刮板輸送機變頻驅動智能緊鏈制動系統(tǒng)研究

蔡樹梅

（中煤張家口煤礦機械有限責任公司，河北 張家口 076250）

刮板輸送機作為煤礦井下重要的輸送設備，已普遍應用于大中小型煤礦，刮板鏈則是煤礦井下刮板輸送機的核心部件，鏈條的張緊程度可直接影響設備是否運行平穩(wěn)，同時影響鏈輪、槽體以及鏈條本身的壽命。在刮板輸送機運輸過程中，經常出現(xiàn)鏈條過度松弛，引起鏈條堆積，需及時張緊鏈條的情況，目前常用的鏈條張緊方式主要有液壓馬達與普通電機點動后人工制動兩種。張緊鏈條時需保證運行速度、張緊力以及接鏈時電機的安全制動。目前常用的液壓馬達緊鏈系統(tǒng)需設置齒輪減速機構，增大扭矩，拖動鏈條，并需要手動嚙合與脫開齒輪，為提高緊鏈系統(tǒng)的便捷化、自動化、智能化，利用變頻電機的自身優(yōu)勢，低速啟動電機，并可根據(jù)緊鏈情況適時調整輸出轉矩，平穩(wěn)緊鏈，鏈條張緊過程中，鏈張力不可超過主機配套過程中設定的鏈條預張緊力。

1 緊鏈制動系統(tǒng)組成

變頻驅動智能緊鏈制動系統(tǒng)主要包括變頻電機、減速器、聯(lián)軸器、油缸、摩擦組件、彈簧復位裝置、電控系統(tǒng)等。為適應煤礦井下的常規(guī)條件，油缸可采用乳化液作為介質，最高耐壓可達40MPa。聯(lián)軸器結構可采用梅花型式、柱銷型式或其他型式聯(lián)軸器，便于井下更換。摩擦盤是制動系統(tǒng)的關鍵部件，選用摩擦系數(shù)大，耐溫高的粉末冶金材料，一次粘結成型，確保整個摩擦面平面度要求。機械部分結構布置如圖1所示。在緊鏈制動過程中，監(jiān)控系統(tǒng)可顯示電機輸出轉速，輸出轉矩，顯示鏈條運行速度，顯示鏈條張緊力，判斷鏈條張緊是否適度，鏈條運行至接鏈處，自動啟動制動系統(tǒng)，制動電機軸。液控系統(tǒng)如圖2所示。

圖1 緊鏈制動系統(tǒng)機械部分結構圖

圖2 液控系統(tǒng)圖

2 緊鏈制動系統(tǒng)工作原理

隨著變頻技術的發(fā)展，變頻電機普遍應用于煤礦井下工作面。變頻電機可通過改變供電電源的頻率來實現(xiàn)調速的目的，利用變頻電機的調速特性，可用來進行鏈條的張緊動作，井下常用電機額定輸出轉速1480r/min，為滿足在緊鏈過程中慢速拉動鏈條移動，變頻電機可調整為約200r/min。以SGZ1000/1710型輸送機為例，輸送機常用減速器傳動比約30，此時鏈輪轉速為6.6r/min，7齒鏈輪，48×152刮板鏈鏈條運行速度約0.23m/s，可滿足鏈條張緊時的運行速度。緊鏈時，需人工取掉機械限位銷，將電機轉速調整至約200r/min，設定合適的鏈條張緊力，啟動電機，驅動鏈輪緩慢運轉，此時監(jiān)控箱可顯示電機轉速，鏈條運行速度，鏈條張力，鏈條張緊力達到規(guī)定值，電磁閥自動開啟，油缸供液，壓緊摩擦盤，壓縮復位彈簧，電機制動，電機切斷電源后，此時進行接鏈。接鏈完成，油缸反向供液，松開摩擦盤，彈簧自動復位，推開摩擦盤，裝好機械限位銷，此時刮板輸送機可正常運行。

3 制動安全系數(shù)計算

為確保緊鏈后液壓系統(tǒng)能夠安全制動，以SGZ1000/1710型輸送機為例進行制動系統(tǒng)的計算。

3.1 電機參數(shù)

電機額定功率P：855kW；額定轉速n：1480r/min；減速器傳動比i：30

電機額定輸出轉矩：

一般來說，電機最大輸出轉矩Tmax可達額定輸出轉矩的2.5倍，即電機最大輸出13793N·m。依據(jù)變頻電機特性，低速時可恒轉矩輸出，即，在200r/min緊鏈時，電機最大仍可輸出13793N·m。

3.2 油缸參數(shù)

為保證油缸在壓緊摩擦盤時不發(fā)生偏載現(xiàn)象，均布三個油缸，油缸參數(shù)如下：

額定壓力：31.5MPa；最大壓力Pmax：40MPa；推力T1：61.82kN；拉力L1：22.86kN；工作介質：乳化液。

3.3 摩擦盤

摩擦盤選用粉末冶金材料，與鋼質基體粘結加工成型，確保平面度，如圖3所示，摩擦盤技術參數(shù)如下：

摩擦系數(shù)：0.3±0.05（與鋼材料組成摩擦副）；許用工作溫度：300℃；許用工作壓力：1MPa；能量磨損系數(shù)：1.2×10-6mm3/J。

圖3 摩擦盤

3.4 彈簧

復位彈簧的作用是在緊鏈完成后，使摩擦盤另一側脫開，為保證摩擦盤脫開時平穩(wěn)，并壓縮彈簧軸向尺寸，在摩擦盤一側均布4組組合彈簧，如圖4所示，確保順利脫開。

圖4 組合彈簧

單個彈簧在壓縮規(guī)定行程下的壓力值為1.08kN。

綜上所述，在油缸推動一側壓盤制動時，需同時克服另一側彈簧的正壓力。計算電機制動時摩擦盤的摩擦力：

式中，T1為油缸推力，kN；f為摩擦系數(shù)；N1為彈簧正壓力，kN。

計算得出，F(xiàn)=37.13kN。

根據(jù)設計時摩擦盤的等效半徑圓，計算制動摩擦力矩約23120N·m，制動安全系數(shù)1.67。可確保在緊鏈完成后的安全制動。

4 結語

隨著變頻技術快速發(fā)展，煤礦井下的鏈條張緊環(huán)節(jié)可大大簡化，該系統(tǒng)可完全替代液壓馬達、手動閘盤、單體支柱等緊鏈方式，性能可靠、操作方便、結構緊湊、工作高效。同時，該項目的有效實施，滿足當前煤礦井下智能化采煤工作面的要求，可進行遠程操作，保障工作面人員安全，降低井下工作面事故率。