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盘形制动器为何制动失效？关键因素与解决方案全揭秘
发布时间：
2026-01-29
来源：
盘形制动器工作原理与制动失效原因详解
矿井提升机盘形制动器的故障及预防对策矿井提升机主要用于煤矿、金属矿与非金属矿提升、下放人员、材料和设备等，是连接井上与井下的核心交通运输设备，堪称矿山生产的 “咽喉”。
盘形制动器作为矿井提升机安全制动系统的关键核心部件，其工作可靠性直接决定矿井提升机的安全运行性能，影响矿山的安全生产。盘形制动器一旦发生故障，轻则造成生产进度延误，重则可能引发恶性安全事故。该部件的常见故障主要表现为刹不住车或敞不开闸两类，且故障成因繁杂多样。本文将从盘形制动器的工作原理角度切入，深入剖析故障产生的原因，提出针对性的预防对策与日常维护措施，并结合典型案例展开具体分析。
一、盘形制动器的工作原理
目前，大多数新型矿井提升机的制动系统均采用盘形制动器。相较于传统块式制动器，盘形制动器具备结构紧凑、动作灵敏、质量轻、散热高效等显著特点。
如图1所示，F1为油压力，F2为弹簧预压缩力。显而易见，盘形制动器是靠油压力 F1松闸，弹簧预压缩力 F2制动来实现其功能的。
油压力
式中：p 为工作油压，Pa；A 为盘形制动器中的液压缸面积，m2。
弹簧预压缩力。
式中：K 为碟簧的刚度，N/m；Δ0为油压力 p=0 时碟簧的预压缩量，m。
图1 盘形制动器工作原理
1. 制动盘 2. 闸瓦 3. 液压缸 4. 活塞 5. 碟形弹簧
当油压力 p=0 时，即 F1=0，闸瓦与制动盘之间的间隙 Δ=0，此时为全制动状态。
由于存在活塞运动阻力和工作残压的作用，使得全制动状态下盘形制动器输出的正压力
式中：C 为盘形制动器中活塞的运动阻力，N；p0为液压系统中的残压，Pa。
当油压力 p 增大到某一值 pn时，闸瓦脱离制动盘，闸瓦与制动盘之间的间隙 Δ> 0，两者之间无正压力存在，此时制动器处于完全松闸状态。
此时满足
其中
将式 (1) 和式 (5) 代入式 (4)，可得完全松闸状态下
式中：F2′为油压力 p=pn时碟簧的压缩力，N；Δ′为油压力 p=pn时碟簧的压缩量，m。
盘形制动器的制动力矩是靠闸瓦沿轴向从两侧压向制动盘而产生的，其计算公式为
式中：μ 为摩擦因数；R 为制动半径，m；n 为闸瓦个数。
二、常见故障类型及其制动失效原因
盘形制动器的大部分故障都是不能按照规定完成制动任务，通常盘形制动器的故障主要分为制动失效与松闸失效两大类型。
2.1 盘形制动器制动失效
盘形制动器出现制动失效问题，其核心成因在于制动力矩不足。由式 (7) 可知，影响制动力矩的核心因素主要包含以下两点。
（1）制动器输出正压力 FN 不足由式 (3) 可知，造成制动器输出正压力不足的主要因素包括以下五点：
① 碟形弹簧经反复拉伸与压缩后出现疲劳或断裂，致使碟簧刚度 K 下降，进而导致正压力 FN 不足；
② 制动盘偏摆过大或闸瓦过度磨损，造成闸瓦与制动盘之间的间隙 Δ 过大，全制动状态下碟簧预压缩量 Δ0 随之减小，最终引发正压力 FN 不足；
③ 活塞密封圈老化、液压油污染等问题，会增大活塞运动阻力 C，从而导致正压力 FN 不足；
④ 油质污染或油路堵塞会造成制动系统残压 p0 过大，进而使制动器输出的正压力 FN 不足；
⑤ 连接衬板筒体与活塞的大螺栓出现松动，会造成碟簧预压缩量 Δ0 减小，最终导致正压力 FN 不足。
（2）闸瓦与制动盘间摩擦因数 μ 降低依据相关文献资料及现场试验数据可知，造成摩擦因数 μ 降低的主要因素有以下三点：
① 制动盘或闸瓦表面被油污污染，主要原因是制动器液压缸漏油、油管开焊或接头松动漏油，以及液压缸内活塞密封圈老化引发的漏油；
② 闸瓦接触面发生变形，主要是由于工作温度过高导致闸瓦过热烧流或变焦，从而影响摩擦因数μ；
③ 摩擦因数的大小与物体的运动速度有关，当提升机处于高速运行状态时，会直接造成摩擦因数 μ 降低。
2.2 盘形制动器松闸失效
由式 (6) 可以看出，造成制动器松闸失效的主要因素有：
(1) 液压站油压 p 不足，不足以克服弹簧力 F2' 和活塞运动阻力 C；
(2) 液压缸配合过紧或卡缸造成活塞运动阻力 C剧烈增大，使制动器油压力 F1无法克服运动阻力 C而敞不开闸。
三、预防对策
设备的维护保养工作，核心在于通过捕捉设备运行过程中的各类异常迹象，结合科学合理的维护手段，在故障发生之前将其消除在萌芽状态。通过分析盘形制动器常见故障类型及原因，现提出日常维护过程中预防其失灵的具体措施如下：
(1) 严格遵循《金属非金属矿山安全规程》的要求，定期检测工作制动与安全制动的工作性能，验算其制动力矩，并测定安全制动的速度。
(2) 盘形制动器制动盘的两侧需保持洁净、无油污，每班至少进行一次专项检查，若发现油污应立即停机处理，防止油污影响闸瓦与制动盘之间的摩擦因数。
