劉曉鵬，戚小穎，徐克誠

（1.中平能化集團平煤股份十礦，河南平頂山 467021;2.中平能化集團許平煤業(yè)有限公司，河南平頂山 467500）

鋼纜膠帶液壓制動系統(tǒng)安全技術(shù)改造與優(yōu)化

劉曉鵬1，戚小穎1，徐克誠2

（1.中平能化集團平煤股份十礦，河南平頂山 467021;2.中平能化集團許平煤業(yè)有限公司，河南平頂山 467500）

以十礦己四鋼纜膠帶為實例，以制動性能的可靠性、安全性為目的，通過調(diào)節(jié)液壓站溢流閥的設(shè)定值與改造電機控制方式，達到油泵電機連續(xù)運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)恒壓控制，從而解決了閘間隙過大或過小、電氣控制回路存在殘余電壓的隱患，保證了安全生產(chǎn)。

鋼纜膠帶;制動;溢流閥;閘間隙;殘余電壓;恒壓

Safety Technical Reformation and Optim ization of Steel Belt＇s Hydraulic System

作為現(xiàn)代化礦井的大型乘人運輸設(shè)備，鋼絲繩牽引帶式輸送機具有運送能力大、安全系數(shù)高的優(yōu)點，其每小時可輸送原煤400t，運送人員1125人。十礦己四鋼纜膠帶全長為1600m，平均坡度14.5°，設(shè)計運煤量500t/h，膠帶運行速度:運煤V1= 2.00m/s，運人V2=1.50m/s，驗繩V3=0.5m/s。采用目前國際上先進的防爆交流四象限變頻調(diào)速技術(shù)，采用交—直—交變頻，用4套變頻調(diào)速裝置控制4臺電動機，每套變頻調(diào)速裝置單獨供電，即使其中1臺變頻調(diào)速裝置出現(xiàn)故障，可以將其進行斷電檢修，另外3套系統(tǒng)拖動鋼纜膠帶運轉(zhuǎn)。電控系統(tǒng)通過PLC的A/D模擬量輸入和D/A模擬量的輸出轉(zhuǎn)換，然后經(jīng)PID控制器，經(jīng)控制1和控制2的OUT±給定0～10V電壓，任意調(diào)節(jié)速度反饋信號，實現(xiàn)四象限變頻器同步，解決電機同步問題。

1 液壓盤式閘制動裝置結(jié)構(gòu)及其工作原理

我國礦井制動裝置大多采用液壓盤式閘制動，由液壓站、盤形閘和電控系統(tǒng)組成。其中液壓站是制動系統(tǒng)的驅(qū)動和調(diào)節(jié)壓力機構(gòu)，其穩(wěn)定可靠運行是礦井安全提升的必要保證，其性能和質(zhì)量直接影響設(shè)備和人身的安全。己四鋼纜膠帶使用的液壓站為PY－140B型，是專門為大型膠帶機所配中、高壓制動器配套設(shè)計制造的，和制動器組合成為制動系統(tǒng)，是膠帶機運煤、運人及其設(shè)備安全可靠運行的重要保證。本液壓站采用獨立結(jié)構(gòu)形式，共有2套油泵裝置，2套調(diào)壓及控制閥組，相互獨立、互不影響，都設(shè)置在一個油箱外面，維修時不必揭開油箱蓋就可以處理故障。

1.1 液壓站技術(shù)特征及作用

其制動油最大壓力14MPa，最大輸油量13L/ min，工作油溫不超過65℃，采用22號透平油或者N32抗磨液壓油，蓄能器容積10L，充氮壓力10～12MPa。

液壓站主要功能:

（1）在膠帶機正常運轉(zhuǎn)時，提供一定壓力的液壓油，控制制動器松閘，而在膠帶機正常停車時，可進行安全制動，并根據(jù)實際需要，可以使膠帶機獲得二級制動效果，保證停車平穩(wěn)。

（2）在一般事故狀態(tài)下，進行安全制動，保證停車平穩(wěn)，減少鋼絲繩對繩輪外套的磨損。

（3）在特殊事故狀態(tài)下，可進行緊急制動，使制動器立即抱閘，確保系統(tǒng)安全。

1.2 液壓站工作原理

PY－140B液壓站由工作制動和安全制動兩部分組成 （圖1）。工作制動部分是由油泵、濾油器、大皮囊蓄能器及調(diào)壓部分組成，安全制動部分是由電磁閥、溢流閥及小皮囊蓄能器組成。

