煤礦下運帶式輸送機(jī)軟制動方式研究與應(yīng)用

張子明

（遼寧通用重型機(jī)械股份有限公司，遼寧 調(diào)兵山 112700）

1 前言

帶式輸送機(jī)是煤礦井下主要運輸設(shè)備，由于采礦工藝及井下地質(zhì)構(gòu)造等原因，經(jīng)常遇到卸貨點低于裝貨點的情況，有時甚至落差較大，因此需要使用下運帶式輸送機(jī)。下運帶式輸送機(jī)空載或輕載運行時電動機(jī)工作在電動狀態(tài)，重載運行時物料通過膠帶拖動電動機(jī)運轉(zhuǎn)，主電機(jī)工作在發(fā)電制動運行狀態(tài)，它將物料的重力勢能轉(zhuǎn)化為電能回饋到電網(wǎng)，同時輸出相應(yīng)的制動力矩來平衡膠帶上物料的重力下行力矩，維持輸送機(jī)的勻速運轉(zhuǎn)。重載停車時如果采用普通制動器制動容易產(chǎn)生飛車或滾料、膠帶打滑甚至發(fā)生膠帶斷帶、減速機(jī)齒輪損壞以及斷軸等惡性機(jī)械事故。由于下運帶式輸送機(jī)的特殊運行工況，所以必須采用可控軟制動方式才能實現(xiàn)重載安全停車[1-3]。

2 軟制動方式技術(shù)性能分析

下運帶式輸送機(jī)軟制動的目的是保證設(shè)備在正常停車或緊急停車以及突然斷電時都能夠安全地停止運轉(zhuǎn)。針對下運帶式輸送機(jī)軟制動的技術(shù)要求，目前國內(nèi)已應(yīng)用和開發(fā)研究成功的軟制動裝置主要有液力制動裝置、液壓制動裝置、粘液可控制動裝置和盤式制動裝置。

2.1 液力制動裝置

液力制動裝置實質(zhì)上是一種使帶式輸送機(jī)減速運行的液力耦合器，通過調(diào)整充液量來控制制動力矩，實現(xiàn)對下運帶式輸送機(jī)的制動，工作介質(zhì)為油。由于系統(tǒng)熱容量較小，因此需要輔助冷卻裝置。低速運行時制動效果不理想，一般安裝在減速器的高速軸上，需要與液壓推桿制動器配合使用才能滿足減速和定車要求。需要獨立的液壓站和冷卻系統(tǒng)，所以設(shè)備體積和占用空間都比較大，不適合在煤礦井下使用。

2.2 液壓制動裝置

液壓制動裝置通過控制油壓或流量，可以有效地對下運帶式輸送機(jī)實現(xiàn)可控軟制動。由于油泵長時間處于高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，磨損加快，影響使用壽命，在制動過程中產(chǎn)生大量的熱量需要輔助冷卻裝置散熱，增加了附設(shè)系統(tǒng)。由于液壓系統(tǒng)存在泄漏問題，必須與液壓推桿制動器配合使用才能滿足定車要求。

2.3 粘液可控制動裝置

液粘可控制動裝置利用摩擦片在粘性液體中的摩擦力形成制動力矩，當(dāng)主動軸帶動主動摩擦片旋轉(zhuǎn)時，由于從動摩擦片不動，使得主、從動摩擦片之間產(chǎn)生摩擦力，改變控制油的壓力，從而改變主動摩擦片與從動摩擦片間的摩擦力。粘液可控制動裝置采用常閉式結(jié)構(gòu)，制動力矩沖擊小，具有良好的軟制動效果。

2.4 盤式制動裝置

通過比例電磁閥和液壓制動器對制動盤產(chǎn)生可控的制動力矩，使帶式輸送機(jī)實現(xiàn)軟制動。采用可編程序控制器PLC 和電液比例控制技術(shù)，制動系統(tǒng)的制動力矩和制動時間可以根據(jù)現(xiàn)場實際需要進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到最佳的可控軟制動效果。盤式制動裝置具有動作靈敏、散熱性能好、使用和維護(hù)方便等優(yōu)點。

