液壓盤式制動(dòng)器在馬道頭煤業(yè)主斜井帶式輸送機(jī)上的應(yīng)用

關(guān) 祥

（晉能控股集團(tuán)有限公司山西大同037000）

0 引言

在現(xiàn)代化煤企中，煤礦主斜井的帶式輸送機(jī)主要采用的是變頻器軟起做驅(qū)動(dòng)，盤式制動(dòng)器做制動(dòng)的基本框架[1-4]。目前市面上的制動(dòng)器動(dòng)力來源主要分為電氣動(dòng)力，機(jī)械力和液壓力等。結(jié)合2018 年《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，采用滾筒驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵守以下規(guī)定：（節(jié)選部分）

第三百七十四條

（四）主要運(yùn)輸巷道中使用的帶式輸送機(jī)，必須裝設(shè)輸送帶張金利下降保護(hù)裝置。

（五）傾斜井巷道內(nèi)使用的帶式輸送機(jī)，上運(yùn)時(shí)，必須裝設(shè)防逆轉(zhuǎn)裝置和制動(dòng)裝置；下運(yùn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)裝設(shè)軟制動(dòng)裝置且必須裝設(shè)放超速保護(hù)裝置。

第三百七十五條

（二）在傾斜井巷中，必須在低速驅(qū)動(dòng)輪上裝設(shè)液控盤式失效安全型制動(dòng)裝置，制動(dòng)力矩與設(shè)計(jì)最大靜拉力差在閘輪上作用力矩之比在2～3 之間；制動(dòng)裝置應(yīng)當(dāng)具備手動(dòng)和自動(dòng)雙重制動(dòng)功能。

1 馬道頭煤業(yè)主斜井帶式輸送機(jī)分析

1.1 馬道頭煤業(yè)基本概況

同煤集團(tuán)馬道頭煤業(yè)的礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力是1 000萬t/a，其所處的地帶屬于地震基本烈度Ⅶ度。馬道頭煤業(yè)礦井生產(chǎn)工作制度是年工作日330 d，日凈運(yùn)行時(shí)間為16 h。

帶式輸送機(jī)是馬道頭煤業(yè)公司主要的運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備，公司主斜井是進(jìn)風(fēng)井，井筒斜長3 040 m，傾角6°。

1.2 馬道頭煤業(yè)主斜井帶式輸送機(jī)及相關(guān)參數(shù)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

表1 馬道頭煤業(yè)主斜井帶式輸送機(jī)參數(shù)

帶式輸送機(jī)頭部卸料，尾部受料，屬于上運(yùn)式帶式輸送機(jī)。在運(yùn)輸機(jī)頭部實(shí)行三滾筒四電機(jī)（三用一備）變頻軟啟動(dòng)方式（圖1）。輸送機(jī)尾部還有自動(dòng)張緊的自控液壓張緊技術(shù)，保證輸送機(jī)正常運(yùn)行。

圖1 機(jī)頭四電機(jī)驅(qū)動(dòng)及制動(dòng)裝置示意圖

根據(jù)以上情況，同煤集團(tuán)馬道頭煤礦主斜井皮帶機(jī)采用德國西伯瑞公司SHI252盤式制動(dòng)器，共采用四副制動(dòng)頭，制動(dòng)盤直徑2 200 mm，額定制動(dòng)力矩1280 kNm，數(shù)量2 臺(tái)，2 臺(tái)制動(dòng)器安裝在第二三傳動(dòng)滾筒上。如圖1.整體實(shí)際情況如圖2。

圖2 第二、三傳動(dòng)滾筒的盤閘實(shí)際圖

2 液壓盤式制動(dòng)器

2.1 西伯瑞公司SHI252盤式制動(dòng)器工作原理及特點(diǎn)

盤式制動(dòng)裝置在工作時(shí)，壓力油通過高壓油管進(jìn)入制動(dòng)器的活塞腔，壓縮碟簧間距至0.5 mm～2 mm，直至最后抱死，實(shí)現(xiàn)抱閘。制動(dòng)力矩的產(chǎn)生來源于油箱的集中供油，油站采用plc 的自動(dòng)控制模式，并與主斜井的主控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。松閘過程也是皮帶起車的過程，如果主斜井帶式輸送機(jī)是上行皮帶，必須要在驅(qū)動(dòng)電機(jī)同步啟動(dòng)后的10 s 內(nèi)松開，甚至?xí)r間更短，這一系列動(dòng)作進(jìn)行至松閘后，碟簧必須保持在3 mm～7 mm 之間，皮帶運(yùn)輸過程中不能抱住，因此在皮帶運(yùn)行過程中始終要保持住油壓。

2.2 相關(guān)參數(shù)

SHI系列盤式制動(dòng)器的電控油路采用即時(shí)得電工作模式，通過對(duì)電磁閥的開閉控制，進(jìn)而對(duì)制動(dòng)器內(nèi)部的機(jī)械電磁閥進(jìn)行控制。根據(jù)馬道頭煤業(yè)公司大運(yùn)量的實(shí)際情況，采用油路集中供應(yīng)的供油方式。其主要參數(shù)如表2。

表2 SHI252系列制動(dòng)器主要參數(shù)

2.3 集中油站供油系統(tǒng)

馬道頭煤業(yè)主斜井盤式制動(dòng)器配置了2 個(gè)2 200 mm 的制動(dòng)盤，分別安置在第二、三傳動(dòng)滾筒上，每個(gè)制動(dòng)盤上裝有4 副制動(dòng)副，呈對(duì)角線分布。因此，2 個(gè)制動(dòng)盤共8個(gè)制動(dòng)頭。而這8個(gè)制動(dòng)頭是采用一個(gè)供油回路的，制動(dòng)時(shí)間可以統(tǒng)一管理。同時(shí)盤式制動(dòng)器的液壓系統(tǒng)采用瞬時(shí)工作制。根據(jù)帶式輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)間一般較長的特性（10 h 以上），系統(tǒng)中還設(shè)置了蓄能器和壓力檢測(cè)裝置。

