帶式輸送機(jī)制動系統(tǒng)電氣及液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

原云鋒

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)陽城四侯煤業(yè)有限公司，山西 陽城048108）

引言

帶式輸送機(jī)被廣泛應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)中，在當(dāng)前采煤技術(shù)、綜采設(shè)備自動化水平不斷提升的新形勢下，帶式輸送機(jī)朝著大運(yùn)量、長距離以及大功率的方向發(fā)展，與此同時(shí)對設(shè)備的可靠性提出了更高的要求。帶式輸送機(jī)的可靠性和安全性在很大程度上受制于制動特性，而設(shè)備的制動性能與其制動裝置相關(guān)[1]。本文著重對帶式輸送機(jī)制動裝置的機(jī)械、電氣以及液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1 帶式輸送機(jī)制動裝置的功能要求

制動裝置為任何機(jī)械設(shè)備安全、可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。因此，對于帶式輸送機(jī)而言，為保證帶式輸送機(jī)安全、可靠地運(yùn)行，其制動裝置應(yīng)滿足如下要求：

1）制動裝置可根據(jù)帶式輸送機(jī)的負(fù)載情況、實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整制動力矩，避免由于制動力對系統(tǒng)造成沖擊。因此，要求制動裝置在制動超過過程中其減速度控制在0.1～0.3 m/s2之間。

2）當(dāng)帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過程中遇到突然斷電的情況時(shí)，制動裝置自動切入緊急制動工作狀態(tài)，并可確保設(shè)備安全、平穩(wěn)地停機(jī)。

3）制動裝置具備定車功能，即帶式輸送機(jī)在不運(yùn)行的狀態(tài)下保證設(shè)備處于可靠的制動狀態(tài)。

4）當(dāng)前帶式輸送機(jī)以多電機(jī)驅(qū)動為主，為保證其在制動過程的平穩(wěn)性，在制動過程中需保證各個(gè)電機(jī)制動力矩的平衡。

5）為制動裝置配置閉環(huán)控制系統(tǒng)，保證帶式輸送機(jī)的制動減速度根據(jù)實(shí)時(shí)情況進(jìn)行調(diào)整，避免出現(xiàn)滾筒打滑、飛車或滾料事故的發(fā)生[2]。

除此之外，要求帶式輸送機(jī)制動裝置滿足綜采工作面的防爆要求，并可適應(yīng)工作面惡劣的工作環(huán)境。

2 帶式輸送機(jī)制動裝置機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

針對帶式輸送機(jī)制動裝置的控制要求，為其配置液黏制動裝置為其核心的制動器。液黏制動裝置的主要結(jié)構(gòu)包括有：主動摩擦片、被動摩擦片、控制油路、彈簧、制動軸以及筒體等。

液黏制動裝置的制動原理為依靠黏性液體中的摩擦力矩完成制動過程，而且，液黏制動裝置采用閉式的結(jié)構(gòu)。液黏制動裝置在通過對管路中油壓和彈簧的共同控制下，調(diào)整主動摩擦片和被動摩擦片之間的間隙，從而實(shí)現(xiàn)對帶式輸送機(jī)制動力矩的控制，繼而滿足帶式輸送機(jī)制動裝置的制動要求。此外，液黏制動器還可通過潤滑油對制動過程中產(chǎn)生的熱量進(jìn)行傳遞，從而達(dá)到散熱的效果[3]。

帶式輸送機(jī)的制動效果除了與液黏制動裝置本身的性能相關(guān)外，還有一個(gè)重要因素為液黏制動器的布置位置。一般地可將液黏制動裝置不置于帶式輸送機(jī)的高速軸、中速軸以及低速軸三個(gè)位置。經(jīng)研究可知：將液黏制動裝置布置于高速軸時(shí)所產(chǎn)生的制動力矩遠(yuǎn)小于布置于低速、中速軸的制動力矩。因此，為保證設(shè)備具有大扭矩的制動性能，將液黏制動裝置布置于帶式輸送機(jī)的低速軸、中速軸的位置，如下頁圖1所示。

3 帶式輸送機(jī)制動器液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

對于液黏制動裝置而言，其核心為通過控制管路中的油壓調(diào)整主、被動摩擦片之間的間距，從而實(shí)現(xiàn)對制動力矩可調(diào)的控制目的[4]。因此，液壓制動器涉及到的液壓分系統(tǒng)有供油系統(tǒng)和潤滑油控制系統(tǒng)兩部分。