(3) 提升机正常运转期间，若发现制动器液压缸存在漏油现象，需及时更换密封圈。
(4) 下放重物作业时，应投入动力制动，不可单纯依靠制动盘进行制动，否则易造成闸瓦过热，引发闸瓦热变形，进而降低闸瓦摩擦因数，影响制动效果。
(5) 闸瓦与制动盘的间隙应控制在 1 mm 左右，且最大不得超过 2 mm。对于未装设闸间隙保护装置的老旧设备，需及时加装该装置，要求闸间隙超过规定值时，系统能自动发出报警信号或自动切断电源；闸间隙调整完毕后，务必将定位螺栓锁紧固定。
(6) 液压油需每半年过滤一次，确保油质清洁；液压站应每年进行一次彻底清洗；每班需检查一次液压油油量，保证油量处于充足状态。
(7) 碟形弹簧的使用时长不得超出国家标准规定，通常累计动作次数超过 50 万次时，应及时予以更换。
(8) 装设制动盘偏摆自动检测装置，当检测到制动盘偏摆量大于 1 mm 时，需采用火焰法或车削法对制动盘进行校正，确保其偏摆量≤1 mm，满足相关规程要求。
(9) 定期检测制动器空动时间，若空动时间大于 0.3 s 需立即进行检修；为确保安全，空动时间检测周期应设定为每半年一次。检修时需完成三项工作：一是清除各部件表面的锈迹；二是检查碟形弹簧表面有无裂纹与变形；三是检查液压缸磨损状况，一旦发现异常立即更换相关部件。
(10) 根据提升机的实际工作量，定期检查闸瓦剩余厚度，当厚度小于 6 mm 时应立即更换。对于已达到使用年限，或经长期维护仍无法正常工作的盘形制动器装置，需及时进行整体改造，更换全新的制动系统，以全面满足规程要求，保障矿井提升机安全稳定运行。
四、典型案例分析
4.1 事故过程
2016年1月，安徽某铜矿发生一起坠罐事故。涉事设备为JKM-2.25X4PI型多绳摩擦式提升机，在提升物料至距井口5 m位置时，提升容器突发下滑。当班司机发现异常后立即执行紧急制动操作，却因制动失效，重载侧提升容器持续下滑并坠落至井筒底部。此次事故造成钢丝绳罐道、首绳、尾绳及2台提升容器均遭到破坏，不仅带来了巨大的经济损失，还严重延误了矿方的生产进度。
4.2 现场观测
现场勘察发现，制动盘圆周表面分布有明显的油污污染痕迹（如图2所示）。拆卸在用的盘形制动器后进一步检查，发现以下问题：所有闸瓦均存在严重磨损现象，且各闸瓦磨损程度不均，部分闸瓦甚至已发生断裂（如图3所示）；制动器内部连接衬板筒体与活塞的大螺栓出现松动；碟形弹簧组中有部分碟簧断裂；活塞部位的密封圈已老化破损。
图2 现场被污染的制动盘
图3 现场断裂的闸瓦
经专业部门到事故现场进行检测，该提升机配置4 对 TP1-63 制动器头，输出正压力分别为 5、15、15、20 kN；现场检测制动盘偏摆量达到 3 mm，大大超出规程要求的 1 mm；液压站最高油压为 3.3 MPa；全制动时液压系统残压达到 1 MPa。
4.3 事故原因
结合现场勘查结果分析，此次事故的核心原因为盘形制动器制动失效，具体诱因可分为以下三点：
(1) 碟形弹簧由于疲劳或断裂造成刚度 K 不足，致使弹簧预压缩力 F2减小；联接衬板筒体和活塞的大螺栓松动，使碟簧的预压缩量 Δ0减小，致使弹簧预压缩力 F2减小；液压系统残压 p0过大，致使工作腔压力 p0A 增大；密封圈老化破损，造成活塞运动阻力 C 增大。所以由式 (2)、(3) 可知，全制动状态下盘形制动器输出的正压力 FN大大减小。
(2) 由于活塞密封圈老化导致制动器头漏油，油污污染了制动盘，导致闸瓦与制动盘之间的摩擦因数μ 降低。
(3) 制动盘偏摆量过大，致使各个闸瓦磨损程度不均，制动时闸瓦与制动盘贴合面积过小，导致闸瓦受力不均衡而出现断裂，造成闸瓦与制动盘之间的接触面发生变形，进一步导致两者之间的摩擦因数 μ 减小。
由式 (7) 可知，上述各因素最终导致制动力矩 M严重不足，紧急制动无法使其停车，最终导致坠罐事故的发生。”
4.4 解决方案
(1) 采用火焰法或车削法对制动盘进行校正，确保其偏摆量 ≤ 1 mm，满足相关规程要求；
(2) 更换制动器头中所有碟形弹簧、密封圈组件和制动闸瓦；
(3) 严格按照规定的拧紧力矩，将制动器内部连接衬板筒体与活塞的大螺栓紧固到位；
(4) 对制动盘、制动器活塞、液压缸、液压油路及液压站进行全面清洗，并更换全新的液压油。
若采取上述维护措施后，盘形制动器仍无法长期稳定实现工作制动与安全制动，建议对整套液压制动系统进行更换，即实施制动系统整体改造。同时，需在新更换的制动系统上配备闸间隙检测、闸盘偏摆检测、油压检测等一系列监测装置，实现制动系统的实时在线监测，保障其运行的安全可靠性。
矿井提升机盘形制动器的故障虽多种多样，但只要合理使用，按照上述措施加强日常管理维护，就能及时了解盘形制动器的使用状况和它在使用中存在的问题，做到心中有数，及时准确地排除隐患，从而保证矿井提升机安全可靠运行，防止事故的发生，确保矿山的安全生产。
来源：矿山机械杂志