帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的安全控制研究

朱履貝

（山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000）

引言

綜采工作面的運(yùn)輸設(shè)備主要包括有帶式輸送機(jī)、提升機(jī)以及絞車等。帶式輸送機(jī)與其他運(yùn)輸設(shè)備相比較具有運(yùn)量大、運(yùn)輸距離長等優(yōu)勢，故被廣泛應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)中。帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸效率和安全性直接決定綜采工作面的運(yùn)輸能力，從而影響整個綜采工作面的生產(chǎn)能力。因此，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)安全、可靠的控制功能對保障工作面生產(chǎn)能力和效率具有重要意義[1]。因此，以帶式輸送機(jī)下滑失速的問題為出發(fā)點(diǎn)對其安全控制系統(tǒng)展開研究，并對應(yīng)對其制動系統(tǒng)提出優(yōu)化方案。具體闡述如下：

1 帶式輸送機(jī)概述

1.1 帶式輸送機(jī)參數(shù)分析

本文所研究帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸能力為500 t/h，所處工作面煤層的平均傾角為17°。經(jīng)現(xiàn)場勘測，在實(shí)際運(yùn)輸過程中帶式輸送機(jī)所運(yùn)輸煤料的密度為0.95 t/m3，輸送帶寬度為1 m，輸送帶平均運(yùn)輸速度為2 m/s，輸送帶驅(qū)動輪的直徑為3 500 mm，導(dǎo)向滾筒的直徑為2 500 mm。為保證該帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸能力能夠滿足實(shí)際運(yùn)輸需求，為其配置兩臺電動機(jī)。

1.2 帶式輸送機(jī)制動器概述

制動器為保證帶式輸送機(jī)安全、可靠運(yùn)行的關(guān)鍵部件。目前，應(yīng)用于帶式輸送機(jī)制動器的類型包括有瓦塊式制動器和盤式制動器[2]。其中，瓦塊式制動器主要是通過瓦塊壓緊增強(qiáng)制動輪上的摩擦力實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的制動操作。盤式制動器為當(dāng)前帶式輸送機(jī)常用制動裝置，其主要通過液壓力提供了壓緊力將閘瓦與制動盤壓緊，依靠摩擦力實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的制動[3]。根據(jù)盤式制動器的安裝位置將其分為前置閘瓦制動器和后置閘瓦制動器，其結(jié)構(gòu)分別如圖1-1、1-2所示。

圖1 前置和后置盤式制動器結(jié)構(gòu)示意圖

2 帶式輸送機(jī)制動器現(xiàn)狀

本文所研究帶式輸送機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的核心為變頻器與交流調(diào)速電機(jī)組成，為保證輸送帶兩側(cè)鋼絲繩的張緊力處于相對平衡狀態(tài)，在輸送帶中間安裝機(jī)械動式差動器。帶式輸送機(jī)所配置的驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

目前，為該帶式輸送機(jī)所配置制動器的具體型號為KZP2000-283-1，該制動器能夠?yàn)檩斔蛶峁┳銐虻闹苿恿?。?jīng)核算可知，當(dāng)設(shè)備在滿載狀態(tài)下正常停機(jī)時(shí)需278.607 kN·m的制動力，而所配置制動器可提供的制動力為283 kN。

圖2 帶式輸送機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸人員時(shí)，雖然該制動器制動力能夠滿足穩(wěn)定制動要求。但是，當(dāng)輸送機(jī)由于運(yùn)輸人員過多時(shí)出現(xiàn)下滑失速的問題，只能通過調(diào)整設(shè)備的制動力對運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整，其效率非常低[4]。因此，急需對帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的制動器進(jìn)行改造。

3 帶式輸送機(jī)制動器改造

鑒于帶式輸送機(jī)運(yùn)輸過程中出現(xiàn)下滑失速問題只能通過停機(jī)調(diào)整制動力解決失速的問題。因此，本節(jié)將對制動器的液壓制動系統(tǒng)進(jìn)行改造。

3.1 制動器改造方案

針對上述問題，本節(jié)針對性的提出三種改造方案，具體闡述如下：

制動改造方案一：為原帶式輸送機(jī)制動器的液壓控制系統(tǒng)增設(shè)三位四通電磁換向閥和電磁比例溢流閥實(shí)現(xiàn)對設(shè)備在制動階段制動力的實(shí)時(shí)調(diào)整和控制，以確保設(shè)備平穩(wěn)停機(jī)。

制動改造方案二：在原帶式輸送機(jī)制動液壓控制系統(tǒng)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上為其增加二位三通電磁換向閥和二位四通換向閥實(shí)現(xiàn)對帶式輸送機(jī)運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)切換，并通過電磁比例溢流閥介質(zhì)流速的控制實(shí)現(xiàn)對輸送帶運(yùn)行速度的直接控制。

制動方案三：在原帶式輸送機(jī)制動液壓控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上為其增加二位三通電磁換向閥和二位四通電磁換向閥實(shí)現(xiàn)對帶式輸送機(jī)運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)切換，并通過電磁比例溢流閥對盤式制動器閘瓦壓緊力進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對制動系統(tǒng)制動力的實(shí)時(shí)調(diào)整控制的目的，最終實(shí)現(xiàn)對輸送帶速度的實(shí)時(shí)控制。

