煤礦下運帶式輸送機軟制動方式研究與應用

張子明

（遼寧通用重型機械股份有限公司，遼寧 調兵山 112700）

1 前言

帶式輸送機是煤礦井下主要運輸設備，由于采礦工藝及井下地質構造等原因，經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。下運帶式輸送機空載或輕載運行時電動機工作在電動狀態，重載運行時物料通過膠帶拖動電動機運轉，主電機工作在發電制動運行狀態，它將物料的重力勢能轉化為電能回饋到電網，同時輸出相應的制動力矩來平衡膠帶上物料的重力下行力矩，維持輸送機的勻速運轉。重載停車時如果采用普通制動器制動容易產生飛車或滾料、膠帶打滑甚至發生膠帶斷帶、減速機齒輪損壞以及斷軸等惡性機械事故。由于下運帶式輸送機的特殊運行工況，所以必須采用可控軟制動方式才能實現重載安全停車[1-3]。

2 軟制動方式技術性能分析

下運帶式輸送機軟制動的目的是保證設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。針對下運帶式輸送機軟制動的技術要求，目前國內已應用和開發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

液力制動裝置實質上是一種使帶式輸送機減速運行的液力耦合器，通過調整充液量來控制制動力矩，實現對下運帶式輸送機的制動，工作介質為油。由于系統熱容量較小，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，所以設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實現可控軟制動。由于油泵長時間處于高速運轉狀態，磨損加快，影響使用壽命，在制動過程中產生大量的熱量需要輔助冷卻裝置散熱，增加了附設系統。由于液壓系統存在泄漏問題，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，當主動軸帶動主動摩擦片旋轉時，由于從動摩擦片不動，使得主、從動摩擦片之間產生摩擦力，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構，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生可控的制動力矩，使帶式輸送機實現軟制動。采用可編程序控制器PLC 和電液比例控制技術，制動系統的制動力矩和制動時間可以根據現場實際需要進行調整，從而達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、使用和維護方便等優點。

2.5 軟制動方式主要技術性能比較

軟制動方式主要技術性能比較見表1。

表1 軟制動方式主要技術性能比較

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

3 盤式制動裝置軟制動原理

3.1 盤式制動裝置結構

制動盤采用雙片通風式結構設計，制動盤隨傳動軸轉動時使空氣產生對流，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構設計，提高了安全性和可靠性。設備起動時液壓制動器內的碟型彈簧在油壓作用下產生彈性變形，使閘瓦打開，制動盤可以隨傳動系統自由運轉；當設備制動時，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現場需要進行設定。

3.2 盤式制動裝置電氣部分構成

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 號主電機真空電磁起動器、2 號主電機真空電磁起動器、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、帶式輸送機綜合保護器及帶式輸送機保護傳感器組成。各種傳感器采集信號輸入KXJ5-1140 控制箱，經可編程序控制器PLC 運算處理，輸出模擬量信號和開關量信號，通過專用端口與帶式輸送機保護裝置控制回路連接，對下運帶式輸送機進行正常開機和停機軟制動控制，從而使下運帶式輸送機具有完善的控制與保護功能。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，減小制動對傳動機械和膠帶的損傷，避免由于強烈制動引發的機械事故，延長設備使用壽命。正常工作時主電機在發電制動狀態運行，將系統重力勢能轉化為電能回饋到電網。由于運行在第四象限，主電機不但不耗電而且發電，實際經濟效益應為發電量的兩倍，節能效果非常顯著。KPZ系列盤式制動裝置已在鐵法煤業集團大平礦的兩條DTL120/150/2×250X 型下運帶式輸送機中實際應用，軟制動效果良好，設備運行安全可靠。

5 結語

煤礦下運帶式輸送機配置盤式制動裝置滿足設備運行工況需要，達到了安全軟制動的預期效果，節能效果顯著，為生產礦井節約大量電費開支，僅節電一項半年時間就可收回制動裝置及配套控制系統的全部投資，而且一次投資長期受益。下運帶式輸送機配置盤式制動裝置的運行方式有力保證了設備安全運行和煤礦的安全生產，是企業提高經濟效益、實現節支降耗的重要途徑。