張永哲

（山西焦煤汾西礦業(yè)高陽煤礦修舊利廢中心， 山西 孝義 032311）

引言

帶式輸送機因其具有運輸能力強，運行阻力、功耗低，運行平穩(wěn)，控制方便等優(yōu)點被煤礦企業(yè)廣泛應用。制動器是帶式輸送機的關鍵裝置，一般帶式輸送機采用的是KZP型盤式制動器[1]。某礦的皮帶運輸機均采用的是KZP型盤式制動裝置，帶式輸送機在礦井采區(qū)上山（下運）中，常由于KZP型盤式制動裝置液壓系統(tǒng)設計存在缺陷或使用不當而出現(xiàn)飛車、打滑、滾料和閘輪冒火花等事故，并且停電情況下緊急制動會發(fā)生撕帶、滾料事故。因此，亟待對帶式輸送機盤式制動裝置液壓系統(tǒng)進行優(yōu)化，為煤礦的運輸安全提供保障。

1 KZP型盤式制動裝置

圖1為KZP型盤式制動裝置的原理圖。通過輸送帶測速裝置對輸送機的帶速進行實時監(jiān)測，由控制器根據(jù)輸送帶的實時速度發(fā)出電信號調(diào)節(jié)溢流閥來控制液壓系統(tǒng)的出口油壓，進而盤式制動器的油缸壓力也會被改變，制動盤就會產(chǎn)生一個盤向壓力（該壓力與制動力矩正相關），依靠增大或減小制動力矩的反饋控制實現(xiàn)輸送機速度的調(diào)節(jié)[1]。

圖1 KZP型盤式制動裝置的原理圖

1.1 KZP型盤式制動裝置液壓系統(tǒng)分析

圖2為優(yōu)化前盤式制動裝置的液壓系統(tǒng)圖。KZP型盤式制動裝置的最大制動力矩為25 kN·m，最高油壓為6 MPa，最大控制油壓為5.5 MPa，流量為6 L/min。通過對KZP型盤式制動裝置液壓系統(tǒng)進行分析和現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，KZP型盤式制動裝置液壓系統(tǒng)存在如下問題：

1）由于該制動裝置蓄能器的出油口直接連接在主油管路上，但是在實際運行中，蓄能器與電液比例溢流閥在工作頻寬上不同步，導致液壓的響應速度過低，影響到壓力調(diào)節(jié)的速度。

2）該產(chǎn)品的研發(fā)較早，高壓系統(tǒng)的密封技術不夠完善，限制了控制油壓的上限，最高為5.5 MPa，使得電液比油壓的實際調(diào)節(jié)范圍小于設定值。

3）控制系統(tǒng)未將輸送帶的黏彈性考慮在內(nèi)，導致實際速度與設定速度存在差異。

圖2 優(yōu)化前盤式制動裝置的液壓系統(tǒng)圖

1.2 盤式制動裝置液壓系統(tǒng)的功能要求

根據(jù)實際生產(chǎn)的需要，盤式制動裝置液壓系統(tǒng)有如下功能要求：

1）由于制動力矩與油壓具有正比例的關系，因此液壓系統(tǒng)的油壓能實現(xiàn)無極調(diào)節(jié)。

2）液壓系統(tǒng)必須設有應急動力，在出現(xiàn)停電事故時，管路中油壓不會迅速下降。應急動力源在出現(xiàn)停電事故時才會工作，避免在正常供電時，主油路的油壓過高，出現(xiàn)油壓調(diào)節(jié)滯后的情況。

3）一旦出現(xiàn)停電事故，液壓油缸內(nèi)的壓力必須在規(guī)定時間內(nèi)降低至閉閘壓力，同時液壓油迅速流回到液壓油箱，保證盤式制動器施閘空動時間不得大于0.3s。

2 盤式制動裝置液壓系統(tǒng)的優(yōu)化

優(yōu)化后的液壓系統(tǒng)采用主、備雙回路設計，可以保證系統(tǒng)的可靠性，同時增加了蓄能器和壓力變送器。其中采用蓄能器作為應急動力源，增加一個壓力變送器對管路中的油壓信息進行采集。圖3所示為優(yōu)化后的液壓系統(tǒng)原理圖。

圖3 優(yōu)化后的液壓系統(tǒng)原理圖

優(yōu)化后液壓系統(tǒng)的工作原理：

1）啟動。首先控制蓄能器進行充液，電液比例溢流閥的電流緩慢增加，此刻電磁換向閥8、10于左位工作。在壓力變送器檢測到蓄能器的油壓超過9 MPa時，控制電磁換向閥11于左位工作，蓄能器充液完畢，隨后油壓迅速降至殘壓pv。啟動系統(tǒng)，電磁換向閥8、11被通電于左位工作，電磁換向閥10斷電于右位工作，此刻管路中的油壓迅速升至系統(tǒng)的最大工作壓力pmax，制動器盤閥的間隙為1.5 mm，帶式輸送機可在人為控制下開始運轉(zhuǎn)。

2）制動。電磁換向閥8和11在進行制動時于左位工作，電磁換向閥10一直于右位工作。完成制動操作后，電磁換向閥12通電于左位工作，蓄能器內(nèi)的液壓油迅速回流，因此蓄能器內(nèi)的油壓會迅速降至充氣狀態(tài)下的p0，通過此種設計保證即使出現(xiàn)停電事故處于負載下的帶式輸送機也不會發(fā)生滑移。

