常 青

（襄垣縣王橋鎮(zhèn)五陽(yáng)煤礦，山西 長(zhǎng)治 046205）

0 引 言

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

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

針對(duì)以上制動(dòng)裝置存在的問(wèn)題，我們開(kāi)發(fā)研制了一種基于液壓調(diào)速的下運(yùn)式帶式輸送機(jī)軟制動(dòng)系統(tǒng)。

1 軟制動(dòng)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(dòng)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(cè)裝置組成，圖1為該制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。帶安裝架的剎車泵與被制動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)的高速軸（要求用雙出軸電動(dòng)機(jī)或雙輸入軸減速器）通過(guò)彈性聯(lián)軸節(jié)連接和定位；轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置安裝在泵架上，連接泵軸的對(duì)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(dòng)機(jī)械系統(tǒng)的電控室，并與轉(zhuǎn)速檢測(cè)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(dòng)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(dāng)DT2失電時(shí)、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(dāng)于被制動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)工況；當(dāng)DT2失電、DT1得電時(shí)，系統(tǒng)處于制動(dòng)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(kāi)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(dòng)力矩逐步增加，以便使被制動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)具有平穩(wěn)、可靠的制動(dòng)過(guò)程。安全閥13起到安全保護(hù)作用，當(dāng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)失效時(shí)，起到安全保護(hù)作用使液壓系統(tǒng)不致?lián)p壞。

圖1 液壓調(diào)速軟制動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 液壓調(diào)速安全制動(dòng)系統(tǒng)原理圖

另外液壓系統(tǒng)具有壓力檢測(cè)功能，當(dāng)液壓系統(tǒng)工作失常，系統(tǒng)壓力高于調(diào)定最高壓力時(shí)，PLC會(huì)發(fā)出信號(hào)使聲光報(bào)警器發(fā)出報(bào)警，此時(shí)工作人員應(yīng)及時(shí)停車。故障排除后方可重新啟動(dòng)。

2 制動(dòng)力矩計(jì)算

以某礦的下運(yùn)帶式輸送機(jī)為例，采用相應(yīng)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行制動(dòng)力矩的計(jì)算。經(jīng)預(yù)算，在額定輸送機(jī)的條件下，膠帶輸送機(jī)的運(yùn)行阻力是負(fù)值，使帶式輸送機(jī)處于發(fā)電反饋運(yùn)行狀態(tài)，按設(shè)計(jì)要求，此時(shí)運(yùn)行阻力系數(shù)（等速或制動(dòng)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(dá)到最佳，提高結(jié)構(gòu)的整體性能。把每個(gè)構(gòu)件都放在總體架構(gòu)環(huán)境中考慮，使每個(gè)構(gòu)件和其他構(gòu)件合理連接，達(dá)到規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，保持整體結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)一致性,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的最大效能。

2.1 運(yùn)行阻力計(jì)算

1）上分支運(yùn)行阻力：

2）下分支運(yùn)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(yùn)行阻力：F=F1+F2+F3+F'=-89 805.31 N.

6）空載運(yùn)行阻力：

空載運(yùn)行時(shí)，運(yùn)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(dòng)質(zhì)量；q''每米四程輥轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量；L'為輸送機(jī)長(zhǎng)度；g為重力加速度；β為傾角系數(shù)。

2.2 功率計(jì)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(dòng)部分相對(duì)較小，在這里忽略不計(jì)。

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(dòng)力矩計(jì)算

1）有載時(shí)起動(dòng)出現(xiàn)負(fù)功率：起動(dòng)加速度a=0.1～0.3 m/s2.

起動(dòng)時(shí)間t=10～30 s.

2）停車制動(dòng)時(shí)：制動(dòng)減速度a=0.1～0.3 m/s2；制動(dòng)時(shí)間t=10～20 s.

3）所需制動(dòng)力矩：

當(dāng)制動(dòng)減速度取a=0.2m/s2時(shí)，制動(dòng)停車時(shí)間小于15 s，經(jīng)計(jì)算實(shí)際的最大制動(dòng)力矩為3 874 N·m，取1.5倍的安全系數(shù)，則最大制動(dòng)為5 811 N·m。根據(jù)上述計(jì)算，確定液壓調(diào)速軟制動(dòng)器的型號(hào)及數(shù)量來(lái)滿足帶式輸送機(jī)制動(dòng)時(shí)對(duì)制動(dòng)力矩的要求。

3 結(jié) 論

通過(guò)在煤礦中的使用表明，該液壓調(diào)速軟制動(dòng)器達(dá)到了預(yù)期的目的，能夠滿足下運(yùn)帶式輸送機(jī)軟制動(dòng)的要求，保證煤礦的安全生產(chǎn)；對(duì)煤礦長(zhǎng)距離、大功率和較大傾角的下運(yùn)帶式輸送機(jī)的軟制動(dòng)系統(tǒng)具有一定的應(yīng)用價(jià)值，具有很好的發(fā)展前景[4]。主要有以下特點(diǎn)：

1）通過(guò)PID閉環(huán)控制，制動(dòng)力矩隨負(fù)載變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)防抱死驅(qū)動(dòng)滾筒的制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了帶式輸送機(jī)無(wú)摩擦副下運(yùn)制動(dòng)；2)液壓調(diào)速軟制動(dòng)器采用了非制動(dòng)工況少發(fā)熱、少磨損的制動(dòng)技術(shù)，使得制動(dòng)系統(tǒng)在自然冷卻的條件下，不存在發(fā)熱問(wèn)題；3)液壓調(diào)速軟制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)了大流量高壓力調(diào)速制動(dòng)，突破了液壓制動(dòng)不能實(shí)現(xiàn)低速制動(dòng)的禁區(qū)；4)設(shè)有壓力，流量觀察裝置和退出制動(dòng)的旁路控制，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，便于使用維護(hù)。

[1]張媛.大功率下運(yùn)帶式輸送機(jī)的制動(dòng)技術(shù)[J].煤礦機(jī)械,2002(4):4-7.

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

[3]李軍霞,王文,寇子明.下運(yùn)帶式輸送機(jī)制動(dòng)技術(shù)研究[J].煤礦機(jī)械,2008(5):110-111.

[4]白霄.長(zhǎng)距離大功率下運(yùn)帶式輸送機(jī)制動(dòng)方案選擇[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2009(8):61-63.