上運傾斜帶式輸送機制動問題的探析

文/郭國平

近年來，隨著煤礦開采的深入和裝備技術的提高，大傾角、高速、重載帶式輸送機已被廣泛的應用到煤礦運輸系統(tǒng)中，在煤礦運輸系統(tǒng)中起著至關重要的作用。然而，制動系統(tǒng)作為帶式輸送機的關鍵組成部分，其功能是否完善、性能的好壞、配合的方式等，都直接影響著煤礦的生產安全和人身安全。因此，研究制動器與逆止器在輸送機制動過程中的作用以及配合方式，對大傾角上運帶式輸送機的安全可靠運行有著重要的意義。

一、上運傾斜帶式輸送機制動力矩計算及控制方式

1.上運傾斜帶式輸送機制動力矩的計算

上運傾斜帶式輸送機的制動原理是基于能量的轉化，其運行時的動能和勢能一部分被輸送帶運行阻力抵消，另一部分被制動器或逆止器輸出的力矩消耗，從而保證輸送機的正常停車。該輸送機的制動系統(tǒng)通常使用液壓盤式制動器，其制動盤安裝在驅動滾筒軸上或者減速機的低速軸上，制動時驅動滾筒所受的各種力矩如下圖所示。

ν-運行速度，α-減速度，ω-驅動滾筒的角速度，ΜΖ-總制動力矩，ΜJ-總慣性矩，ΜF(xiàn)-總阻力矩

由于各力矩間滿足力系平衡關系，則在制動器輸出的制動力矩ΜΖ為：

ΜΖ=ΜJ-ΜF(xiàn)=Σm·a·R-FuR

（1）輸送帶運行阻力Fu的計算

在輸送機穩(wěn)定運行時，其輸送帶總運行阻力包括輸送機提升物料的阻力、輸送機托輥的旋轉阻力、輸送帶的壓陷及變形阻力、其他附加阻力。因此，輸送帶總運行阻力Fu為：

Fu=CfL[qRO+qRU+(qG+2qB)cosζ]g-qGHg+Fs1

式中 L—輸送機的運輸距離（m）；

C—阻力系數(shù)

f—等效運行摩擦系數(shù)

qRO—承載分支托輥旋轉部分的單位長度質量（kg/m）；

qRU—回程分支托輥旋轉部分的單位長度質量（kg/m）；

qB—單位長度輸送帶的質量（kg/m）；

qG—單位長度輸送物料的質量

Q—輸送機輸送能力（t/h）；

ζ—輸送機的傾角；

ν—輸送機運行速度（m/s）；

H—輸送機機頭與機尾高度差（m）；

FS1—附加阻力（N），包括輸送帶與清掃器產生的摩擦阻力，卸料器與輸送帶間產生的摩擦阻力、回程分支輸送帶的翻轉阻力等。

（2）輸送機總慣性矩ΜJ的計算

帶式輸送機穩(wěn)定運行時產生的總慣性矩由轉動部件的慣性矩和移動部件的慣性矩組成，轉動部件主要有驅動滾筒、托輥、減速機等，移動部件主要有承載的物料、輸送帶等。因此，由力學運動規(guī)律可知，輸送機總慣性矩ΜJ為：

ΜJ=Σm·a·R

式中Σm——輸送機轉動和移動部件總變位質量（㎏）；

a——輸送機制動減速度（m／s2）；

2.上運傾斜帶式輸送機逆止力矩的計算

上運傾斜帶式輸送機重載運行時，如果物料的下滑分力大于輸送帶的運行阻力，在輸送機停車時就會發(fā)生倒轉。為防止輸送機的停車倒轉，則需要安裝逆止器來抵消該下滑力，從而保證輸送機的安全停車。另外，當輸送機重載啟動時，如果驅動力不能抵消下滑力，輸送機也會倒轉，只有隨著驅動力的不斷增大，輸送機才能正常啟動。由此可見，逆止器在輸送機正常停車和啟動時都能起到很重要的作用。

