煤礦皮帶輸送機(jī)永磁柔性制動(dòng)設(shè)計(jì)分析

張志峰

（山西科達(dá)自控股份有限公司， 山西 太原 030012）

引言

煤礦皮帶輸送機(jī)多采用頭部驅(qū)動(dòng)，自移機(jī)尾，機(jī)尾落料的方式輸送煤炭。由于煤礦運(yùn)輸大巷受地質(zhì)條件的限制，巷道的走向多為馬鞍型或者波浪型，這導(dǎo)致皮帶的運(yùn)行工況會(huì)非常復(fù)雜，需要頻繁地切換向上運(yùn)輸和向下運(yùn)輸狀態(tài)，經(jīng)常采用回饋制動(dòng)型變頻器[1-2]來(lái)進(jìn)行不同運(yùn)輸狀態(tài)的切換，但是若對(duì)皮帶的張緊裝置控制不好，則很容易在轉(zhuǎn)化時(shí)造成疊帶事故，這將嚴(yán)重影響到煤礦的正常生產(chǎn)。為了解決這種問(wèn)題，需要在皮帶輸送機(jī)的尾部加上一個(gè)制動(dòng)裝置。

1 永磁柔性制動(dòng)方案的設(shè)計(jì)

采用在皮帶輸送機(jī)的機(jī)尾加裝永磁柔性制動(dòng)裝置，來(lái)解決皮帶輸送機(jī)狀態(tài)切換中存在的問(wèn)題。要實(shí)現(xiàn)的效果如下：當(dāng)皮帶處于下運(yùn)工況時(shí)，采用永磁制動(dòng)裝置制動(dòng)不需要回饋制動(dòng)型變頻器，使用通用變頻器配合永磁制動(dòng)裝置就能滿(mǎn)足要求，還能防止皮帶超速飛車(chē)，可有效地防止變頻器回饋制動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的諧波污染；永磁制動(dòng)裝置安裝在機(jī)尾，可有效地抵消皮帶承載分支向下的分力，防止發(fā)生疊帶事故；機(jī)尾加裝永磁制動(dòng)裝置[3-4]，其與機(jī)尾滾筒一體化總成，且設(shè)備對(duì)外接線(xiàn)簡(jiǎn)單，拆裝方便，有利于機(jī)尾定期移動(dòng)搬家。煤礦皮帶輸送機(jī)永磁柔性制動(dòng)如圖1 所示。

圖1 煤礦皮帶輸送機(jī)永磁柔性制動(dòng)設(shè)計(jì)

由圖1 可知，制動(dòng)裝置由永磁制動(dòng)裝置、控制箱、速度傳感器、局部通風(fēng)機(jī)以及扭矩傳感器組成。礦用隔爆兼本質(zhì)安全型控制箱是整個(gè)裝置的電控核心，它主要是采集速度傳感器和扭矩傳感器的數(shù)據(jù)，通過(guò)核心算法，確定永磁制動(dòng)器的投入時(shí)刻以及制動(dòng)深度，最終實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)在下運(yùn)工況運(yùn)行時(shí)，不超速、不飛車(chē)，平穩(wěn)可靠地制動(dòng)或者連續(xù)下運(yùn)運(yùn)行。局部通風(fēng)機(jī)主要完成對(duì)永磁制動(dòng)器的散熱，防止過(guò)熱造成永磁體的消磁。隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)主要負(fù)責(zé)接受控制箱的指令，通過(guò)開(kāi)停時(shí)間來(lái)控制制動(dòng)器磁間隙，用以調(diào)節(jié)制動(dòng)力。永磁渦流柔性制動(dòng)器作為裝置的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，安裝在滾筒的主軸上，由四個(gè)部分組成：一是與滾筒主軸直連接的永磁體；二是外周的導(dǎo)體部分，這兩個(gè)部分有一定的氣隙；三是一個(gè)電動(dòng)絲桿執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)兩個(gè)轉(zhuǎn)體之間氣隙的大小，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)阻力，從而達(dá)到制動(dòng)的目的。

2 輸送機(jī)永磁柔性制動(dòng)的主要設(shè)備

設(shè)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)主要靠煤礦用永磁制動(dòng)裝置（以下簡(jiǎn)稱(chēng)制動(dòng)裝置）來(lái)完成。制動(dòng)裝置由KXJ10-1140（660）礦用隔爆兼本質(zhì)安全型控制箱、GSH5 礦用本質(zhì)安全型速度傳感器、CYN820S 礦用扭矩傳感器、永磁渦流柔性制動(dòng)器、隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)（電動(dòng)調(diào)節(jié)用）、FB№4.0/1.1 礦用隔爆型壓入式軸流局部通風(fēng)機(jī)等組成。

2.1 永滋渦流柔性制動(dòng)裝置

永滋渦流柔性制動(dòng)裝置的外形及結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖2 所示，主要有與滾筒主軸連接的永磁轉(zhuǎn)子和相對(duì)固定的導(dǎo)體轉(zhuǎn)子。在永磁轉(zhuǎn)子和固定的導(dǎo)體轉(zhuǎn)子部件之間有一定的氣隙。永磁渦流柔性制動(dòng)裝置還有一個(gè)通過(guò)獨(dú)特鎖定機(jī)構(gòu)連接到滾筒軸上的輪轂。可以通過(guò)執(zhí)行器調(diào)節(jié)兩個(gè)轉(zhuǎn)體之間氣隙的大小，調(diào)節(jié)輸出扭矩來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力的控制。制動(dòng)裝置的主要技術(shù)參數(shù)：制動(dòng)功率25 kW，額定速度75 r/min，直徑Φ450 mm，長(zhǎng)度300 m，伸出軸徑150 mm，散熱風(fēng)機(jī)電機(jī)AC660 V 0.55kW，調(diào)節(jié)電機(jī)AC660 V 0.55kW。

圖2 永磁渦流制動(dòng)裝置

2.2 礦用本質(zhì)安全型速度傳感器

在進(jìn)行控制時(shí)，傳感器是最重要的控制信號(hào)。速度是通過(guò)速度傳感器測(cè)量得到的，這里速度傳感器的型號(hào)為GSH5。傳感器工作時(shí)的參數(shù)為：輸入電壓DC12～24 V；工作電流≤70 mA；信號(hào)輸出頻率為5～18 V，方波；帶載電流≤10 mA；繼電器輸出一常開(kāi)、一常閉模擬量輸出，4～20 mA（負(fù)載阻抗≤250 Ω）防爆型式。外形尺寸440 mm×260 mm×159 mm，質(zhì)量9.4 kg。

3 應(yīng)用效果

山西陽(yáng)煤一礦于2019 年在煤礦皮帶輸送機(jī)上安裝了該制動(dòng)裝置，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的使用后發(fā)現(xiàn)：

1）疊帶事故發(fā)生的頻率大大降低，皮帶的磨損程度大幅減小，有利于延長(zhǎng)皮帶的使用壽命；

2）皮帶的撒料明顯減少，降低了工人的勞動(dòng)量；

3）基本上杜絕了斷帶事故的發(fā)生，保障了煤礦的正常生產(chǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

在皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸過(guò)程中，需要進(jìn)行狀態(tài)切換。傳統(tǒng)的切換方式對(duì)皮帶的制動(dòng)有著較高的要求，很難滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)的需要。為此，在皮帶輸送機(jī)的尾部加裝一個(gè)永磁柔性制動(dòng)裝置。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在加上制動(dòng)裝置后，皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)更加平穩(wěn)，提高了煤礦的生產(chǎn)效率。