膠帶輸送機制動系統的優化

馮建平

（山西陽煤寺家莊有限責任公司， 山西 陽泉 045300）

1 膠帶輸送機概述

膠帶輸送機為綜采工作面關鍵運輸設備，其主要承擔煤炭、煤矸石等物料的運輸。為保證膠帶輸送機能夠與綜采工作面高效、安全的生產理論相契合，對其提出了高可靠性、大運量、大運速以及通用性高的要求。以鋼絲繩為牽引的膠帶輸送機為研究對象，對其制動系統進行優化分析。本文所研究膠帶輸送機結構如圖1 所示，該膠帶輸送機的運量大小為500 t/h，根據工作面的傾斜程度其對應的傾斜角度為17°，輸送帶的單程長度為1.15 km。該膠帶輸送機主要運輸對象為原煤，且原煤的質量參數如表1所示[1]：

在實際運輸過程中當運輸對象為原煤或者物料時輸送機的運速為2 m/s；當運輸對象為作業人員時其對應的運速為1.5 m/s，其針對作業人員的運量為800 人/h。膠帶輸送機驅動輪的直徑為3 500 mm，導向滾筒的直徑為2 500 mm，目前該輸送機由兩臺電機對其進行驅動， 對應電機的型號為YPKK500-8G400。

圖1 膠帶輸送機結構示意圖

表1 膠帶輸送機運輸原煤參數

2 膠帶輸送機驅動裝置分析

制動系統與驅動系統為膠帶輸送機的兩大系統，為實現對制動系統的優化和改造，需充分掌握當前驅動系統的現狀，并注重對膠帶機在下行工況下所出現的失速問題進行分析。

根據驅動電機的不同可將驅動系統分為直流驅動系統和交流驅動系統。但是，在實際應用中直流驅動系統結構復雜，應用成本較高[2]。因此，一般以交流驅動系統應用較為廣泛，但是交流驅動系統存在啟動性能差、對系統沖擊較大的問題，故為實現交流驅動系統在長距離、大運量的環境中應用，常采用與液壓系統相結合的CST 軟啟動、與變頻器聯合應用的變頻啟動等驅動方式。目前，本礦所采用膠帶輸送機驅動裝置為交流變頻驅動系統，其對應的各裝置布置情況如圖2 所示。

如圖2 所示，膠帶輸送機盤式制動裝置為其制動系統，主要由制動裝置和液壓系統組成。其中，制動裝置由制動閘和制動盤組成[3]。差動裝置的主要作用是平衡兩根鋼絲繩的速度，避免輸送帶出現脫槽的現象。經分析可知，當輸送帶處于下行工況時運輸物料或者人員的下滑力大于制動力時會出現下滑失速的情況，而過量地減少輸送帶運輸物料的重量或人員的人數導致其運輸效率低下，間接影響整個工作面的生產效率。因此，在保證膠帶輸送機運輸安全性的基礎上，需對制動系統進行優化以使其運輸效率達到最大。

圖2 膠帶輸送機驅動裝置布置情況

3 膠帶輸送機制動系統的優化

3.1 膠帶輸送機制動系統的總體優化

針對膠帶輸送機制動系統的優化，其一是為增加工作面的運輸效率，其二是在設備出現失速情況時，原制動系統只能通過停機操作保證系統的安全，增加了運輸系統的停機時長，增加了運輸成本。因此，本節著重對膠帶輸送機制動系統進行改造，即對制動系統的液壓系統進行改造。

結合工業中制動系統對應液壓分系統的主要控制方式，本節采用電磁比例溢流閥對輸送帶速度進行控制，并采用兩個二位換向閥對系統的運行工況進行隨時切換，與此同時為保證會自動系統的平穩性和安全性采用蓄能器對系統進行沖液。對應改造后的液壓系統原理如圖3 所示。

基于如圖3 改造后的制動系統可實現對膠帶輸送機的軟啟動、緩慢制動、停電制動保護以及根據工況對輸送帶速度進行調整等功能[4]。

3.2 膠帶輸送機制動系統液壓元件選型

3.2.1 液壓泵的選型

液壓泵的主要作用是為制動系統提供足夠壓力的液壓油，為保證制動系統的響應速度，根據相關標準要求，制動系統在1 s 內具備制動性能。由于制動器工作時所需的液壓油為115 mL，因此要求液壓泵的流量必須大于115 mL/s。

最終， 所選型齒輪泵的具體型號為1PF2G2-4X20MB，該型液壓泵的排量為5.5 ml/r，根據其額定轉速為1 500 r/min，得出其額定流量為123.75 ml/s。即，證明所選型齒輪泵滿足要求。

圖3 制動系統改造液壓原理圖

3.2.2 溢流閥的選型

溢流閥的主要作用是對系統和蓄能器進行限壓保護，本改造方案中涉及到兩種溢流閥，一種為對系統進行限壓保護，其所設定的壓力為14 MPa；另一種為對蓄能器進行限壓保護，故將其所設定的壓力為10 MPa。

3.2.3 蓄能器的選型

蓄能器的主要作用是系統在斷電時可保證制動系統能夠對設備進行安全制動，本改造方案所選擇蓄能器的型號為NXQ-B0.6C4，根據系統的制動要求，將蓄能器的工作壓力設定為14 MPa，容量設定為0.6 L。

鑒于篇幅有限，本節僅對上述三種關鍵液壓元器件進行選型分析[5]。其余液壓元器件的選型結果如表2 所示：

表2 其他液壓元器件選型

4 結論

1）膠帶輸送機在實際運輸的下行工況中存在失速的問題，存在極大的安全隱患。經分析可知，導致膠帶輸送機在下行工況中出現失速現象的主要原因在于其制動力小于下滑力，即說明當前制動器對應的液壓系統無法根據運量對其速度進行控制。

2）針對上述失速問題及原因采用電液比例溢流閥為核心對原制動器液壓系統進行改造，從而實現對輸送帶速度的實時控制。

3）根據膠帶輸送機制動器的制動性能要求，完成對改造后液壓制動系統關鍵元器件的選型，并對關鍵液壓參數進行設定。