工作制動部分原理:系統(tǒng)油壓大小是由調(diào)壓部分來完成的，通過調(diào)節(jié)溢流閥7手柄來確定系統(tǒng)油壓。膠帶機正常工作時，電磁閥 G3，G4，G5，G6，G7，G8處于通電狀態(tài)，壓力油可以進入盤形制動器，使制動器處于開閘狀態(tài)。

正常停車時，為了停車平穩(wěn)，應采用安全制動方式停車，即G3，G4，G7電磁閥立即斷電，G5電磁閥延時斷電。

安全制動部分是由電磁閥G4，G5，G7溢流閥G10、小皮囊蓄能器14等組成。膠帶機正常工作時，通過電磁閥G4，G5，G7及蓄能器14等做好二級制動的準備，一旦膠帶機正常停止，或系統(tǒng)出了故障，其中包括全礦停電，電磁閥G3，G4，G7立即斷電，制動器的壓力油其中一路通過電磁閥G3迅速流到油箱，另一路通過G4經(jīng)過溢流閥10后部分流回油箱，當制動器的油壓降到溢流閥10調(diào)定的壓力時，就不再下降，由蓄能器來維持制動器保持某一油壓值，此時，制動器所具備的制動力矩使膠帶機系統(tǒng)能較好地滿足減速度的要求，經(jīng)過幾秒延時后，直流電磁閥G5延時斷電，蓄能器和制動器的油迅速通過G5回到油箱，此時制動器立即產(chǎn)生近似于膠帶機3倍靜力矩，使膠帶機系統(tǒng)處于全制動狀態(tài)。其二級制動曲線如圖2。

圖1 己四鋼纜液壓制動系統(tǒng)

圖2 二極制動曲線

當任何緊急情況發(fā)生時，A點的油壓迅速降到B點，對應的時間t0為閘瓦的空行程時間，隨后立即降到C點，經(jīng)過t1的時間延長后到達D點，提升系統(tǒng)在D點應停止運行。這時延時閥開始動作，油壓由D點迅速降到E點。此刻，盤形制動器產(chǎn)生近于3倍靜力矩將膠帶機閘住。

2 液壓站存在問題及解決方案

2.1 液壓站存在問題

己四鋼纜膠帶自投入運行以來，其運輸能力得到廣泛認可，但其安全性能也一直受到很大關(guān)注。在安裝初期，液壓系統(tǒng)存在著一些設(shè)計問題，主要表現(xiàn)在以下2個方面:

（1）停車時經(jīng)常出現(xiàn)電磁閥卡閥現(xiàn)象。

（2）壓力控制器調(diào)節(jié)范圍太大，存在著壓力差，造成盤型閘運行時制動閘間隙不固定，下限時蹭閘，上限時閘間隙超限。（《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定:盤型閘閘間隙不能超過2mm）。

2.2 消除殘余電壓

針對電磁閥卡閥現(xiàn)象，經(jīng)過進一步地觀察檢驗后發(fā)現(xiàn)，無論是運行1號液壓站還是運行2號液壓站，相對應的另一套液壓站的電磁閥線圈之間存在著大約50V的殘余電壓，這就使電磁閥釋放不徹底，造成油路不暢通，從而制動閘不能正常投入工作，這嚴重影響了己四鋼纜膠帶的運輸安全性能，帶來了極大的安全隱患，必須予以解決。

經(jīng)過認真分析電控圖 （圖3）后發(fā)現(xiàn)，G3，G4，G7帶電是由于廠家設(shè)計不合理，127V電壓經(jīng)過G6，G3G4G7，G3'G4'G7'，K26（安全繼電器，正常工作時帶電）的常開接點形成閉合回路，從而使線圈兩端具有大約50V的電壓。運行2號液壓站時，1號液壓站的電磁閥G3'，G4'，G7'線圈帶電也是此理。找到原因后，定下了改造方案（圖4）:在原圖紙只有一對K32常開常閉接點控制G6G6'，G3'G4'G7'，G3G4G7電磁閥的基礎(chǔ)上，增加一組K32繼電器的常開常閉接點分別控制電磁閥G3'G4'G7'與G3G4G7。由于K32繼電器只有2組輔助接點，實際需要3組接點，故再與K32繼電器并聯(lián)一個同型號的繼電器K32'，以解決接點不足的問題。

