淺析帶式輸送機(jī)盤式制動(dòng)器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：分析了常用制動(dòng)器的工作原理和控制要求，并結(jié)合帶式輸送機(jī)盤式制動(dòng)器運(yùn)行中存在的問題，提出了解決方案，增加了不間斷電源模塊和中間繼電器，避免了盤式制動(dòng)器因斷電而導(dǎo)致突然失去液壓無法進(jìn)行制動(dòng)的問題，保證了系統(tǒng)工作電源的穩(wěn)定性和可靠性;對(duì)盤式制動(dòng)器控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，保證了帶式輸送機(jī)能夠軟停車，實(shí)現(xiàn)了可控制動(dòng)。

關(guān)鍵詞：盤式制動(dòng)器;控制系統(tǒng);可控制動(dòng);軟停車

0? ? 引言

帶式輸送機(jī)制動(dòng)器通常情況下分為兩種：盤式制動(dòng)器和電力推桿式制動(dòng)器，前者對(duì)應(yīng)的制動(dòng)力矩較大，安裝于低速軸，后者制動(dòng)力矩較小，安裝于高速軸?，F(xiàn)有大多數(shù)煤礦大型帶式輸送機(jī)均采用盤式制動(dòng)器，而多數(shù)情況下，正常停車和控制系統(tǒng)斷電均為直接抱閘，久而久之，就會(huì)對(duì)帶式輸送機(jī)產(chǎn)生很大的機(jī)械沖擊，甚至可能會(huì)導(dǎo)致斷帶事故發(fā)生。因此，盤式制動(dòng)器控制系統(tǒng)的可靠性以及制動(dòng)力的可控性就變得尤為重要。

1? ? 液壓盤式制動(dòng)器工作原理

液壓制動(dòng)方式相對(duì)于其他制動(dòng)方式而言，有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，譬如，液壓制動(dòng)方式可以直接對(duì)主機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)來說又比較簡(jiǎn)單，造價(jià)也不是很高，而且液壓制動(dòng)裝置在低速時(shí)關(guān)停帶式輸送機(jī)的機(jī)能也比較好，液壓制動(dòng)工作時(shí)的穩(wěn)定性比較高[1]。如圖1所示，盤式制動(dòng)裝置的制動(dòng)力矩是由閘瓦與制動(dòng)盤摩擦而產(chǎn)生的，因此，調(diào)節(jié)閘瓦對(duì)制動(dòng)盤的正壓力即可改變制動(dòng)力，而制動(dòng)器的正壓力大小與液壓系統(tǒng)的控制油壓成比例。

液壓盤式制動(dòng)器是通過調(diào)節(jié)液壓泵的壓力來工作的，而想要液壓泵輸出力矩，需要用電動(dòng)機(jī)去驅(qū)動(dòng)液壓泵產(chǎn)生阻尼力矩，針對(duì)下運(yùn)帶式輸送機(jī)，當(dāng)液壓泵輸出的阻尼力矩大于貨物沿輸送帶的下滑分力時(shí)，便可以對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行制動(dòng)[2]。也可以通過改變液壓泵的排油流量及液壓力大小，對(duì)阻尼力矩進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。機(jī)械設(shè)備正常工作時(shí)，油壓達(dá)最大值，此時(shí)正壓力為0，并且閘瓦與制動(dòng)盤間留有1～1.5 mm的間隙，即制動(dòng)閘處于松閘狀態(tài)。當(dāng)機(jī)械設(shè)備需要制動(dòng)時(shí)，電液擴(kuò)能改造系統(tǒng)將根據(jù)工況發(fā)出控制指令，使制動(dòng)裝置按照預(yù)定的程序自動(dòng)減小油壓以達(dá)到制動(dòng)要求。

2? ? 液壓盤式制動(dòng)系統(tǒng)的控制要求

液壓盤式制動(dòng)系統(tǒng)的控制要求主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）具備在各種工況下均能可靠停車的性能。在供電系統(tǒng)忽然斷電或制動(dòng)系統(tǒng)故障時(shí)，能夠及時(shí)上傳相關(guān)信息，并能配合帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)完成在各種突發(fā)情況下的可靠停車。

（2）制動(dòng)力矩是可控的。由于下運(yùn)時(shí)，帶式輸送機(jī)的載重和傾角不同，對(duì)應(yīng)需要的制動(dòng)力矩也會(huì)不同，此時(shí)若啟動(dòng)下運(yùn)帶式輸送機(jī)，為了解決下運(yùn)超速溜車的問題，常常需要制動(dòng)裝置配合預(yù)制一定的反向力矩，作為輸送機(jī)下滑的阻力，從而實(shí)現(xiàn)下運(yùn)帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)[3]。針對(duì)這種情況，就需要制動(dòng)力矩可控，并能根據(jù)工況的變化而設(shè)定。

