帶式輸送機盤式制動裝置液壓系統的優化

張永哲

（山西焦煤汾西礦業高陽煤礦修舊利廢中心， 山西 孝義 032311）

引言

帶式輸送機因其具有運輸能力強，運行阻力、功耗低，運行平穩，控制方便等優點被煤礦企業廣泛應用。制動器是帶式輸送機的關鍵裝置，一般帶式輸送機采用的是KZP型盤式制動器[1]。某礦的皮帶運輸機均采用的是KZP型盤式制動裝置，帶式輸送機在礦井采區上山（下運）中，常由于KZP型盤式制動裝置液壓系統設計存在缺陷或使用不當而出現飛車、打滑、滾料和閘輪冒火花等事故，并且停電情況下緊急制動會發生撕帶、滾料事故。因此，亟待對帶式輸送機盤式制動裝置液壓系統進行優化，為煤礦的運輸安全提供保障。

1 KZP型盤式制動裝置

圖1為KZP型盤式制動裝置的原理圖。通過輸送帶測速裝置對輸送機的帶速進行實時監測，由控制器根據輸送帶的實時速度發出電信號調節溢流閥來控制液壓系統的出口油壓，進而盤式制動器的油缸壓力也會被改變，制動盤就會產生一個盤向壓力（該壓力與制動力矩正相關），依靠增大或減小制動力矩的反饋控制實現輸送機速度的調節[1]。

圖1 KZP型盤式制動裝置的原理圖

1.1 KZP型盤式制動裝置液壓系統分析

圖2為優化前盤式制動裝置的液壓系統圖。KZP型盤式制動裝置的最大制動力矩為25 kN·m，最高油壓為6 MPa，最大控制油壓為5.5 MPa，流量為6 L/min。通過對KZP型盤式制動裝置液壓系統進行分析和現場調研發現，KZP型盤式制動裝置液壓系統存在如下問題：

1）由于該制動裝置蓄能器的出油口直接連接在主油管路上，但是在實際運行中，蓄能器與電液比例溢流閥在工作頻寬上不同步，導致液壓的響應速度過低，影響到壓力調節的速度。

2）該產品的研發較早，高壓系統的密封技術不夠完善，限制了控制油壓的上限，最高為5.5 MPa，使得電液比油壓的實際調節范圍小于設定值。

3）控制系統未將輸送帶的黏彈性考慮在內，導致實際速度與設定速度存在差異。

圖2 優化前盤式制動裝置的液壓系統圖

1.2 盤式制動裝置液壓系統的功能要求

根據實際生產的需要，盤式制動裝置液壓系統有如下功能要求：

1）由于制動力矩與油壓具有正比例的關系，因此液壓系統的油壓能實現無極調節。

2）液壓系統必須設有應急動力，在出現停電事故時，管路中油壓不會迅速下降。應急動力源在出現停電事故時才會工作，避免在正常供電時，主油路的油壓過高，出現油壓調節滯后的情況。

3）一旦出現停電事故，液壓油缸內的壓力必須在規定時間內降低至閉閘壓力，同時液壓油迅速流回到液壓油箱，保證盤式制動器施閘空動時間不得大于0.3s。

2 盤式制動裝置液壓系統的優化

優化后的液壓系統采用主、備雙回路設計，可以保證系統的可靠性，同時增加了蓄能器和壓力變送器。其中采用蓄能器作為應急動力源，增加一個壓力變送器對管路中的油壓信息進行采集。圖3所示為優化后的液壓系統原理圖。

圖3 優化后的液壓系統原理圖

優化后液壓系統的工作原理：

1）啟動。首先控制蓄能器進行充液，電液比例溢流閥的電流緩慢增加，此刻電磁換向閥8、10于左位工作。在壓力變送器檢測到蓄能器的油壓超過9 MPa時，控制電磁換向閥11于左位工作，蓄能器充液完畢，隨后油壓迅速降至殘壓pv。啟動系統，電磁換向閥8、11被通電于左位工作，電磁換向閥10斷電于右位工作，此刻管路中的油壓迅速升至系統的最大工作壓力pmax，制動器盤閥的間隙為1.5 mm，帶式輸送機可在人為控制下開始運轉。

2）制動。電磁換向閥8和11在進行制動時于左位工作，電磁換向閥10一直于右位工作。完成制動操作后，電磁換向閥12通電于左位工作，蓄能器內的液壓油迅速回流，因此蓄能器內的油壓會迅速降至充氣狀態下的p0，通過此種設計保證即使出現停電事故處于負載下的帶式輸送機也不會發生滑移。

