弹簧疲劳、屈曲等，造成机械强度降低，引起弹簧刚度急剧下降甚至弹簧断裂，使制动器制动正压力严重不足，制动器失效。制动活塞弹簧预压缩量大小决定了制动器的正压力，随着摩擦副磨损量的增大，制动时活塞行程增大，弹簧预压缩量减小，施加于摩擦副的正压力减小，摩擦副的磨损量过大导致制动器失效。
2) 残余油压的影响。由于液压油污染引起油路不畅或者堵塞，造成制动器活塞端残压增大，残压的增大将会引起制动压力的降低。若出现油路堵塞，制动器中油液不能回流，使得压缩弹簧无法释放，制动器将会失效。
3) 活塞运动阻力的影响。由于密封圈过紧、老化，油液被污染，造成活塞与液压缸壁的摩擦阻力增大，制动正压力减小，造成卡缸，导致制动器失效。
3、液压和电控系统对制动性能的影响。盘式制动器的制动是通过液压回路控制的，若液压回路电控系统故障或液压元件不能正常工作，将会引起液压系统失去对制动过程的控制，造成制动器失效。
四、盘型制动器的故障树分析及意义
1、顶事件模糊概率。在传统故障树分析中，顶事件的发生概率是唯一确定的，而在液压盘式制动器故障树分析中，由于制动器失效影响因素较多，且采集到的基本事件概率也不够精确，故采用模糊数来描述底事件发生的概率，得到顶事件发生的概率模糊数。在故障树中，依据模糊重要度的方法将各底事件重要度排序如下:
从重要度的排序可以看出，液压油的污染对采煤机制动器性能的影响最大，其次是活塞弹簧的疲劳衰退，制动器残压大、热应力变形等对制动器性能的影响依次减小。由此，重要度的排序可以作为实际的制动器故障诊断顺序。
2、减小液压盘式制动器失效概率的措施
在液压盘式制动器日常的维修保养中，减小和防范事故发生的措施如下:定期检测液压系统，保持系统油液清洁，保证液压元件的正常工作。严格的监控制动副的污染，及时清理，定期检测密封圈的密封性能，及时更换，提高制动副工作的可靠性。定期检测制动弹簧的机械性能，按要求调整好摩擦副间隙、制动器残压值、液压系统压力值。做好制动器的温度以及磨损量的监控，不让摩擦副长时间温度值过高，在磨损量超限时，及时更换，采用双回路保证电器及液压系统的正常运行。
3、用模糊故障树分析方法可以分析预见事故的发生，找出导致事故发生的关键部位。提高了提升机工作的安全可靠性。能发现提升机工作环节中的薄弱环节，为进一步提高提升机的改进设计提供了有利的分析。
结束语：
通过采用模糊故障分析方法，可较为合理地解决液压盘式制动器故障分析中可用数据少且数据不精确的问题。根据吕家坨矿提升机液压盘式制动器的实际工作环境和工作状况，进行了可靠的定性和定量分析，得出了提升机液压盘式制动器的失效概率。
参考文献：
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论文作者:马钰
论文发表刊物:《中国电业》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/4
标签：制动器论文; 摩擦论文; 液压论文; 弹簧论文; 可靠性论文; 盘式制动器论文; 提升机论文; 《中国电业》2019年第13期论文;