關(guān) 祥
(晉能控股集團(tuán)有限公司山西大同037000)
在現(xiàn)代化煤企中,煤礦主斜井的帶式輸送機(jī)主要采用的是變頻器軟起做驅(qū)動(dòng),盤(pán)式制動(dòng)器做制動(dòng)的基本框架[1-4]。目前市面上的制動(dòng)器動(dòng)力來(lái)源主要分為電氣動(dòng)力,機(jī)械力和液壓力等。結(jié)合2018 年《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定,采用滾筒驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸時(shí),應(yīng)當(dāng)遵守以下規(guī)定:(節(jié)選部分)
第三百七十四條
(四)主要運(yùn)輸巷道中使用的帶式輸送機(jī),必須裝設(shè)輸送帶張金利下降保護(hù)裝置。
(五)傾斜井巷道內(nèi)使用的帶式輸送機(jī),上運(yùn)時(shí),必須裝設(shè)防逆轉(zhuǎn)裝置和制動(dòng)裝置;下運(yùn)時(shí),應(yīng)當(dāng)裝設(shè)軟制動(dòng)裝置且必須裝設(shè)放超速保護(hù)裝置。
第三百七十五條
(二)在傾斜井巷中,必須在低速驅(qū)動(dòng)輪上裝設(shè)液控盤(pán)式失效安全型制動(dòng)裝置,制動(dòng)力矩與設(shè)計(jì)最大靜拉力差在閘輪上作用力矩之比在2~3 之間;制動(dòng)裝置應(yīng)當(dāng)具備手動(dòng)和自動(dòng)雙重制動(dòng)功能。
同煤集團(tuán)馬道頭煤業(yè)的礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力是1 000萬(wàn)t/a,其所處的地帶屬于地震基本烈度Ⅶ度。馬道頭煤業(yè)礦井生產(chǎn)工作制度是年工作日330 d,日凈運(yùn)行時(shí)間為16 h。
帶式輸送機(jī)是馬道頭煤業(yè)公司主要的運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備,公司主斜井是進(jìn)風(fēng)井,井筒斜長(zhǎng)3 040 m,傾角6°。
表1 馬道頭煤業(yè)主斜井帶式輸送機(jī)參數(shù)
帶式輸送機(jī)頭部卸料,尾部受料,屬于上運(yùn)式帶式輸送機(jī)。在運(yùn)輸機(jī)頭部實(shí)行三滾筒四電機(jī)(三用一備)變頻軟啟動(dòng)方式(圖1)。輸送機(jī)尾部還有自動(dòng)張緊的自控液壓張緊技術(shù),保證輸送機(jī)正常運(yùn)行。
圖1 機(jī)頭四電機(jī)驅(qū)動(dòng)及制動(dòng)裝置示意圖
根據(jù)以上情況,同煤集團(tuán)馬道頭煤礦主斜井皮帶機(jī)采用德國(guó)西伯瑞公司SHI252盤(pán)式制動(dòng)器,共采用四副制動(dòng)頭,制動(dòng)盤(pán)直徑2 200 mm,額定制動(dòng)力矩1280 kNm,數(shù)量2 臺(tái),2 臺(tái)制動(dòng)器安裝在第二三傳動(dòng)滾筒上。如圖1.整體實(shí)際情況如圖2。
圖2 第二、三傳動(dòng)滾筒的盤(pán)閘實(shí)際圖
盤(pán)式制動(dòng)裝置在工作時(shí),壓力油通過(guò)高壓油管進(jìn)入制動(dòng)器的活塞腔,壓縮碟簧間距至0.5 mm~2 mm,直至最后抱死,實(shí)現(xiàn)抱閘。制動(dòng)力矩的產(chǎn)生來(lái)源于油箱的集中供油,油站采用plc 的自動(dòng)控制模式,并與主斜井的主控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。松閘過(guò)程也是皮帶起車的過(guò)程,如果主斜井帶式輸送機(jī)是上行皮帶,必須要在驅(qū)動(dòng)電機(jī)同步啟動(dòng)后的10 s 內(nèi)松開(kāi),甚至?xí)r間更短,這一系列動(dòng)作進(jìn)行至松閘后,碟簧必須保持在3 mm~7 mm 之間,皮帶運(yùn)輸過(guò)程中不能抱住,因此在皮帶運(yùn)行過(guò)程中始終要保持住油壓。
SHI系列盤(pán)式制動(dòng)器的電控油路采用即時(shí)得電工作模式,通過(guò)對(duì)電磁閥的開(kāi)閉控制,進(jìn)而對(duì)制動(dòng)器內(nèi)部的機(jī)械電磁閥進(jìn)行控制。根據(jù)馬道頭煤業(yè)公司大運(yùn)量的實(shí)際情況,采用油路集中供應(yīng)的供油方式。其主要參數(shù)如表2。
表2 SHI252系列制動(dòng)器主要參數(shù)
馬道頭煤業(yè)主斜井盤(pán)式制動(dòng)器配置了2 個(gè)2 200 mm 的制動(dòng)盤(pán),分別安置在第二、三傳動(dòng)滾筒上,每個(gè)制動(dòng)盤(pán)上裝有4 副制動(dòng)副,呈對(duì)角線分布。因此,2 個(gè)制動(dòng)盤(pán)共8個(gè)制動(dòng)頭。而這8個(gè)制動(dòng)頭是采用一個(gè)供油回路的,制動(dòng)時(shí)間可以統(tǒng)一管理。同時(shí)盤(pán)式制動(dòng)器的液壓系統(tǒng)采用瞬時(shí)工作制。根據(jù)帶式輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)間一般較長(zhǎng)的特性(10 h 以上),系統(tǒng)中還設(shè)置了蓄能器和壓力檢測(cè)裝置。