（3）避免在制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)打滑狀況。制動(dòng)裝置在對(duì)帶式輸送機(jī)進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，如果制動(dòng)裝置輸出的制動(dòng)力矩太大，就有可能會(huì)導(dǎo)致輸送帶出現(xiàn)打滑的情況，制動(dòng)不起作用，甚至?xí)饑?yán)重的生產(chǎn)安全事件。

3? ? 液壓盤式制動(dòng)器控制系統(tǒng)的改進(jìn)

結(jié)合以上分析，并結(jié)合煤礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況及某礦井實(shí)際發(fā)生的故障，對(duì)常規(guī)液壓盤式制動(dòng)器控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

（1）制動(dòng)器PLC控制箱電源模塊增設(shè)不間斷電源（UPS），避免在液壓制動(dòng)時(shí)忽然發(fā)生斷電事故，液壓制動(dòng)裝置因斷電而導(dǎo)致突然失去液壓無法進(jìn)行制動(dòng)。

在供電系統(tǒng)正常供電時(shí)，UPS還可以充當(dāng)輔助電源，同時(shí)也可以對(duì)供電系統(tǒng)供應(yīng)電源的電壓和頻率進(jìn)行穩(wěn)定，然后再提供給負(fù)荷使用，供電系統(tǒng)在此期間對(duì)UPS中蓄電池進(jìn)行充電;在供電系統(tǒng)突然斷電或供電質(zhì)量較差時(shí)，UPS備用電源立即投運(yùn)，將蓄電池內(nèi)存儲(chǔ)的電能經(jīng)過逆變之后供給負(fù)載使用，使PLC維持正常工作，以保存資料并保護(hù)設(shè)備，保證了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性。

（2）增設(shè)中間繼電器，將制動(dòng)裝置斷電故障信號(hào)傳輸至主控系統(tǒng)，并使主控系統(tǒng)做出相應(yīng)處理。在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)改進(jìn)后的系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，保證系統(tǒng)能夠可靠工作。

（3）改造制動(dòng)器控制系統(tǒng)，保證帶式輸送機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)軟停車及可控制動(dòng)。

首先要說明的是，要想實(shí)現(xiàn)可控制動(dòng)，也要對(duì)液壓制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造進(jìn)行改進(jìn)，本文只闡述相應(yīng)控制系統(tǒng)的改進(jìn)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)改造后控制系統(tǒng)的程序及參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。在正常停車過程中，通過速度傳感器檢測(cè)到帶式輸送機(jī)速度為0.8 m/s時(shí)，控制制動(dòng)系統(tǒng)抱閘，此時(shí)控制電液比例節(jié)流閥緩慢卸壓;在緊急停車過程中，檢測(cè)到速度為0.5 m/s時(shí)，控制制動(dòng)系統(tǒng)抱閘，此時(shí)控制電液比例節(jié)流閥快速卸壓;當(dāng)制動(dòng)系統(tǒng)斷電時(shí)，控制系統(tǒng)按照正常停車動(dòng)作。

4? ? 控制系統(tǒng)的程序及參數(shù)設(shè)定

制動(dòng)器控制系統(tǒng)松閘程序如圖2所示。

輸送帶張緊正常則指示燈亮，此時(shí)允許啟動(dòng)制動(dòng)閘。給出制動(dòng)閘開信號(hào)，制動(dòng)閘打開后，反饋回閘開信號(hào)，允許啟動(dòng)變頻器。制動(dòng)器控制系統(tǒng)斷電時(shí)按正常停車執(zhí)行，停車時(shí)間60 s。

停車程序?yàn)椋喊聪聨捷斔蜋C(jī)停止按鈕后為正常軟停車，停車時(shí)間設(shè)置為60 s，輸送帶速率為0.8 m/s時(shí)主動(dòng)抱閘。急停車時(shí)的設(shè)置為：按下控制臺(tái)上的急停按鈕則為急停車，通過自由慣性停車，因輸送帶上承載貨物因素的不確定，停車時(shí)間也不能夠確定，輸送帶速率為0.5 m/s時(shí)主動(dòng)抱閘。

5? ? 結(jié)語

本文對(duì)常規(guī)液壓盤式制動(dòng)器液壓工作原理和控制要求進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過程中存在的問題提出了很好的解決方案，最后完成了控制系統(tǒng)程序和參數(shù)設(shè)定，并對(duì)改進(jìn)后的系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的程序調(diào)試，驗(yàn)證了改進(jìn)后的方案提高了系統(tǒng)可靠性，為解決此類問題提供了一定的參考。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 荊棟.基于模糊控制的下運(yùn)帶式輸送機(jī)液壓制動(dòng)系統(tǒng)的研究[D].西安：西安科技大學(xué)，2005.

[2] 吳平平.基于ARM的下運(yùn)帶式輸送機(jī)液壓制動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制研究[D].西安：西安科技大學(xué)，2007.

[3] 李紀(jì)，池鳳山.煤礦機(jī)電事故分析與預(yù)防[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1994.

收稿日期：2019-11-28

作者簡(jiǎn)介：史志紅（1988—），男，江蘇徐州人，工程碩士，工程師，從事煤礦電氣設(shè)計(jì)工作。