3）突然停電。當管路中的油壓上升至閉閘油壓p1溢流閥16打開。但出現停電事故時，電磁換向閥8、11、12均于左位工作，制動器中一小部分的液壓油流到蓄能器，大部分依次經過電磁換向閥10，電磁換向閥8和溢流閥16流至油箱，在0.3 s的時間內盤式制動器完成空行程。然后蓄能器內液壓油通過電磁換向閥11，電磁換向閥8和調速閥17流出，皮帶運輸機的制動力矩平穩下降，避免在緊急制動時發生撕帶、滾料事故。

3 液壓站設計

液壓站主要包括液壓泵、電機、電液比例溢流閥、蓄能器、調速閥和液壓管路。

3.1 液壓站主要參數確定

液壓站的主要參數包括系統最高工作壓力pmax，開閘油壓pl、閉閘油壓pc、系統殘壓pv和最大工作流量qmax等。

1）系統最高工作壓力pmax。將盤式制動器全開時制動器與制動盤之間的間隙達到最大時系統的油壓。為保證液壓系統的可靠性，采用工作壓力上限更高的ZDQ25型盤式制動裝置，ZDQ25型盤式制動裝置的最高工作壓力pmax=9.9 MPa。

2）開閘油壓pl和閉閘油壓pc。將盤式制動器松閘時，制動盤和閘襯接觸間隙為零時油壓稱為開閘油壓；將制動盤與閘襯接觸但制動力為零時的油壓稱為閉閘油壓[2]。一般認為開閘油壓和閉閘油壓相等，因此ZDQ25型盤式制動裝置的開閘油壓和閉閘油壓均為8.92 MPa。

3）系統殘壓Pv。將電液比例溢流閥輸入電流信號為零時的油壓稱為系統殘壓。根據相關要求，ZDQ25型盤式制動裝置的系統殘壓不得高于0.5 MPa。

4）最大工作流量qmax。為保證盤式制動器松閘時能在1 s內迅速完成1.5 mm的退閘，要求系統最大工作流量達到5 L/min。

3.2 液壓泵和電機的選取

由于煤礦井下油污較多，而且不易檢修，因此采用檢修方便、耐油污的CBWE306ALP齒輪泵。此型號泵的額定壓力為16 MPa，排量6 mL/r，額定轉速為2 500 r/min。選用轉速n=960 r/min的驅動電機。泵的流量qr為：

式中：D為液壓泵的排量，mL/r，取6 mL/r；n為驅動電機的轉速，r/min，取960 r/min；ρ為液壓泵的容積效率，取0.9。

經過計算，泵的流量qr為5.184 L/min，大于最大工作流量5 L/min。

3.3 液壓管道管徑的確定

液壓管路的內徑Φ為：

式中：qr為泵的流量，m3/min，取 5.184×10-3m3/min；v為管路中液壓油的流速，m/s，取1 m/s。

經過計算液壓管路的內徑Φ為10.49 mm。根據相關標準，選用內徑為12 mm的吸油管。

3.4 電液比例溢流閥的選型

液壓系統通過電液比例溢流閥完成對油壓的無極調節。由于液壓泵的最大流量為5.184 L/min，考慮到節約成本，采用dBY-E6C隔爆型直動式電液比例溢流閥。該閥最大可調壓力為16 MPa，額定流量為6 L/min。

3.5 蓄能器與調速閥的選型

當出現停電事故時，應急制動回路開始工作。應急制動回路包括調速閥和蓄能器。因為，回流到蓄能器的液壓油量較少，選用容量較小的蓄能器。本設計采用NXQA-0.63/10-L型蓄能器，其容量為0.63 L，最大壓力為10 MPa。為保證在10 s內實現制動，采用2FRM6B76-L3X/3QM型調速閥。該閥的最大通過流量為3 L/min，滿足制動時間要求。

4 現場應用

將優化后的盤式制動裝置和設計的液壓站投入生產使用，在為期6個月的工業實驗中，帶式輸送機在正常供電情況下沒有由于制動操作發生一起飛車、打滑、滾料和閘輪冒火花等事故。期間出現了2起突然停電事故，但在停電期間帶式輸送機沒有因為突然失去動力源緊急制動發生撕帶、滾料事故。因此，對帶式輸送機盤式制動裝置液壓系統的優化有效。

5 結論

根據帶式輸送機制動液壓系統的要求，結合盤式制動裝置液壓系統存在的不足，對液壓系統進行了采用主、備雙回路的優化，并對液壓站的關鍵元件進行了選型，在滿足帶式輸送機制動需要的同時，提高了帶式輸送機的可靠性。