常 青

（襄垣縣王橋鎮(zhèn)五陽煤礦，山西 長治 046205）

0 引 言

目前國內(nèi)外，帶式輸送機中常用的制動裝置主要有以下幾種：1）電氣制動系統(tǒng)；2）液力制動系統(tǒng)；3）盤閘制動系統(tǒng)；4）液粘機械式制動裝置[3]。

這些制動系統(tǒng)都有其一定的優(yōu)點，但也存在著大量的難以克服的缺點：（1）電氣制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制都相當復雜，造價很高，另外，致命的缺點是無法解決停電制動問題。（2）液力制動系統(tǒng)的制動力矩調(diào)節(jié)困難，若增加閉環(huán)控制裝置調(diào)節(jié)制動力矩將導致整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜且工作可靠性降低。（3）液壓盤閘制動系統(tǒng)，主要裝置在地面的輸送機上，因工作過程中閘盤發(fā)熱不適合在煤礦井下使用。（4）液粘機械式制動裝置雖然具有一定的軟制動功能，但是從根本上還是摩擦式制動，無法從根本上解決發(fā)熱問題。

針對以上制動裝置存在的問題，我們開發(fā)研制了一種基于液壓調(diào)速的下運式帶式輸送機軟制動系統(tǒng)。

1 軟制動器結(jié)構(gòu)組成及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

液壓調(diào)速軟制動器主要由剎車變量泵、液壓調(diào)速控制裝置、PLC控制箱和轉(zhuǎn)速檢測裝置組成，圖1為該制動器的結(jié)構(gòu)示意圖。帶安裝架的剎車泵與被制動機械系統(tǒng)的高速軸（要求用雙出軸電動機或雙輸入軸減速器）通過彈性聯(lián)軸節(jié)連接和定位；轉(zhuǎn)速檢測裝置安裝在泵架上，連接泵軸的對輪需帶有脈沖發(fā)生環(huán)節(jié)；液壓調(diào)速控制裝置布置在剎車泵附近，并分別與剎車泵的吸液口和排液口連通；PLC控制箱可以布置到被制動機械系統(tǒng)的電控室，并與轉(zhuǎn)速檢測裝置、電磁閥以及主控系統(tǒng)的操作控制器聯(lián)接。

1.2 工作原理

液壓調(diào)速軟制動器的原理圖，如圖2中所示，該系統(tǒng)主要由電磁換向閥12、安全閥13、電磁比例溢流閥14、剎車變量泵21等液壓元件以及PLC、D/A轉(zhuǎn)換器和放大器等元件組成。當DT2失電時、DT1得電，系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)，泵以小排量、低壓力工作，相當于被制動機械系統(tǒng)處于正常運轉(zhuǎn)工況；當DT2失電、DT1得電時，系統(tǒng)處于制動狀態(tài)，泵以大排量工作，而其壓力值取決于電磁比例溢流閥14的開口大小。一般情況是，電磁比例溢流閥14閥口從最大到最小逐步調(diào)節(jié)，使泵的輸出壓力逐步增加，變量泵產(chǎn)生的制動力矩逐步增加，以便使被制動機械系統(tǒng)具有平穩(wěn)、可靠的制動過程。安全閥13起到安全保護作用，當液壓制動系統(tǒng)失效時，起到安全保護作用使液壓系統(tǒng)不致?lián)p壞。

圖1 液壓調(diào)速軟制動器結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 液壓調(diào)速安全制動系統(tǒng)原理圖

另外液壓系統(tǒng)具有壓力檢測功能，當液壓系統(tǒng)工作失常，系統(tǒng)壓力高于調(diào)定最高壓力時，PLC會發(fā)出信號使聲光報警器發(fā)出報警，此時工作人員應及時停車。故障排除后方可重新啟動。

2 制動力矩計算

以某礦的下運帶式輸送機為例，采用相應的原始數(shù)據(jù)進行制動力矩的計算。經(jīng)預算，在額定輸送機的條件下，膠帶輸送機的運行阻力是負值，使帶式輸送機處于發(fā)電反饋運行狀態(tài)，按設計要求，此時運行阻力系數(shù)（等速或制動減速）均取ω=0.012。

