盘式制动装置在余吾煤业主皮带的应用

孙应军

（潞安集团余吾煤业公司，山西 长治 046000）

引言

近年来，随着我国煤炭开采技术的不断进步以及对煤炭运输要求的不断提高，输送机正朝着大功率、长距离、高带速和大运量的方向发展［1］，与之对应的大倾角上运或下运带式输送机的制动问题则成为煤矿安全生产中不得不关注的焦点，如果不能选择适合的制动装置，造成制动失灵，轻则导致输送机系统受损、制动装置损坏等问题［2］，重则会引起飞车甚至造成人员的伤亡，严重影响煤矿的正常生产。根据中华人民共和国煤炭行业的相关标准规定［3］，带式输送机在上运和下运情况下必须设置制动装置。目前常用的制动系统主要包括液力制动、电气动力制动以及盘式制动。而盘式制动装置不仅具有较大且可调的制动力矩，而且惯量小、工作安全可靠、动作迅速、散热性能好［4，5］，逐渐成为煤矿安全生产中主要采用的制动装置。

1 盘式制动装置的工作原理

当制动器的油腔r中通入压力油时，碟簧组被压缩，随着液压油油压P的升高，碟簧组被压缩并储存弹簧力，储存的弹簧力越大，闸瓦与制动盘之间的间隙就越大，此时盘式制动装置处于松闸状态，带式输送机处于正常运行的状态。当液压油的压力P降低时，储存的弹簧力被释放，闸瓦与制动盘之间的间隙逐渐减小。当闸瓦与制动盘间隙为零时，弹簧力F完全作用在制动盘上，并产生正压力N，随着油压P的逐渐降低，正压力N逐渐增大。当油压P为零时，正压力N达到最大，在正压力N的作用下，闸瓦与制动盘间产生摩擦力，在摩擦阻力的作用下逐渐使输送机停止运转（如图1）。

图1 盘式制动装置工作原理图

2 制动力矩的计算

为了避免对输送机主轴施加轴向力引起的传动轴变形，带式输送机用盘式制动装置在工作的过程中制动器都是成对使用并分布在制动盘的圆周上。因此带式输送用盘式制动装置在制动的过程中能产生最大的制动力矩［6］。

式中：n为制动器对数；N为制动器施加在制动盘上的正压力，N；f为摩擦系数，取f＝0.3～0.4；R为制动盘摩擦平均半径，m。

其中

将式（2）带入式（1）中可得

由此便可计算出制动装置能提供的最大制动力矩。

3 余吾煤业公司主运皮带的基本参数

余吾煤业公司年产7 000kt，主运输系统分为南北两翼，综采工作面破煤后转载至南北翼主皮带并流入主井1号、2号煤仓，主运皮带输送机参数如表1所示。

表1 输送机参数表

在综合对比各种带式输送机用制动装置，并从余吾煤业公司的实际情况出发，经过科学的分析计算可得在最不利的工况下传动滚筒所需要的静制动力矩为Mi＝149.46kN·m，故所需要的最大制动力矩Mmax＝1.5Mi＝224.19kN·m。根据现场实际情况选择制动盘直径为2 000mm，认为从长远考虑太原市博世通机电液工程有限公司的KPZ－2000型带式输送机用盘式制动装置是目前最适合余吾煤业公司井下大功率带式输送机的制动控制系统，在制动盘的周围设置4对制动器，能提供的总制动力矩为240kN·m，完全能满足生产需要，其布置方式如图2所示。

图2 制动装置布置图

4 盘式制动装置的工作方式

在带式输送机正常运行的过程中，调定好液压泵站，当PLC控制柜接收到启动信号后，控制泵站向制动头内部注入压力油，通过液压油压缩碟簧使闸瓦与制动盘间产生1～2mm的间隙。此时PLC使电磁换向阀，系统保压，通过压力传感器检测系统的压力。当系统压力低于额定压力时，PLC会控制电机自动启动，使得系统压力保持恒定，保证制动器在打开状态。在正常的生产过程中，如果带式输送机发生超速，系统可通过PLC控制电液调压阀，调整液压系统的压力使盘式制动器制动，当速度恢复正常值时，制动器打开恢复到正常状态。

