皮帶機制動問題探討

【摘要】隨著國家對煤礦安全生產管理的規范，要求工作人員及必須時查詢現場設備的安全測控信息。目前皮帶機在煤礦中得到了廣泛的應用，皮帶機的傳動是通過驅動裝置驅動滾筒與膠帶之間的摩擦力來傳遞的，隨著膠帶的移動，物料會從一端輸送到另一端。與其它類型的輸送機相比，皮帶機噪音小，耗電少，自重小，可有效提高輸送速度，但是其缺點是不耐沖擊，停機上閘發生的斷軸事故所造成的經濟損失巨大，因此有必要開展這方面的研究。

【關鍵詞】煤礦；皮帶機；制動

近年來我國對煤礦皮帶機的關鍵技術研究和新產品開發都取得了可喜的成果，但與國外相比，機型偏小，帶速普遍較低，仍延用以往的靜態設計法，用加大輸送帶安全系數的方法來提高可靠性，致使元部件設計得不到有效提高。

1.煤礦皮帶機停機存在的問題

煤礦皮帶機正常停機過程中，按下停機按鈕時電源斷電，經短暫延時后工作閘斷電上閘，約在帶速大于2.2m/s時閘瓦就已接觸制動輪，從而對機械部件造成很大的沖擊。有時因延時不準造成工作閘上閘過慢，膠帶機發生逆轉使機械式逆轉保護器動作造成安全閘斷電上閘。當煤礦皮帶機出現事故需緊急停機時，扳動急停開關則主電源斷電，造成皮帶機的所有制動器斷電，工作閘和安全閘同時上閘時閘死膠帶機。上述的上閘控制系統中，原有的繼電器定時限延時上閘造成停機后的上閘時間固定，不能隨運煤量的大小而改變，再加上機械式時間繼電器延時不準，為安全起見常將延時時間定得很短，結果造成皮帶機重載下正常停機時在較高的速度下強行上閘所產生的強烈沖擊會損傷機械部件或直接引發機械故障。

由于煤礦條件惡劣，機械式逆轉繼電器受環境等多種因素影響，再加上是單個設置，不能做到絕對可靠，某煤礦曾發生過嚴重的逆轉事故，造成主電機燒毀、減速機損壞、巷道嚴重受損等巨大損失。

2.皮帶機的制動裝置

皮帶機的制動裝置有逆止器和制動器。逆止器是供向上運輸的皮帶機停車后限制輸送帶倒退，常見的有塞帶逆止器和滾柱逆止器。制動器供皮帶機停車用，它又可分為閘瓦制動器和盤式制動器。

最常見的逆止器是塞帶逆止器，塞帶逆止器結構簡單、容易制造。當皮帶機輸送時，制動帶不起制動作用；當皮帶機倒行時，在摩擦力的作用下，制動帶被塞入輸送帶與滾筒之間，由于制動帶的另一端固定在機架上，制動帶與輸送帶之間的摩擦力制止輸送帶倒行。但是塞帶逆止器的缺點是必須倒轉一段距離才能制動，只適用于功率不大的皮帶機。

滾柱逆止器的星輪裝在雙端輸出減速器的外端，與輸送帶滾筒同向旋轉，當向上運輸時，星輪切口內的滾柱位于切口的寬側，不妨礙星輪在固定圈內轉動；停車后輸送帶倒轉時，星輪反向轉動，滾柱擠入切口的窄側，當滾柱愈擠愈緊時將星輪楔住，滾筒被制動不能倒轉。閘瓦制動器通常采用電動液壓推桿制動器，制動器裝在減速器輸入軸的制動輪聯軸器上，閘瓦制動器通電后，由電液驅動器推動松閘，失電時彈簧抱閘，制動力是由彈簧和杠桿加在閘瓦上的。閘瓦制動器的結構緊湊，但制動副的散熱性能不好，不能單獨用于下皮帶機。盤式制動器是安裝在電動機與減速器之間的一套制動裝置，它由制動盤、制動缸和液壓系統組成。制動缸活塞桿端部裝有閘瓦，制動缸成對安裝在制動盤兩側，閘瓦靠制動缸內的碟形彈簧加壓，用油壓松閘或調節閘瓦壓力。液壓系統由電磁比例溢流閥按控制信號調節進入制動缸的油壓。盤式制動器的制動力矩可調，制動副的散熱條件比閘瓦制動器好。制動器選擇應考慮的幾個問題：