供油系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)制動力矩可調(diào)的核心，要求其控制系統(tǒng)滿足如下要求：當(dāng)液壓制動油缸的壓力達(dá)到最大值時(shí)，要求供油控制系統(tǒng)將主、被動摩擦片完全分離，要求供油控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)供油壓力最小值到最大值的無級調(diào)速；當(dāng)設(shè)備完成制動操作后，供油控制系統(tǒng)的殘壓應(yīng)盡可能地小，此時(shí)主、被動摩擦片在彈簧的壓力下完成壓緊任務(wù)，為系統(tǒng)提供靜摩擦力矩；當(dāng)設(shè)備在運(yùn)行階段突發(fā)斷電現(xiàn)象時(shí)，供油控制系統(tǒng)可保證設(shè)備平穩(wěn)、安全停機(jī)。根據(jù)上述功能要求，設(shè)計(jì)如圖2所示的液壓控制系統(tǒng)。

圖1 帶式輸送機(jī)制動器布置位置示意圖

圖2 制動裝置液壓控制系統(tǒng)原理圖

如圖2所示，當(dāng)對設(shè)備進(jìn)行停機(jī)操作時(shí)，系統(tǒng)首先啟動潤滑系統(tǒng)，保證制動過程產(chǎn)生的熱量可及時(shí)散去；液壓系統(tǒng)通過控制電液比例溢流閥的電流值降低系統(tǒng)的壓力，隨著系統(tǒng)管路壓力的降低，主被動摩擦片之間的間距減小，對應(yīng)的制動力矩增大，從而實(shí)現(xiàn)對輸送帶制動的效果。當(dāng)制動操作完成后，液壓控制系統(tǒng)控制潤滑泵停機(jī)、電磁換向閥斷電。

當(dāng)設(shè)備遇到突發(fā)斷電現(xiàn)象時(shí)，電磁換向閥停機(jī)回復(fù)至右位。與此同時(shí)，液壓系統(tǒng)在蓄能器的作用下通過調(diào)速閥將系統(tǒng)內(nèi)的油壓慢慢釋放，從而保證設(shè)備能夠平穩(wěn)、安全地停機(jī)。此外，為避免在斷電后制動過程中產(chǎn)生熱量影響設(shè)備性能，選用具有高導(dǎo)熱系數(shù)的65Mn為摩擦片的材料。

4 制動器電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

任何系統(tǒng)的執(zhí)行離不開其電氣控制的控制和決策。對于帶式輸送機(jī)制動器而言，為保障設(shè)備各項(xiàng)制動效果的實(shí)現(xiàn)，需滿足制動器的機(jī)電液一體化控制要求。帶式輸送機(jī)制動器電氣控制系統(tǒng)需滿足如下要求：要求電氣控制系統(tǒng)可保證輸送帶的制動減速度控制在0.1～0.3 m/s2之間；要求電氣控制系統(tǒng)可對制動器相關(guān)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，并對輸送帶超高速、高低速等進(jìn)行速度保護(hù)，防止輸送帶與滾筒之間出現(xiàn)打滑現(xiàn)象；要求電氣控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對帶式輸送機(jī)的跑偏、斷帶、堆煤等常規(guī)保護(hù)動作；要求電氣控制系統(tǒng)配合液壓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在突發(fā)斷電現(xiàn)象下的平穩(wěn)、安全停機(jī)[5]。

制動器電氣控制系統(tǒng)的核心為PLC控制器，基于PLC控制器可實(shí)現(xiàn)對帶式輸送機(jī)制動器的分散控制和集中控制，所選型PLC為S7-200系列。制動器電氣控制系統(tǒng)框圖如圖3所示。

圖3 制動裝置電氣控制系統(tǒng)框圖

如圖3所示，基于PLC控制器對KXJ5-1140控制箱進(jìn)行控制，其控制依據(jù)為各類傳感器所采集到的參數(shù)，控制對象為起動器。帶式輸送機(jī)電氣控制系統(tǒng)涉及到的設(shè)備選型結(jié)果如表1所示。

表1 電氣控制系統(tǒng)設(shè)備選型

5 結(jié)語

帶式輸送機(jī)為綜采工作面的關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，其可靠性和安全性在一定程度上受制于制動裝置的性能。本文以液黏裝置為基礎(chǔ)，以PLC控制器為電氣控制核心，以電液比例控制閥為液壓控制核心完成對帶式輸送機(jī)制動裝置電氣、機(jī)械以及液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為保證帶式輸送機(jī)的平穩(wěn)、安全停機(jī)奠定基礎(chǔ)。