3）突然停電。當管路中的油壓上升至閉閘油壓p1溢流閥16打開。但出現(xiàn)停電事故時，電磁換向閥8、11、12均于左位工作，制動器中一小部分的液壓油流到蓄能器，大部分依次經(jīng)過電磁換向閥10，電磁換向閥8和溢流閥16流至油箱，在0.3 s的時間內(nèi)盤式制動器完成空行程。然后蓄能器內(nèi)液壓油通過電磁換向閥11，電磁換向閥8和調(diào)速閥17流出，皮帶運輸機的制動力矩平穩(wěn)下降，避免在緊急制動時發(fā)生撕帶、滾料事故。

3 液壓站設計

液壓站主要包括液壓泵、電機、電液比例溢流閥、蓄能器、調(diào)速閥和液壓管路。

3.1 液壓站主要參數(shù)確定

液壓站的主要參數(shù)包括系統(tǒng)最高工作壓力pmax，開閘油壓pl、閉閘油壓pc、系統(tǒng)殘壓pv和最大工作流量qmax等。

1）系統(tǒng)最高工作壓力pmax。將盤式制動器全開時制動器與制動盤之間的間隙達到最大時系統(tǒng)的油壓。為保證液壓系統(tǒng)的可靠性，采用工作壓力上限更高的ZDQ25型盤式制動裝置，ZDQ25型盤式制動裝置的最高工作壓力pmax=9.9 MPa。

2）開閘油壓pl和閉閘油壓pc。將盤式制動器松閘時，制動盤和閘襯接觸間隙為零時油壓稱為開閘油壓；將制動盤與閘襯接觸但制動力為零時的油壓稱為閉閘油壓[2]。一般認為開閘油壓和閉閘油壓相等，因此ZDQ25型盤式制動裝置的開閘油壓和閉閘油壓均為8.92 MPa。

3）系統(tǒng)殘壓Pv。將電液比例溢流閥輸入電流信號為零時的油壓稱為系統(tǒng)殘壓。根據(jù)相關要求，ZDQ25型盤式制動裝置的系統(tǒng)殘壓不得高于0.5 MPa。

4）最大工作流量qmax。為保證盤式制動器松閘時能在1 s內(nèi)迅速完成1.5 mm的退閘，要求系統(tǒng)最大工作流量達到5 L/min。

3.2 液壓泵和電機的選取

由于煤礦井下油污較多，而且不易檢修，因此采用檢修方便、耐油污的CBWE306ALP齒輪泵。此型號泵的額定壓力為16 MPa，排量6 mL/r，額定轉(zhuǎn)速為2 500 r/min。選用轉(zhuǎn)速n=960 r/min的驅(qū)動電機。泵的流量qr為：

式中：D為液壓泵的排量，mL/r，取6 mL/r；n為驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，r/min，取960 r/min；ρ為液壓泵的容積效率，取0.9。

經(jīng)過計算，泵的流量qr為5.184 L/min，大于最大工作流量5 L/min。

3.3 液壓管道管徑的確定

液壓管路的內(nèi)徑Φ為：

式中：qr為泵的流量，m3/min，取 5.184×10-3m3/min；v為管路中液壓油的流速，m/s，取1 m/s。

經(jīng)過計算液壓管路的內(nèi)徑Φ為10.49 mm。根據(jù)相關標準，選用內(nèi)徑為12 mm的吸油管。

3.4 電液比例溢流閥的選型

液壓系統(tǒng)通過電液比例溢流閥完成對油壓的無極調(diào)節(jié)。由于液壓泵的最大流量為5.184 L/min，考慮到節(jié)約成本，采用dBY-E6C隔爆型直動式電液比例溢流閥。該閥最大可調(diào)壓力為16 MPa，額定流量為6 L/min。

3.5 蓄能器與調(diào)速閥的選型

當出現(xiàn)停電事故時，應急制動回路開始工作。應急制動回路包括調(diào)速閥和蓄能器。因為，回流到蓄能器的液壓油量較少，選用容量較小的蓄能器。本設計采用NXQA-0.63/10-L型蓄能器，其容量為0.63 L，最大壓力為10 MPa。為保證在10 s內(nèi)實現(xiàn)制動，采用2FRM6B76-L3X/3QM型調(diào)速閥。該閥的最大通過流量為3 L/min，滿足制動時間要求。

4 現(xiàn)場應用

將優(yōu)化后的盤式制動裝置和設計的液壓站投入生產(chǎn)使用，在為期6個月的工業(yè)實驗中，帶式輸送機在正常供電情況下沒有由于制動操作發(fā)生一起飛車、打滑、滾料和閘輪冒火花等事故。期間出現(xiàn)了2起突然停電事故，但在停電期間帶式輸送機沒有因為突然失去動力源緊急制動發(fā)生撕帶、滾料事故。因此，對帶式輸送機盤式制動裝置液壓系統(tǒng)的優(yōu)化有效。

5 結(jié)論

根據(jù)帶式輸送機制動液壓系統(tǒng)的要求，結(jié)合盤式制動裝置液壓系統(tǒng)存在的不足，對液壓系統(tǒng)進行了采用主、備雙回路的優(yōu)化，并對液壓站的關鍵元件進行了選型，在滿足帶式輸送機制動需要的同時，提高了帶式輸送機的可靠性。