帶式輸送機運輸系統的安全控制研究

朱履貝

（山西新景礦煤業有限責任公司，山西 陽泉 045000）

引言

綜采工作面的運輸設備主要包括有帶式輸送機、提升機以及絞車等。帶式輸送機與其他運輸設備相比較具有運量大、運輸距離長等優勢，故被廣泛應用于煤礦生產中。帶式輸送機的運輸效率和安全性直接決定綜采工作面的運輸能力，從而影響整個綜采工作面的生產能力。因此，實現帶式輸送機安全、可靠的控制功能對保障工作面生產能力和效率具有重要意義[1]。因此，以帶式輸送機下滑失速的問題為出發點對其安全控制系統展開研究，并對應對其制動系統提出優化方案。具體闡述如下：

1 帶式輸送機概述

1.1 帶式輸送機參數分析

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

1.2 帶式輸送機制動器概述

制動器為保證帶式輸送機安全、可靠運行的關鍵部件。目前，應用于帶式輸送機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制動輪上的摩擦力實現對設備的制動操作。盤式制動器為當前帶式輸送機常用制動裝置，其主要通過液壓力提供了壓緊力將閘瓦與制動盤壓緊，依靠摩擦力實現帶式輸送機的制動[3]。根據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，其結構分別如圖1-1、1-2所示。

圖1 前置和后置盤式制動器結構示意圖

2 帶式輸送機制動器現狀

本文所研究帶式輸送機驅動系統的核心為變頻器與交流調速電機組成，為保證輸送帶兩側鋼絲繩的張緊力處于相對平衡狀態，在輸送帶中間安裝機械動式差動器。帶式輸送機所配置的驅動裝置的結構如圖2所示。

目前，為該帶式輸送機所配置制動器的具體型號為KZP2000-283-1，該制動器能夠為輸送帶提供足夠的制動力。經核算可知，當設備在滿載狀態下正常停機時需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 帶式輸送機驅動系統結構示意圖

當帶式輸送機運輸人員時，雖然該制動器制動力能夠滿足穩定制動要求。但是，當輸送機由于運輸人員過多時出現下滑失速的問題，只能通過調整設備的制動力對運行速度進行調整，其效率非常低[4]。因此，急需對帶式輸送機運輸系統的制動器進行改造。

3 帶式輸送機制動器改造

鑒于帶式輸送機運輸過程中出現下滑失速問題只能通過停機調整制動力解決失速的問題。因此，本節將對制動器的液壓制動系統進行改造。

3.1 制動器改造方案

針對上述問題，本節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：為原帶式輸送機制動器的液壓控制系統增設三位四通電磁換向閥和電磁比例溢流閥實現對設備在制動階段制動力的實時調整和控制，以確保設備平穩停機。

制動改造方案二：在原帶式輸送機制動液壓控制系統現狀的基礎上為其增加二位三通電磁換向閥和二位四通換向閥實現對帶式輸送機運行工況的實時切換，并通過電磁比例溢流閥介質流速的控制實現對輸送帶運行速度的直接控制。

制動方案三：在原帶式輸送機制動液壓控制系統的基礎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現對帶式輸送機運行工況的實時切換，并通過電磁比例溢流閥對盤式制動器閘瓦壓緊力進行控制，從而實現對制動系統制動力的實時調整控制的目的，最終實現對輸送帶速度的實時控制。

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備進行改造控制，而方案二、方案三采用二位換向閥對設備進行改造控制，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液壓制動系統進行改造。

對比方案二、方案三可知：方案二中采用壓力表對液壓系統中的壓力進行控制；而方案三種采用專用蓄能器為系統提供介質，從而在系統進行制動操作時也可保證整個系統壓力平衡[5]。考慮到，專用蓄能器充液的便捷性和穩定性。最終選擇方案三對當前制動器液壓系統進行改造，其對應的液壓原理如圖3所示。

3.3 制動液壓系統元器件的選型及控制方案的設計

3.3.1 液壓元器件的選型

結合帶式輸送機制動需求及核算，為對關鍵液壓元件進行選型設計。

圖3 制動液壓系統原理圖

1）液壓泵的選型。液壓泵的主要功能是為系統閘瓦制動器提供足夠的液壓油，保證系統具有足夠的制動力。根據當前帶式輸送所選型制動器的相關參數，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制動器的響應速度滿足制動要求，避免制動滯后或延時導致事故的發生，要求液壓油在很短的時間內充滿制動器，一般要求液壓油充滿時間不得超過1 s。因此，要求液壓泵的流量最小為115 mL/s。

結合上述要求，并與市面液壓泵的參數相比對擬選用型號為1PF2G2-4X的液壓齒輪泵，該齒輪泵的設計排量值為5.5 mL/r，額定轉速為1 500 r/min，根據如式（1）所示的公式計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速，取1 500 r/min；η為液壓齒輪泵的容積效率，取90%。

經計算可得，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。帶式輸送機安全控制系統溢流閥的主要作用是限壓保護，其避免系統在超過額定壓力運行導致事故的發生。本文主要對整個系統中發揮限壓保護和對蓄能器發揮限壓保護的溢流閥進行選型。經分析整個系統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，其工作時所調定的額定壓力為10 MPa，對應所能保護的最大壓力為31.5 MPa。

3）換向閥的選型。根據系統要求，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腔體的壓力為16 MPa，對于二位四通換向閥其對應腔體的壓力為14 MPa。結合當前市面換向閥的產品參數，為方便產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。根據整個系統的壓力需求，所選用蓄能器的型號為NXQ-B；對應沖液閥的具體型號為LTO6-A06。

綜上所述，對應液壓元件的選型結果如表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液壓制動系統對輸送帶速度控制流程圖如圖4所示。

4 結語

帶式輸送機為綜采工作面關鍵運輸系統，某些帶式輸送機除了承擔正常的運煤任務外，還需對工作面作業人員進行運送。為解決傳統帶式輸送機制動器制動力無法實施調整控制，導致運送人員出現下滑失速問題時僅能通過停機保證運輸的安全性，在很大程度上影響設備的運輸效率。為此，采用二位三通、二位四通換向閥、溢流閥、蓄能器對原設備的液壓控制系統進行改造，并完成相應速度控制流程設計保證設備制動力能夠實時調整控制，在提升運輸效率的同時大大保證了工作面生產的安全性。

圖4 輸送帶速度控制流程圖