液壓盤式制動器在馬道頭煤業(yè)主斜井帶式輸送機上的應(yīng)用

關(guān) 祥

（晉能控股集團有限公司山西大同037000）

0 引言

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

第三百七十四條

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

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

第三百七十五條

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

1 馬道頭煤業(yè)主斜井帶式輸送機分析

1.1 馬道頭煤業(yè)基本概況

同煤集團馬道頭煤業(yè)的礦井設(shè)計生產(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，日凈運行時間為16 h。

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

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

表1 馬道頭煤業(yè)主斜井帶式輸送機參數(shù)

帶式輸送機頭部卸料，尾部受料，屬于上運式帶式輸送機。在運輸機頭部實行三滾筒四電機（三用一備）變頻軟啟動方式（圖1）。輸送機尾部還有自動張緊的自控液壓張緊技術(shù)，保證輸送機正常運行。

圖1 機頭四電機驅(qū)動及制動裝置示意圖

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

圖2 第二、三傳動滾筒的盤閘實際圖

2 液壓盤式制動器

2.1 西伯瑞公司SHI252盤式制動器工作原理及特點

盤式制動裝置在工作時，壓力油通過高壓油管進入制動器的活塞腔，壓縮碟簧間距至0.5 mm～2 mm，直至最后抱死，實現(xiàn)抱閘。制動力矩的產(chǎn)生來源于油箱的集中供油，油站采用plc 的自動控制模式，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是上行皮帶，必須要在驅(qū)動電機同步啟動后的10 s 內(nèi)松開，甚至?xí)r間更短，這一系列動作進行至松閘后，碟簧必須保持在3 mm～7 mm 之間，皮帶運輸過程中不能抱住，因此在皮帶運行過程中始終要保持住油壓。

2.2 相關(guān)參數(shù)

SHI系列盤式制動器的電控油路采用即時得電工作模式，通過對電磁閥的開閉控制，進而對制動器內(nèi)部的機械電磁閥進行控制。根據(jù)馬道頭煤業(yè)公司大運量的實際情況，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)主斜井盤式制動器配置了2 個2 200 mm 的制動盤，分別安置在第二、三傳動滾筒上，每個制動盤上裝有4 副制動副，呈對角線分布。因此，2 個制動盤共8個制動頭。而這8個制動頭是采用一個供油回路的，制動時間可以統(tǒng)一管理。同時盤式制動器的液壓系統(tǒng)采用瞬時工作制。根據(jù)帶式輸送機運行時間一般較長的特性（10 h 以上），系統(tǒng)中還設(shè)置了蓄能器和壓力檢測裝置。

圖3 盤式制動器集中供油示意圖

2.4 電控系統(tǒng)

盤式制動器內(nèi)部主程序工作邏輯：

（1）帶式輸送機啟動信號發(fā)出后，盤式制動器的液壓油泵電機同時開啟，電磁閥得電，同時制動頭所連接油管內(nèi)部液壓油開始循環(huán)，一旦油壓達到設(shè)定值，系統(tǒng)內(nèi)的油不再經(jīng)此流回油箱。當(dāng)壓力檢測裝置檢測到系統(tǒng)壓力達到設(shè)定壓力時，就會發(fā)出信號，并在蓄能器內(nèi)部保持。同時液壓站電機停止工作。在由蓄能器保壓期間，盤式制動器一直會處于松閘狀態(tài)。壓力檢測裝置在實時監(jiān)測系統(tǒng)壓力情況，如過油壓出現(xiàn)虧欠，液壓油泵電機就會開啟，實時進行補壓。

（2）帶式輸送機停車信號發(fā)出時，主程序會檢測時正常停機還是急停制動，在規(guī)定時間內(nèi)（正常制動，是停車信號后100 s制動；急停制動，是停車信號后8s制動），實行抱閘，整個過程是由帶式輸送機運行主程序的運行信號來決定的。抱閘過程基本在1 s～2 s 內(nèi)完成。圖4為盤式制動器的電控系統(tǒng)中兩個電磁閥的電氣原理圖。

圖4 盤式制動器控制系統(tǒng)中兩個電磁閥的原理圖

2.5 制動力矩計算公式

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

PmaxA=KXmax，

其中，Pmax為進入油缸最大有壓力，單位為：MPa；

A為制動油缸的有效面積，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)的油壓力達到完全制動油壓，即系統(tǒng)殘壓，蝶形的壓縮量最小，閘瓦與制動輪緊密接觸，產(chǎn)生最大制動力，即制動狀態(tài)：

Fmax=KXmax-pcA,

其中，F(xiàn)max為最大制動力，單位：N;

另外，盤型制動裝置產(chǎn)生的最大制動力矩還與制動器的副數(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 實際使用效果

在馬道頭煤業(yè)主運輸皮帶運行過程中，發(fā)現(xiàn)主運輸皮帶在正常停車過程中，變頻器必須滿慢降速才能實現(xiàn)平穩(wěn)斷電，否則會沖擊電壓，所以在變頻驅(qū)動中，以1%的幅度慢慢降低皮帶運行速度，直至為0。這個時間大概需要150 s，在這個過程中，盤式制動器必須在速度降到滿速的20%開始抱閘。另外，對于主運輸皮帶發(fā)生緊急情況，需要緊急停車時就采用的是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。這對于盤式制動器與主運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，與主運行程序?qū)崿F(xiàn)協(xié)議對話，保證了運行安全可控，滿足了現(xiàn)場使用要求。

通過比對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，停車不及時的現(xiàn)象。在平時的日常維護中，只要檢修好集中油路系統(tǒng)就可以保證完全的制動力，方便保養(yǎng)維護。每兩年更換一組碟簧，也減少了維護成本。對于制動盤的防銹處理，只要平時加強管理就可以避免。因此，對于液壓電控系統(tǒng)在盤式制動器上的應(yīng)用，對于現(xiàn)代煤企安全生產(chǎn)是非常有效的。