圖3 盤式制動(dòng)器集中供油示意圖

2.4 電控系統(tǒng)

盤式制動(dòng)器內(nèi)部主程序工作邏輯：

（1）帶式輸送機(jī)啟動(dòng)信號(hào)發(fā)出后，盤式制動(dòng)器的液壓油泵電機(jī)同時(shí)開啟，電磁閥得電，同時(shí)制動(dòng)頭所連接油管內(nèi)部液壓油開始循環(huán)，一旦油壓達(dá)到設(shè)定值，系統(tǒng)內(nèi)的油不再經(jīng)此流回油箱。當(dāng)壓力檢測(cè)裝置檢測(cè)到系統(tǒng)壓力達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，就會(huì)發(fā)出信號(hào)，并在蓄能器內(nèi)部保持。同時(shí)液壓站電機(jī)停止工作。在由蓄能器保壓期間，盤式制動(dòng)器一直會(huì)處于松閘狀態(tài)。壓力檢測(cè)裝置在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)壓力情況，如過油壓出現(xiàn)虧欠，液壓油泵電機(jī)就會(huì)開啟，實(shí)時(shí)進(jìn)行補(bǔ)壓。

（2）帶式輸送機(jī)停車信號(hào)發(fā)出時(shí)，主程序會(huì)檢測(cè)時(shí)正常停機(jī)還是急停制動(dòng)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)（正常制動(dòng)，是停車信號(hào)后100 s制動(dòng)；急停制動(dòng)，是停車信號(hào)后8s制動(dòng)），實(shí)行抱閘，整個(gè)過程是由帶式輸送機(jī)運(yùn)行主程序的運(yùn)行信號(hào)來決定的。抱閘過程基本在1 s～2 s 內(nèi)完成。圖4為盤式制動(dòng)器的電控系統(tǒng)中兩個(gè)電磁閥的電氣原理圖。

圖4 盤式制動(dòng)器控制系統(tǒng)中兩個(gè)電磁閥的原理圖

2.5 制動(dòng)力矩計(jì)算公式

假設(shè)盤式制動(dòng)器處于理想的工作狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)油管內(nèi)部達(dá)到最大的油壓力Pmax時(shí)，此時(shí)碟形彈簧的壓縮量較大，碟簧與制動(dòng)輪之間的間隙最大。此時(shí)，油壓力與彈簧壓縮量的關(guān)系為：

PmaxA=KXmax，

其中，Pmax為進(jìn)入油缸最大有壓力，單位為：MPa；

A為制動(dòng)油缸的有效面積，單位：mm2；

K為蝶形彈簧的剛度，單位：MPa；

Xmax為蝶形彈簧的最大壓縮量，單位：mm2

當(dāng)系統(tǒng)的油壓力達(dá)到完全制動(dòng)油壓，即系統(tǒng)殘壓，蝶形的壓縮量最小，閘瓦與制動(dòng)輪緊密接觸，產(chǎn)生最大制動(dòng)力，即制動(dòng)狀態(tài)：

Fmax=KXmax-pcA,

其中，F(xiàn)max為最大制動(dòng)力，單位：N;

另外，盤型制動(dòng)裝置產(chǎn)生的最大制動(dòng)力矩還與制動(dòng)器的副數(shù)n，摩擦系數(shù)μ，平均摩擦半徑成正比，與碟形彈簧的剛度K成正相關(guān)。

3 實(shí)際使用效果

在馬道頭煤業(yè)主運(yùn)輸皮帶運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)主運(yùn)輸皮帶在正常停車過程中，變頻器必須滿慢降速才能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)斷電，否則會(huì)沖擊電壓，所以在變頻驅(qū)動(dòng)中，以1%的幅度慢慢降低皮帶運(yùn)行速度，直至為0。這個(gè)時(shí)間大概需要150 s，在這個(gè)過程中，盤式制動(dòng)器必須在速度降到滿速的20%開始抱閘。另外，對(duì)于主運(yùn)輸皮帶發(fā)生緊急情況，需要緊急停車時(shí)就采用的是8s內(nèi)完全抱死的狀況，否則就失去了急停的意義，發(fā)生更大的事故。這對(duì)于盤式制動(dòng)器與主運(yùn)輸通信之間的通訊協(xié)議，提出了更高傳輸要求，因此，德國西伯瑞公司率先使用了西門子plc的控制，與主運(yùn)行程序?qū)崿F(xiàn)協(xié)議對(duì)話，保證了運(yùn)行安全可控，滿足了現(xiàn)場(chǎng)使用要求。

通過比對(duì)8 年來使用情況，電控系統(tǒng)結(jié)合油路工作，執(zhí)行率100%，沒有發(fā)生過一次抱閘失敗，停車不及時(shí)的現(xiàn)象。在平時(shí)的日常維護(hù)中，只要檢修好集中油路系統(tǒng)就可以保證完全的制動(dòng)力，方便保養(yǎng)維護(hù)。每兩年更換一組碟簧，也減少了維護(hù)成本。對(duì)于制動(dòng)盤的防銹處理，只要平時(shí)加強(qiáng)管理就可以避免。因此，對(duì)于液壓電控系統(tǒng)在盤式制動(dòng)器上的應(yīng)用，對(duì)于現(xiàn)代煤企安全生產(chǎn)是非常有效的。