據(jù)輸送機的受力特性可得保證不倒轉的逆止力矩Mn，可用下式計算：

MN=R{qGHg-CfL[qRO+qRU+(qG+2qB)cosζ]g-FS1}

式中參數(shù)與制動力矩計算式中參數(shù)相同。

從上式可知，當逆止力矩MN≤0時，則表示不需要逆止器輸送機也可以安全停車，不會發(fā)生倒轉。當逆止力矩MN≥0時，則表示如果沒有相應的逆止力矩抵消下滑力，輸送機必然會發(fā)生倒轉。因此，需要安裝逆止器或者制動器，才能保證輸送機正常停車。

二、上運傾斜帶式輸送機制動控制方式

1.制動器與逆止器的作用分析

大傾角上運帶式輸送機制動系統(tǒng)主要包括制動器和逆止器。制動器用來保證輸送機的正常停車，逆止器則是防止正常停車后或者重載啟動時輸送機倒轉，保證輸送機的安全停車和正常啟動。只有制動器與逆止器有效配合才能減少單一設備的損壞率，增加制動系統(tǒng)的使用壽命，保證輸送機的安全可靠運行。

2.輸送機制動的控制方式

長距離、大運量帶式輸送機一般常用三種停車控制方式，即，自由停車、減速停車和緊急停車。自由停車一般應用在單臺、運輸距離較小、水平運輸?shù)妮斔蜋C中，不需要安裝制動系統(tǒng)；減速停車則是運輸系統(tǒng)常用的控制方式，運輸系統(tǒng)多由幾條連續(xù)輸送機組成，只有控制各輸送機的停車時間，才能保證輸送系統(tǒng)的順序停車，避免產生堆煤事故。

3.輸送機軟停車的重要性

當輸送機重載停車或者需要對停車時間進行控制時，必須配備合適的制動器來實現(xiàn)，且制動器能夠輸出足夠的制動力矩，保證停車過程的可靠平穩(wěn)。另外，隨著科技的進步，現(xiàn)代控制更傾向于實現(xiàn)輸送機的“軟啟動”和“軟停車”，輸送機的軟停車能夠有效減小停車引起的機械沖擊，減少對輸送機設備的損壞，以延長輸送機的使用壽命。目前，應用比較廣泛的實現(xiàn)軟停車控制方式是采用變頻器控制停車或者電磁比例液壓制動。因此，對于長距離、重載的主運輸帶式輸送機，一般要實現(xiàn)其軟停車，從而提高煤礦整個運輸系統(tǒng)的可靠性和生產的安全性。

三、制動器與逆止器的配合方式

1.單臺帶式輸送機

對于單條運輸量小、距離短、水平運輸?shù)膸捷斔蜋C可以不安裝制動裝置來實現(xiàn)自由停車。但對于傾角、運量較大輸送時，為避免發(fā)生倒轉，則需要同時安裝制動器和逆止器。

2.多臺輸送機組成的輸送系統(tǒng)

對于多臺輸送機組成的輸送系統(tǒng)，一般要控制其各機的停車時間來實現(xiàn)輸送系統(tǒng)的順序停車，保證在停車過程中不會出現(xiàn)堆煤撒料事故。為實現(xiàn)順序停車，必須安裝制動器來實現(xiàn)，且控制方式應當為減速停車，從而來縮短輸送系統(tǒng)的停車總時間和提高系統(tǒng)運行的安全性；同理，啟動時要保證其順序性，也必須安裝逆止器來實現(xiàn)。因此，對于連續(xù)運輸系統(tǒng)需要同時安裝逆止器和制動器來保證多臺輸送機的順序停車和啟動。

3.采用多滾筒驅動的輸送機

長距離、大運量的帶式輸送機通常采用多滾筒驅動，由于其角度較大，物料的下滑力也隨之增大。因此，需要安裝多套制動器和逆止器。多滾筒驅動的輸送機，不僅要保證制動器和逆止器的配合制動，還要保證各制動裝置的同步性，才能保證輸送機的安全制動。

四、結語

針對不同的上運傾斜帶式輸送機，應選擇合適的制動方式，只有制動器與逆止器的有效配合才能減少單一設備的損壞率，增加制動系統(tǒng)的使用壽命，提高輸送機制動和啟動的安全可靠性。同時，在設計大傾角、長距離、重載上運帶式輸送機時，應該選擇合理的制動器和逆止器，甚至采用先進控制方式，實現(xiàn)輸送機制動時的 “軟停車”，從而提高輸送機制動的可靠性和安全性。