基于液压调速的下运式带式输送机软制动器的研究

常 青

（襄垣县王桥镇五阳煤矿，山西 长治 046205）

0 引 言

目前国内外，带式输送机中常用的制动装置主要有以下几种：1）电气制动系统；2）液力制动系统；3）盘闸制动系统；4）液粘机械式制动装置[3]。

这些制动系统都有其一定的优点，但也存在着大量的难以克服的缺点：（1）电气制动系统的结构和控制都相当复杂，造价很高，另外，致命的缺点是无法解决停电制动问题。（2）液力制动系统的制动力矩调节困难，若增加闭环控制装置调节制动力矩将导致整个系统结构复杂且工作可靠性降低。（3）液压盘闸制动系统，主要装置在地面的输送机上，因工作过程中闸盘发热不适合在煤矿井下使用。（4）液粘机械式制动装置虽然具有一定的软制动功能，但是从根本上还是摩擦式制动，无法从根本上解决发热问题。

针对以上制动装置存在的问题，我们开发研制了一种基于液压调速的下运式带式输送机软制动系统。

1 软制动器结构组成及工作原理

1.1 结构组成

液压调速软制动器主要由刹车变量泵、液压调速控制装置、PLC控制箱和转速检测装置组成，图1为该制动器的结构示意图。带安装架的刹车泵与被制动机械系统的高速轴（要求用双出轴电动机或双输入轴减速器）通过弹性联轴节连接和定位；转速检测装置安装在泵架上，连接泵轴的对轮需带有脉冲发生环节；液压调速控制装置布置在刹车泵附近，并分别与刹车泵的吸液口和排液口连通；PLC控制箱可以布置到被制动机械系统的电控室，并与转速检测装置、电磁阀以及主控系统的操作控制器联接。

1.2 工作原理

液压调速软制动器的原理图，如图2中所示，该系统主要由电磁换向阀12、安全阀13、电磁比例溢流阀14、刹车变量泵21等液压元件以及PLC、D/A转换器和放大器等元件组成。当DT2失电时、DT1得电，系统处于卸荷状态，泵以小排量、低压力工作，相当于被制动机械系统处于正常运转工况；当DT2失电、DT1得电时，系统处于制动状态，泵以大排量工作，而其压力值取决于电磁比例溢流阀14的开口大小。一般情况是，电磁比例溢流阀14阀口从最大到最小逐步调节，使泵的输出压力逐步增加，变量泵产生的制动力矩逐步增加，以便使被制动机械系统具有平稳、可靠的制动过程。安全阀13起到安全保护作用，当液压制动系统失效时，起到安全保护作用使液压系统不致损坏。

图1 液压调速软制动器结构示意图

图2 液压调速安全制动系统原理图

另外液压系统具有压力检测功能，当液压系统工作失常，系统压力高于调定最高压力时，PLC会发出信号使声光报警器发出报警，此时工作人员应及时停车。故障排除后方可重新启动。

2 制动力矩计算

以某矿的下运带式输送机为例，采用相应的原始数据进行制动力矩的计算。经预算，在额定输送机的条件下，胶带输送机的运行阻力是负值，使带式输送机处于发电反馈运行状态，按设计要求，此时运行阻力系数（等速或制动减速）均取ω=0.012。

结构总体方案的构思要建立在整体的概念上，处理好局部与整体的关系，使结构受力状态达到最佳，提高结构的整体性能。把每个构件都放在总体架构环境中考虑，使每个构件和其他构件合理连接，达到规范规定的设计标准，保持整体结构的协调一致性,实现结构的最大效能。

2.1 运行阻力计算

1）上分支运行阻力：

2）下分支运行阻力：

3）物料提升阻力：F3=q·L·g·sinβ=-181 178.93 N.

4）附加阻力：取F'=0.

5）总运行阻力：F=F1+F2+F3+F'=-89 805.31 N.

6）空载运行阻力：

空载运行时，运行阻力为正，故ω=0.025。

式中：q为输送带物料线质量；qd为输送带线质量；q'为每米和截辊转动质量；q''每米四程辊转动质量；L'为输送机长度；g为重力加速度；β为倾角系数。

2.2 功率计算

1）重载反馈功率：N1=(FV/1 000)·m=944.39 kW；

2）空载功率：N2=(FKV/1 000)·m=599.05 kW（m=1.1为安全系数）。

2.3 总变位质量

考虑到转动部分相对较小，在这里忽略不计。

1）重载：mz=(q+2qd+q'+q'')·L=519 350 kg.

2）空载：mk=(2qd+q'+q'')·L=189 550 kg.

2.4 制动力矩计算

1）有载时起动出现负功率：起动加速度a=0.1～0.3 m/s2.

起动时间t=10～30 s.

2）停车制动时：制动减速度a=0.1～0.3 m/s2；制动时间t=10～20 s.

3）所需制动力矩：

当制动减速度取a=0.2m/s2时，制动停车时间小于15 s，经计算实际的最大制动力矩为3 874 N·m，取1.5倍的安全系数，则最大制动为5 811 N·m。根据上述计算，确定液压调速软制动器的型号及数量来满足带式输送机制动时对制动力矩的要求。

3 结 论

通过在煤矿中的使用表明，该液压调速软制动器达到了预期的目的，能够满足下运带式输送机软制动的要求，保证煤矿的安全生产；对煤矿长距离、大功率和较大倾角的下运带式输送机的软制动系统具有一定的应用价值，具有很好的发展前景[4]。主要有以下特点：

1）通过PID闭环控制，制动力矩随负载变化自动调节，实现了带式输送机防抱死驱动滚筒的制动，实现了带式输送机无摩擦副下运制动；2)液压调速软制动器采用了非制动工况少发热、少磨损的制动技术，使得制动系统在自然冷却的条件下，不存在发热问题；3)液压调速软制动器实现了大流量高压力调速制动，突破了液压制动不能实现低速制动的禁区；4)设有压力，流量观察装置和退出制动的旁路控制，运行平稳可靠，便于使用维护。

[1]张媛.大功率下运带式输送机的制动技术[J].煤矿机械,2002(4):4-7.

[2]盛志清.基于ARM的下运带式输送机软制动系统的研究[D].西安：西安科技大学,2009：15.

[3]李军霞,王文,寇子明.下运带式输送机制动技术研究[J].煤矿机械,2008(5):110-111.

[4]白霄.长距离大功率下运带式输送机制动方案选择[J].煤炭科学技术,2009(8):61-63.