圖3 盤(pán)式制動(dòng)器集中供油示意圖
盤(pán)式制動(dòng)器內(nèi)部主程序工作邏輯:
(1)帶式輸送機(jī)啟動(dòng)信號(hào)發(fā)出后,盤(pán)式制動(dòng)器的液壓油泵電機(jī)同時(shí)開(kāi)啟,電磁閥得電,同時(shí)制動(dòng)頭所連接油管內(nèi)部液壓油開(kāi)始循環(huán),一旦油壓達(dá)到設(shè)定值,系統(tǒng)內(nèi)的油不再經(jīng)此流回油箱。當(dāng)壓力檢測(cè)裝置檢測(cè)到系統(tǒng)壓力達(dá)到設(shè)定壓力時(shí),就會(huì)發(fā)出信號(hào),并在蓄能器內(nèi)部保持。同時(shí)液壓站電機(jī)停止工作。在由蓄能器保壓期間,盤(pán)式制動(dòng)器一直會(huì)處于松閘狀態(tài)。壓力檢測(cè)裝置在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)壓力情況,如過(guò)油壓出現(xiàn)虧欠,液壓油泵電機(jī)就會(huì)開(kāi)啟,實(shí)時(shí)進(jìn)行補(bǔ)壓。
(2)帶式輸送機(jī)停車信號(hào)發(fā)出時(shí),主程序會(huì)檢測(cè)時(shí)正常停機(jī)還是急停制動(dòng),在規(guī)定時(shí)間內(nèi)(正常制動(dòng),是停車信號(hào)后100 s制動(dòng);急停制動(dòng),是停車信號(hào)后8s制動(dòng)),實(shí)行抱閘,整個(gè)過(guò)程是由帶式輸送機(jī)運(yùn)行主程序的運(yùn)行信號(hào)來(lái)決定的。抱閘過(guò)程基本在1 s~2 s 內(nèi)完成。圖4為盤(pán)式制動(dòng)器的電控系統(tǒng)中兩個(gè)電磁閥的電氣原理圖。
圖4 盤(pán)式制動(dòng)器控制系統(tǒng)中兩個(gè)電磁閥的原理圖
假設(shè)盤(pán)式制動(dòng)器處于理想的工作狀態(tài),當(dāng)系統(tǒng)油管內(nèi)部達(dá)到最大的油壓力Pmax時(shí),此時(shí)碟形彈簧的壓縮量較大,碟簧與制動(dòng)輪之間的間隙最大。此時(shí),油壓力與彈簧壓縮量的關(guān)系為:
PmaxA=KXmax,
其中,Pmax為進(jìn)入油缸最大有壓力,單位為:MPa;
A為制動(dòng)油缸的有效面積,單位:mm2;
K為蝶形彈簧的剛度,單位:MPa;
Xmax為蝶形彈簧的最大壓縮量,單位:mm2
當(dāng)系統(tǒng)的油壓力達(dá)到完全制動(dòng)油壓,即系統(tǒng)殘壓,蝶形的壓縮量最小,閘瓦與制動(dòng)輪緊密接觸,產(chǎn)生最大制動(dòng)力,即制動(dòng)狀態(tài):
Fmax=KXmax-pcA,
其中,F(xiàn)max為最大制動(dòng)力,單位:N;
另外,盤(pán)型制動(dòng)裝置產(chǎn)生的最大制動(dòng)力矩還與制動(dòng)器的副數(shù)n,摩擦系數(shù)μ,平均摩擦半徑成正比,與碟形彈簧的剛度K成正相關(guān)。
在馬道頭煤業(yè)主運(yùn)輸皮帶運(yùn)行過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)主運(yùn)輸皮帶在正常停車過(guò)程中,變頻器必須滿慢降速才能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)斷電,否則會(huì)沖擊電壓,所以在變頻驅(qū)動(dòng)中,以1%的幅度慢慢降低皮帶運(yùn)行速度,直至為0。這個(gè)時(shí)間大概需要150 s,在這個(gè)過(guò)程中,盤(pán)式制動(dòng)器必須在速度降到滿速的20%開(kāi)始抱閘。另外,對(duì)于主運(yùn)輸皮帶發(fā)生緊急情況,需要緊急停車時(shí)就采用的是8s內(nèi)完全抱死的狀況,否則就失去了急停的意義,發(fā)生更大的事故。這對(duì)于盤(pán)式制動(dòng)器與主運(yùn)輸通信之間的通訊協(xié)議,提出了更高傳輸要求,因此,德國(guó)西伯瑞公司率先使用了西門(mén)子plc的控制,與主運(yùn)行程序?qū)崿F(xiàn)協(xié)議對(duì)話,保證了運(yùn)行安全可控,滿足了現(xiàn)場(chǎng)使用要求。
通過(guò)比對(duì)8 年來(lái)使用情況,電控系統(tǒng)結(jié)合油路工作,執(zhí)行率100%,沒(méi)有發(fā)生過(guò)一次抱閘失敗,停車不及時(shí)的現(xiàn)象。在平時(shí)的日常維護(hù)中,只要檢修好集中油路系統(tǒng)就可以保證完全的制動(dòng)力,方便保養(yǎng)維護(hù)。每?jī)赡旮鼡Q一組碟簧,也減少了維護(hù)成本。對(duì)于制動(dòng)盤(pán)的防銹處理,只要平時(shí)加強(qiáng)管理就可以避免。因此,對(duì)于液壓電控系統(tǒng)在盤(pán)式制動(dòng)器上的應(yīng)用,對(duì)于現(xiàn)代煤企安全生產(chǎn)是非常有效的。