（1）皮帶機在起動、運行、停車制動時，都具有機械慣性。制動器通過克服皮帶機的機械慣性使之能夠準確停車的。由于制動力矩和電機力矩的作用及性質不同，所以制動器的選擇不應根據電動機的功率進行配備。制動器的制動力矩只要能克服機械慣性力，使皮帶機由額定帶速逐漸減速停車即可。

（2）當傾角較大的提升皮帶機停止供電時，膠帶會發生逆轉。為了制止這種逆轉，現在的上運皮帶機多采用逆止器以克服逆轉力矩。

（3）大型皮帶機都要求平穩起動制動。一般制動停車時減速度大小a=-（0.1～0.3）m/s2，而采用制動停止的皮帶機，由于其停車的減速度大小與制動器力矩大小成正比，制動力矩過大，減速度過大，制動時間過短，因而引起膠帶振動，設備運轉不穩定，甚至皮帶在傳動滾筒上打滑以及機件損壞等。鑒于上述原因，制動器的選擇應根據各皮帶機的具體情況進行計算。皮帶機在正常情況下停車制動時，是主電動機斷電數秒后才給制動器上閘。若是上運提升輸送機，主電動機斷電會引起皮帶倒轉，當采用制動器作為逆止裝置時，不宜全部延時制動，應先將工作制動器上閘，當給出所需制動力矩較小時，即可上安全制動器。

3.智能制動方案設計

由于單片機具有體積小、功能強、靈活方便等很多優點，根據以往制動閘測控系統中存在的問題，可以采用單片機組成皮帶機的測控方案。利用單片機組成的控制系統來處理光電編碼器變換過來的轉速信號，然后利用單片機的輸出信號去控制繼電器輸出，以達到根據帶速發出適時上閘指令的要求，并能設置逆轉保護與機械式逆轉保護并聯作用。并利用數顯式時間繼電器完成各種時間參數的相互配合，整個方案可以作到雙重化設置，可靠性較高。

本設計方案中利用光電軸編碼器輸出的A、B兩相信號來完成對帶速以及皮帶是否倒行的檢測。如果工作閘出現故障，在第一時間內沒有閘住皮帶，以致皮帶發生倒行，這時單片機會根據判向電路的信號使安全閘動作，避免事故的發生。單片機根據測得的帶速與設定的告警值的比較來決定是否上閘，克服了傳統的定時上閘的盲目性。為了進一步提高可靠性，采用定時主閘系統與測速上閘系統相互配合，可以做到重載時測速系統上閘，輕載時定時系統上閘，并且定時時間可以根據輸送量的大小而變化。

本裝置具有定時上閘與測速上閘雙重功能，其中定時上閘為后備。在定時上閘控制中，當按停機按鈕后，跳閘繼電器得電，使得高壓真空接觸器跳閘，其常閉接點閉合，數顯延時時間繼電器得電，延時后其接點閉合，使中間繼電器得電，同時發出上閘指令。測速上閘系統采用雙重設置，由光電軸編碼器采集轉速信號，其輸出信號經判向電路后，進入測速系統，測速單元輸出信號控制輸出繼電器，再由輸出繼電器控制中間繼電器，發出相應的上閘指令。測速上閘系統的雙重設置即在皮帶機機頭的兩端各安裝一套8051測控系統，可以保證當一套系統發生故障時，另一套系統仍能保證安全可靠地上閘。本系統通過定時系統與測速系統的可靠配合，通過靈活多變的數字顯示為工作人員提供良好的人機界面，提高了系統的工作效率，實現了煤礦安全生產的智能化。

4.試驗結果

為了驗證方案的正確性，對方案進行了現場驗證，部分數據如下：

（1）輕載時帶速與時間。①穩定運轉帶速：3.5m/s；②定時6秒上閘狀態：帶速：1.2m/s；上閘時間：6秒。

（2）重載時帶速與時間。①穩定運轉帶速I：3.2m/s②智能制動上閘時的狀態：帶速I：0.5m/s；上閘時間：4秒。應用該制動方案后，皮帶機抱閘時的速度由原來的2.3m/s左右降到0.4m/s左右，大大降低了對膠帶及制動閘的沖擊，此外，良好的人機界面方便了現場操作。

5.結論

針對原來制動系統中采用的固定延時上閘方式的弊端，測速上閘方式能夠根據帶速的大小上閘，避免了上閘產生的沖擊對設備的危害。【參考文獻】

[1]楊達文，龐禹東等.國內外煤礦帶式輸送機的現狀及發展.煤礦機械，2002.

[2]胡耀庭.強力皮帶輸送機改造過程中有關問題分析.煤炭技術，2001.