上运倾斜带式输送机制动问题的探析

文/郭国平

近年来，随着煤矿开采的深入和装备技术的提高，大倾角、高速、重载带式输送机已被广泛的应用到煤矿运输系统中，在煤矿运输系统中起着至关重要的作用。然而，制动系统作为带式输送机的关键组成部分，其功能是否完善、性能的好坏、配合的方式等，都直接影响着煤矿的生产安全和人身安全。因此，研究制动器与逆止器在输送机制动过程中的作用以及配合方式，对大倾角上运带式输送机的安全可靠运行有着重要的意义。

一、上运倾斜带式输送机制动力矩计算及控制方式

1.上运倾斜带式输送机制动力矩的计算

上运倾斜带式输送机的制动原理是基于能量的转化，其运行时的动能和势能一部分被输送带运行阻力抵消，另一部分被制动器或逆止器输出的力矩消耗，从而保证输送机的正常停车。该输送机的制动系统通常使用液压盘式制动器，其制动盘安装在驱动滚筒轴上或者减速机的低速轴上，制动时驱动滚筒所受的各种力矩如下图所示。

ν-运行速度，α-减速度，ω-驱动滚筒的角速度，ΜΖ-总制动力矩，ΜJ-总惯性矩，ΜF-总阻力矩

由于各力矩间满足力系平衡关系，则在制动器输出的制动力矩ΜΖ为：

ΜΖ=ΜJ-ΜF=Σm·a·R-FuR

（1）输送带运行阻力Fu的计算

在输送机稳定运行时，其输送带总运行阻力包括输送机提升物料的阻力、输送机托辊的旋转阻力、输送带的压陷及变形阻力、其他附加阻力。因此，输送带总运行阻力Fu为：

Fu=CfL[qRO+qRU+(qG+2qB)cosζ]g-qGHg+Fs1

式中 L—输送机的运输距离（m）；

C—阻力系数

f—等效运行摩擦系数

qRO—承载分支托辊旋转部分的单位长度质量（kg/m）；

qRU—回程分支托辊旋转部分的单位长度质量（kg/m）；

qB—单位长度输送带的质量（kg/m）；

qG—单位长度输送物料的质量

Q—输送机输送能力（t/h）；

ζ—输送机的倾角；

ν—输送机运行速度（m/s）；

H—输送机机头与机尾高度差（m）；

FS1—附加阻力（N），包括输送带与清扫器产生的摩擦阻力，卸料器与输送带间产生的摩擦阻力、回程分支输送带的翻转阻力等。

（2）输送机总惯性矩ΜJ的计算

带式输送机稳定运行时产生的总惯性矩由转动部件的惯性矩和移动部件的惯性矩组成，转动部件主要有驱动滚筒、托辊、减速机等，移动部件主要有承载的物料、输送带等。因此，由力学运动规律可知，输送机总惯性矩ΜJ为：

ΜJ=Σm·a·R

式中Σm——输送机转动和移动部件总变位质量（㎏）；

a——输送机制动减速度（m／s2）；

2.上运倾斜带式输送机逆止力矩的计算

上运倾斜带式输送机重载运行时，如果物料的下滑分力大于输送带的运行阻力，在输送机停车时就会发生倒转。为防止输送机的停车倒转，则需要安装逆止器来抵消该下滑力，从而保证输送机的安全停车。另外，当输送机重载启动时，如果驱动力不能抵消下滑力，输送机也会倒转，只有随着驱动力的不断增大，输送机才能正常启动。由此可见，逆止器在输送机正常停车和启动时都能起到很重要的作用。

据输送机的受力特性可得保证不倒转的逆止力矩Mn，可用下式计算：

MN=R{qGHg-CfL[qRO+qRU+(qG+2qB)cosζ]g-FS1}

式中参数与制动力矩计算式中参数相同。

从上式可知，当逆止力矩MN≤0时，则表示不需要逆止器输送机也可以安全停车，不会发生倒转。当逆止力矩MN≥0时，则表示如果没有相应的逆止力矩抵消下滑力，输送机必然会发生倒转。因此，需要安装逆止器或者制动器，才能保证输送机正常停车。

二、上运倾斜带式输送机制动控制方式

1.制动器与逆止器的作用分析

大倾角上运带式输送机制动系统主要包括制动器和逆止器。制动器用来保证输送机的正常停车，逆止器则是防止正常停车后或者重载启动时输送机倒转，保证输送机的安全停车和正常启动。只有制动器与逆止器有效配合才能减少单一设备的损坏率，增加制动系统的使用寿命，保证输送机的安全可靠运行。

2.输送机制动的控制方式

长距离、大运量带式输送机一般常用三种停车控制方式，即，自由停车、减速停车和紧急停车。自由停车一般应用在单台、运输距离较小、水平运输的输送机中，不需要安装制动系统；减速停车则是运输系统常用的控制方式，运输系统多由几条连续输送机组成，只有控制各输送机的停车时间，才能保证输送系统的顺序停车，避免产生堆煤事故。

3.输送机软停车的重要性

当输送机重载停车或者需要对停车时间进行控制时，必须配备合适的制动器来实现，且制动器能够输出足够的制动力矩，保证停车过程的可靠平稳。另外，随着科技的进步，现代控制更倾向于实现输送机的“软启动”和“软停车”，输送机的软停车能够有效减小停车引起的机械冲击，减少对输送机设备的损坏，以延长输送机的使用寿命。目前，应用比较广泛的实现软停车控制方式是采用变频器控制停车或者电磁比例液压制动。因此，对于长距离、重载的主运输带式输送机，一般要实现其软停车，从而提高煤矿整个运输系统的可靠性和生产的安全性。

三、制动器与逆止器的配合方式

1.单台带式输送机

对于单条运输量小、距离短、水平运输的带式输送机可以不安装制动装置来实现自由停车。但对于倾角、运量较大输送时，为避免发生倒转，则需要同时安装制动器和逆止器。

2.多台输送机组成的输送系统

对于多台输送机组成的输送系统，一般要控制其各机的停车时间来实现输送系统的顺序停车，保证在停车过程中不会出现堆煤撒料事故。为实现顺序停车，必须安装制动器来实现，且控制方式应当为减速停车，从而来缩短输送系统的停车总时间和提高系统运行的安全性；同理，启动时要保证其顺序性，也必须安装逆止器来实现。因此，对于连续运输系统需要同时安装逆止器和制动器来保证多台输送机的顺序停车和启动。

3.采用多滚筒驱动的输送机

长距离、大运量的带式输送机通常采用多滚筒驱动，由于其角度较大，物料的下滑力也随之增大。因此，需要安装多套制动器和逆止器。多滚筒驱动的输送机，不仅要保证制动器和逆止器的配合制动，还要保证各制动装置的同步性，才能保证输送机的安全制动。

四、结语

针对不同的上运倾斜带式输送机，应选择合适的制动方式，只有制动器与逆止器的有效配合才能减少单一设备的损坏率，增加制动系统的使用寿命，提高输送机制动和启动的安全可靠性。同时，在设计大倾角、长距离、重载上运带式输送机时，应该选择合理的制动器和逆止器，甚至采用先进控制方式，实现输送机制动时的 “软停车”，从而提高输送机制动的可靠性和安全性。