帶式輸送機制動系統電氣及液壓控制系統的設計

原云鋒

（山西煤炭運銷集團陽城四侯煤業有限公司，山西 陽城048108）

引言

帶式輸送機被廣泛應用于煤礦生產中，在當前采煤技術、綜采設備自動化水平不斷提升的新形勢下，帶式輸送機朝著大運量、長距離以及大功率的方向發展，與此同時對設備的可靠性提出了更高的要求。帶式輸送機的可靠性和安全性在很大程度上受制于制動特性，而設備的制動性能與其制動裝置相關[1]。本文著重對帶式輸送機制動裝置的機械、電氣以及液壓系統進行設計。

1 帶式輸送機制動裝置的功能要求

制動裝置為任何機械設備安全、可靠運行的基礎。因此，對于帶式輸送機而言，為保證帶式輸送機安全、可靠地運行，其制動裝置應滿足如下要求：

1）制動裝置可根據帶式輸送機的負載情況、實時運行狀態調整制動力矩，避免由于制動力對系統造成沖擊。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）當帶式輸送機在運行過程中遇到突然斷電的情況時，制動裝置自動切入緊急制動工作狀態，并可確保設備安全、平穩地停機。

3）制動裝置具備定車功能，即帶式輸送機在不運行的狀態下保證設備處于可靠的制動狀態。

4）當前帶式輸送機以多電機驅動為主，為保證其在制動過程的平穩性，在制動過程中需保證各個電機制動力矩的平衡。

5）為制動裝置配置閉環控制系統，保證帶式輸送機的制動減速度根據實時情況進行調整，避免出現滾筒打滑、飛車或滾料事故的發生[2]。

除此之外，要求帶式輸送機制動裝置滿足綜采工作面的防爆要求，并可適應工作面惡劣的工作環境。

2 帶式輸送機制動裝置機械系統的設計

針對帶式輸送機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構包括有：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構。液黏制動裝置在通過對管路中油壓和彈簧的共同控制下，調整主動摩擦片和被動摩擦片之間的間隙，從而實現對帶式輸送機制動力矩的控制，繼而滿足帶式輸送機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生的熱量進行傳遞，從而達到散熱的效果[3]。

帶式輸送機的制動效果除了與液黏制動裝置本身的性能相關外，還有一個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的高速軸、中速軸以及低速軸三個位置。經研究可知：將液黏制動裝置布置于高速軸時所產生的制動力矩遠小于布置于低速、中速軸的制動力矩。因此，為保證設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的低速軸、中速軸的位置，如下頁圖1所示。

3 帶式輸送機制動器液壓系統的設計

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整主、被動摩擦片之間的間距，從而實現對制動力矩可調的控制目的[4]。因此，液壓制動器涉及到的液壓分系統有供油系統和潤滑油控制系統兩部分。

供油系統為實現帶式輸送機制動力矩可調的核心，要求其控制系統滿足如下要求：當液壓制動油缸的壓力達到最大值時，要求供油控制系統將主、被動摩擦片完全分離，要求供油控制系統可實現供油壓力最小值到最大值的無級調速；當設備完成制動操作后，供油控制系統的殘壓應盡可能地小，此時主、被動摩擦片在彈簧的壓力下完成壓緊任務，為系統提供靜摩擦力矩；當設備在運行階段突發斷電現象時，供油控制系統可保證設備平穩、安全停機。根據上述功能要求，設計如圖2所示的液壓控制系統。

圖1 帶式輸送機制動器布置位置示意圖

圖2 制動裝置液壓控制系統原理圖

如圖2所示，當對設備進行停機操作時，系統首先啟動潤滑系統，保證制動過程產生的熱量可及時散去；液壓系統通過控制電液比例溢流閥的電流值降低系統的壓力，隨著系統管路壓力的降低，主被動摩擦片之間的間距減小，對應的制動力矩增大，從而實現對輸送帶制動的效果。當制動操作完成后，液壓控制系統控制潤滑泵停機、電磁換向閥斷電。

當設備遇到突發斷電現象時，電磁換向閥停機回復至右位。與此同時，液壓系統在蓄能器的作用下通過調速閥將系統內的油壓慢慢釋放，從而保證設備能夠平穩、安全地停機。此外，為避免在斷電后制動過程中產生熱量影響設備性能，選用具有高導熱系數的65Mn為摩擦片的材料。

4 制動器電氣控制系統的設計

任何系統的執行離不開其電氣控制的控制和決策。對于帶式輸送機制動器而言，為保障設備各項制動效果的實現，需滿足制動器的機電液一體化控制要求。帶式輸送機制動器電氣控制系統需滿足如下要求：要求電氣控制系統可保證輸送帶的制動減速度控制在0.1～0.3 m/s2之間；要求電氣控制系統可對制動器相關電機進行保護，并對輸送帶超高速、高低速等進行速度保護，防止輸送帶與滾筒之間出現打滑現象；要求電氣控制系統可實現對帶式輸送機的跑偏、斷帶、堆煤等常規保護動作；要求電氣控制系統配合液壓控制系統實現在突發斷電現象下的平穩、安全停機[5]。

制動器電氣控制系統的核心為PLC控制器，基于PLC控制器可實現對帶式輸送機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框圖如圖3所示。

圖3 制動裝置電氣控制系統框圖

如圖3所示，基于PLC控制器對KXJ5-1140控制箱進行控制，其控制依據為各類傳感器所采集到的參數，控制對象為起動器。帶式輸送機電氣控制系統涉及到的設備選型結果如表1所示。

表1 電氣控制系統設備選型

5 結語

帶式輸送機為綜采工作面的關鍵運輸設備，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，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制動裝置電氣、機械以及液壓控制系統的設計，為保證帶式輸送機的平穩、安全停機奠定基礎。