結(jié)構(gòu)總體方案的構(gòu)思要建立在整體的概念上，處理好局部與整體的關(guān)系，使結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)達到最佳，提高結(jié)構(gòu)的整體性能。把每個構(gòu)件都放在總體架構(gòu)環(huán)境中考慮，使每個構(gòu)件和其他構(gòu)件合理連接，達到規(guī)范規(guī)定的設計標準，保持整體結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)一致性,實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的最大效能。

2.1 運行阻力計算

1）上分支運行阻力：

2）下分支運行阻力：

3）物料提升阻力：F3=q·L·g·sinβ=-181 178.93 N.

4）附加阻力：取F'=0.

5）總運行阻力：F=F1+F2+F3+F'=-89 805.31 N.

6）空載運行阻力：

空載運行時，運行阻力為正，故ω=0.025。

式中：q為輸送帶物料線質(zhì)量；qd為輸送帶線質(zhì)量；q'為每米和截輥轉(zhuǎn)動質(zhì)量；q''每米四程輥轉(zhuǎn)動質(zhì)量；L'為輸送機長度；g為重力加速度；β為傾角系數(shù)。

2.2 功率計算

1）重載反饋功率：N1=(FV/1 000)·m=944.39 kW；

2）空載功率：N2=(FKV/1 000)·m=599.05 kW（m=1.1為安全系數(shù)）。

2.3 總變位質(zhì)量

考慮到轉(zhuǎn)動部分相對較小，在這里忽略不計。

1）重載：mz=(q+2qd+q'+q'')·L=519 350 kg.

2）空載：mk=(2qd+q'+q'')·L=189 550 kg.

2.4 制動力矩計算

1）有載時起動出現(xiàn)負功率：起動加速度a=0.1～0.3 m/s2.

起動時間t=10～30 s.

2）停車制動時：制動減速度a=0.1～0.3 m/s2；制動時間t=10～20 s.

3）所需制動力矩：

當制動減速度取a=0.2m/s2時，制動停車時間小于15 s，經(jīng)計算實際的最大制動力矩為3 874 N·m，取1.5倍的安全系數(shù)，則最大制動為5 811 N·m。根據(jù)上述計算，確定液壓調(diào)速軟制動器的型號及數(shù)量來滿足帶式輸送機制動時對制動力矩的要求。

3 結(jié) 論

通過在煤礦中的使用表明，該液壓調(diào)速軟制動器達到了預期的目的，能夠滿足下運帶式輸送機軟制動的要求，保證煤礦的安全生產(chǎn)；對煤礦長距離、大功率和較大傾角的下運帶式輸送機的軟制動系統(tǒng)具有一定的應用價值，具有很好的發(fā)展前景[4]。主要有以下特點：

1）通過PID閉環(huán)控制，制動力矩隨負載變化自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了帶式輸送機防抱死驅(qū)動滾筒的制動，實現(xiàn)了帶式輸送機無摩擦副下運制動；2)液壓調(diào)速軟制動器采用了非制動工況少發(fā)熱、少磨損的制動技術(shù)，使得制動系統(tǒng)在自然冷卻的條件下，不存在發(fā)熱問題；3)液壓調(diào)速軟制動器實現(xiàn)了大流量高壓力調(diào)速制動，突破了液壓制動不能實現(xiàn)低速制動的禁區(qū)；4)設有壓力，流量觀察裝置和退出制動的旁路控制，運行平穩(wěn)可靠，便于使用維護。

[1]張媛.大功率下運帶式輸送機的制動技術(shù)[J].煤礦機械,2002(4):4-7.

[2]盛志清.基于ARM的下運帶式輸送機軟制動系統(tǒng)的研究[D].西安：西安科技大學,2009：15.

[3]李軍霞,王文,寇子明.下運帶式輸送機制動技術(shù)研究[J].煤礦機械,2008(5):110-111.

[4]白霄.長距離大功率下運帶式輸送機制動方案選擇[J].煤炭科學技術(shù),2009(8):61-63.