3.2 三種制動改造方案對比分析

對比上述三種改造方案可知，改造方案一主要采用三位四通換向閥對設(shè)備進(jìn)行改造控制，而方案二、方案三采用二位換向閥對設(shè)備進(jìn)行改造控制，考慮到二位換向閥的可靠性高于三位換向閥，首先排除采用改造方案一對帶式輸送機(jī)液壓制動系統(tǒng)進(jìn)行改造。

對比方案二、方案三可知：方案二中采用壓力表對液壓系統(tǒng)中的壓力進(jìn)行控制；而方案三種采用專用蓄能器為系統(tǒng)提供介質(zhì)，從而在系統(tǒng)進(jìn)行制動操作時(shí)也可保證整個系統(tǒng)壓力平衡[5]?？紤]到，專用蓄能器充液的便捷性和穩(wěn)定性。最終選擇方案三對當(dāng)前制動器液壓系統(tǒng)進(jìn)行改造，其對應(yīng)的液壓原理如圖3所示。

3.3 制動液壓系統(tǒng)元器件的選型及控制方案的設(shè)計(jì)

3.3.1 液壓元器件的選型

結(jié)合帶式輸送機(jī)制動需求及核算，為對關(guān)鍵液壓元件進(jìn)行選型設(shè)計(jì)。

圖3 制動液壓系統(tǒng)原理圖

1）液壓泵的選型。液壓泵的主要功能是為系統(tǒng)閘瓦制動器提供足夠的液壓油，保證系統(tǒng)具有足夠的制動力。根據(jù)當(dāng)前帶式輸送所選型制動器的相關(guān)參數(shù)，其在正常制動過程中所需液壓油的體積為115 mL。為了保證帶式輸送機(jī)制動器的響應(yīng)速度滿足制動要求，避免制動滯后或延時(shí)導(dǎo)致事故的發(fā)生，要求液壓油在很短的時(shí)間內(nèi)充滿制動器，一般要求液壓油充滿時(shí)間不得超過1 s。因此，要求液壓泵的流量最小為115 mL/s。

結(jié)合上述要求，并與市面液壓泵的參數(shù)相比對擬選用型號為1PF2G2-4X的液壓齒輪泵，該齒輪泵的設(shè)計(jì)排量值為5.5 mL/r，額定轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，根據(jù)如式（1）所示的公式計(jì)算該液壓齒輪泵的額定流量：

式中：q為液壓齒輪泵的額定流量；V為液壓齒輪泵的排量，取5.5 mL/r；n為液壓齒輪泵的額定轉(zhuǎn)速，取1 500 r/min；η為液壓齒輪泵的容積效率，取90%。

經(jīng)計(jì)算可得，所選型液壓齒輪泵的額定流量為123.75 mL/s，滿足最小流量為115 mL/s的要求。

2）溢流閥的選型。帶式輸送機(jī)安全控制系統(tǒng)溢流閥的主要作用是限壓保護(hù)，其避免系統(tǒng)在超過額定壓力運(yùn)行導(dǎo)致事故的發(fā)生。本文主要對整個系統(tǒng)中發(fā)揮限壓保護(hù)和對蓄能器發(fā)揮限壓保護(hù)的溢流閥進(jìn)行選型。經(jīng)分析整個系統(tǒng)的工作壓力和蓄能器的工作壓力，選用溢流閥的具體型號為DBDS6G，該型號溢流閥由北京華德公司生產(chǎn)，其工作時(shí)所調(diào)定的額定壓力為10 MPa，對應(yīng)所能保護(hù)的最大壓力為31.5 MPa。

3）換向閥的選型。根據(jù)系統(tǒng)要求，換向閥的種類包括有二位三通換向閥和二位四通換向閥。其中，對于二位三通換向閥其對應(yīng)腔體的壓力為16 MPa，對于二位四通換向閥其對應(yīng)腔體的壓力為14 MPa。結(jié)合當(dāng)前市面換向閥的產(chǎn)品參數(shù)，為方便產(chǎn)品采購二位三通和二位四通換向閥均選用3WE6A50系列換向閥。

除此之外，蓄能器和沖液閥為配套使用的兩個液壓元器件。根據(jù)整個系統(tǒng)的壓力需求，所選用蓄能器的型號為NXQ-B；對應(yīng)沖液閥的具體型號為LTO6-A06。

綜上所述，對應(yīng)液壓元件的選型結(jié)果如表1所示：

表1 液壓元器件選型

3.3.2 控制流程

改造完成后帶式輸送機(jī)液壓制動系統(tǒng)對輸送帶速度控制流程圖如圖4所示。

4 結(jié)語

帶式輸送機(jī)為綜采工作面關(guān)鍵運(yùn)輸系統(tǒng)，某些帶式輸送機(jī)除了承擔(dān)正常的運(yùn)煤任務(wù)外，還需對工作面作業(yè)人員進(jìn)行運(yùn)送。為解決傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)制動器制動力無法實(shí)施調(diào)整控制，導(dǎo)致運(yùn)送人員出現(xiàn)下滑失速問題時(shí)僅能通過停機(jī)保證運(yùn)輸?shù)陌踩?，在很大程度上影響設(shè)備的運(yùn)輸效率。為此，采用二位三通、二位四通換向閥、溢流閥、蓄能器對原設(shè)備的液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，并完成相應(yīng)速度控制流程設(shè)計(jì)保證設(shè)備制動力能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整控制，在提升運(yùn)輸效率的同時(shí)大大保證了工作面生產(chǎn)的安全性。

圖4 輸送帶速度控制流程圖