圖3 原電磁閥控制

2.3 實現(xiàn)恒壓控制

己四鋼纜膠帶自投入運行以來，盤形閘間隙一直是受關(guān)注的問題。通過壓力控制器的接點動作控制齒輪泵的自動啟、停，當油壓力等于或大于壓力控制器設(shè)定的壓力上限時，該控制器發(fā)出一個開關(guān)信號，使油泵自動停止;當油壓力小于調(diào)值時（控制器自身有切換壓力差），該控制器發(fā)出一個反向的開關(guān)信號，使泵又自動啟動，這樣就把壓力保持在上下限之間。由于上下限之間壓力差過大，達到3MPa，使得在壓力下限調(diào)節(jié)閘間隙時，隨著壓力緩慢損失，導致閘間隙過小，閘盤與盤形閘塊之間摩擦加劇，也就是所說的“蹭閘”，導致系統(tǒng)運行電流增大，降低了運輸效率，增加了能量損耗;在壓力上限調(diào)節(jié)時，可能造成閘間隙大于《煤礦安全規(guī)程》要求，存在嚴重的安全隱患。

圖4 新電磁閥控制

經(jīng)過研究論證，舍棄壓力控制器，當運行1號液壓站時，按下“制動油泵合”按鈕，1號油泵開始運轉(zhuǎn)，并保持連續(xù)運轉(zhuǎn)，同時改變溢流閥7的作用，重新設(shè)定其溢流值，對其進行恒壓供油，將多余的油壓通過溢流閥流回油箱。這樣就保持了系統(tǒng)壓力的恒定，在此基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)各個盤形閘塊的閘間隙，從而穩(wěn)定了閘間隙，解決了存在的安全隱患。

2.4 安裝冷卻器，降低油溫

采用齒輪泵長轉(zhuǎn)的方式，保持了壓力的恒定，解決了盤形閘間隙的問題，但油泵的長期運轉(zhuǎn)加速了油的循環(huán)，造成了液壓油溫度的升高，甚至接近液壓油的極限溫度65℃。鑒于此情況，設(shè)計安裝了1臺冷卻器 （圖5），把油從油箱內(nèi)抽出，采用水冷方式降低油溫，然后再回到油箱，最終徹底解決了液壓站油溫升高過快的問題。

圖5 改造后液壓制動系統(tǒng)

3 結(jié)束語

液壓站電氣控制及液壓控制方面的改造后，經(jīng)過運轉(zhuǎn)觀察，其空負荷及重負荷運行時電機電流、盤形閘間隙、頻率、正常停車滑行距離、緊急停車滑行距離等指標均符合要求，殘余電壓已經(jīng)消除，液壓站各個電磁閥工作正常，從源頭上解決了盤型閘塊抱閘不徹底、閘間隙不穩(wěn)定的遺留問題，達到安全制動的要求，在實際運行中液壓站溫度降低了11℃左右，取得了良好的運轉(zhuǎn)效果，獲得了巨大的安全效益。

［1］李玉瑾，劉宏斌.改善礦井提升機液壓站制動性能的研究［J］.礦山機械，2000（8）:31－32.

［2］高自正.高性能液壓制動電控系統(tǒng)的研究［J］.礦山機械，2002（10）:55－58.

［3］馮新軍，王麗格，李躍鵬，等.礦井提升機液壓制動系統(tǒng)優(yōu)化改造［J］.煤礦安全，2010（7）:62－64.

［4］王 廣.礦井提升機液壓站的改進［J］.大眾科技，2010 （4）:107，83.

TD534.5

B

1006-6225（2011）04-0086-03

2011－03－14

劉曉鵬 （1983－），男，河南平頂山人，助理工程師，從事機電運輸技術(shù)研究，現(xiàn)任礦機電運輸區(qū)副區(qū)長。

［責任編輯:鄒正立］