2.5 軟制動方式主要技術(shù)性能比較

軟制動方式主要技術(shù)性能比較見表1。

表1 軟制動方式主要技術(shù)性能比較

通過上述軟制動方式技術(shù)性能比較，下運帶式輸送機(jī)配置盤式制動裝置是實現(xiàn)安全軟制動的最佳方案。

3 盤式制動裝置軟制動原理

3.1 盤式制動裝置結(jié)構(gòu)

制動盤采用雙片通風(fēng)式結(jié)構(gòu)設(shè)計，制動盤隨傳動軸轉(zhuǎn)動時使空氣產(chǎn)生對流，增加制動盤的冷卻效果，從而減少制動盤溫升。液壓制動器采用常閉式結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高了安全性和可靠性。設(shè)備起動時液壓制動器內(nèi)的碟型彈簧在油壓作用下產(chǎn)生彈性變形，使閘瓦打開，制動盤可以隨傳動系統(tǒng)自由運轉(zhuǎn)；當(dāng)設(shè)備制動時，通過比例電磁閥使制動油缸油壓逐漸減小，碟型彈簧按控制要求復(fù)位，隨著閘瓦與制動盤之間壓力逐漸增加，制動力矩逐漸增大。制動力矩和制動時間可根據(jù)現(xiàn)場需要進(jìn)行設(shè)定。

3.2 盤式制動裝置電氣部分構(gòu)成

盤式制動裝置電氣部分由KXJ5-1140 礦用隔爆兼本安型PLC 可編程控制箱、TH5-24S 礦用本安型操作臺、1 號主電機(jī)真空電磁起動器、2 號主電機(jī)真空電磁起動器、1 號油溫傳感器、2 號油溫傳感器、制動油溫傳感器、控制油壓傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、速度傳感器、液壓站制動閥組、比例電磁閥、帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)器及帶式輸送機(jī)保護(hù)傳感器組成。各種傳感器采集信號輸入KXJ5-1140 控制箱，經(jīng)可編程序控制器PLC 運算處理，輸出模擬量信號和開關(guān)量信號，通過專用端口與帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置控制回路連接，對下運帶式輸送機(jī)進(jìn)行正常開機(jī)和停機(jī)軟制動控制，從而使下運帶式輸送機(jī)具有完善的控制與保護(hù)功能。盤式制動裝置電氣原理框圖如圖1。

圖1 盤式制動裝置電氣原理框圖

4 盤式制動裝置的應(yīng)用效果

盤式制動裝置能夠提供可控的、平滑的、無沖擊的制動力矩，減小制動對傳動機(jī)械和膠帶的損傷，避免由于強烈制動引發(fā)的機(jī)械事故，延長設(shè)備使用壽命。正常工作時主電機(jī)在發(fā)電制動狀態(tài)運行，將系統(tǒng)重力勢能轉(zhuǎn)化為電能回饋到電網(wǎng)。由于運行在第四象限，主電機(jī)不但不耗電而且發(fā)電，實際經(jīng)濟(jì)效益應(yīng)為發(fā)電量的兩倍，節(jié)能效果非常顯著。KPZ系列盤式制動裝置已在鐵法煤業(yè)集團(tuán)大平礦的兩條DTL120/150/2×250X 型下運帶式輸送機(jī)中實際應(yīng)用，軟制動效果良好，設(shè)備運行安全可靠。

5 結(jié)語

煤礦下運帶式輸送機(jī)配置盤式制動裝置滿足設(shè)備運行工況需要，達(dá)到了安全軟制動的預(yù)期效果，節(jié)能效果顯著，為生產(chǎn)礦井節(jié)約大量電費開支，僅節(jié)電一項半年時間就可收回制動裝置及配套控制系統(tǒng)的全部投資，而且一次投資長期受益。下運帶式輸送機(jī)配置盤式制動裝置的運行方式有力保證了設(shè)備安全運行和煤礦的安全生產(chǎn)，是企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益、實現(xiàn)節(jié)支降耗的重要途徑。