在正常制动的情况下，PLC控制电磁换向阀失电，制动头内部的油液通过电磁球阀流回油箱，闸瓦在碟簧的作用下抱紧制动盘产生制动力使带式输送机停止运转，运输设备处于制动停车状态。在制动的过程中通过PLC控制比例阀的开口大小来控制流回油箱油液的量，从而控制制动器对制动盘施加的正压力和制动时间，使制动时制动器先快速闭合到与制动盘接触，然后逐渐增大作用于制动盘上的正压力。通过精确的设置控制信号可以实现当制动盘以最高许用转速50r／min运转时，在48s内实现平稳制动，在制动过程中制动盘盘面的最高温度为97℃，而且在制动过程中没有出现冒烟、火花等现象。

在紧急制动的情况下，当系统接到紧急制动命令或是系统本身出现故障时，制动头内部的油液通过换向阀快速流回到泵站的油箱中，系统压力快速下降，盘式制动装置迅速抱紧实现紧急制动。

5 盘式制动装置常见的失效形式

5.1 碟簧刚度不足

碟簧是带式输送机用盘式制动装置的核心部件。制动装置的制动器在制动过程中产生的制动力矩主要是由碟簧的预压缩而产生的，因此当碟簧出现疲劳、断裂等问题后导致制动力矩不足，应定期更换碟簧。

5.2 闸瓦的过度磨损

带式输送机用盘式制动装置的每次制动都会造成闸瓦磨损，闸瓦和制动盘之间的间隙越小越容易加速闸瓦的磨损，在制动过程中不合理的制动减速度也会加速闸瓦材料的磨损。因而，保持闸瓦和制动盘之间合理的间隙、采用科学合理的制动减速度可以减少闸瓦磨损，延长其使用寿命。根据余吾煤业公司所使用的闸瓦材料经过科学合理的计算及使用经验可知保持闸瓦和制动盘之间的间距为1.5mm、制动减速度保持在（0.1～0.3）m／s2时，能大幅延迟闸瓦的寿命。

5.3 制动盘的偏摆

制动盘的同轴度容易受到安装误差、加工误差，以及主轴游隙等几方面因素的影响。在运动的过程中制动盘如果出现偏摆现象，会使制动盘上面的几对制动器不能同时有效地作用于制动盘，将会大大降低制动力矩，影响制动过程的平稳性并产生制动噪音。因此，需要定期采用检测装置检测制动盘在运行过程中的偏摆，一旦发现其偏摆超过规定的数值，需要及时调整以免影响系统的正常制动。

6 结语

经过实践可知，余吾煤业公司采用KPZ－2000型带式输送机用盘式制动装置为主运皮带提供制动力是科学、合理的，能够解决大运量、高速度、长距离、大功率带式输送机在制动过程中常见的制动力不足导致无法正常制动等问题，同时该结构在增大了制动盘有效散热面积的同时也极大地增强了制动盘的散热能力。所以余吾煤业公司所采用的KZP系列带式输送机用盘式制动装置的制动盘即使是在多次制动后其温升变化也比其他制动装置小很多，能够满足井下防爆要求。在保障设备安全可靠的情况下显著提高输送机运行的经济效益、推进了煤矿生产设备的技术进步。

［1］ 王战洲，张永忠，茅献彪.带式输送机断带防止上下带下滑方法的研究（上）［J］.煤炭科学技术，1992，27（2）：1－3.

［2］ 吴政.矿用下运式带式输送机盘式制动器原理及失效分析 ［J］.煤矿机械，2014，35（8）：116－117.

［3］ 王烽法，李云海，朱路群.下运带式输送机盘式制动器的研究和应用 ［J］.煤矿机电，2003，27（5）：70－73.

［4］ 王新伟.盘式制动器在带式输送机上的应用［J］.起重运输机械，2005，24（11）：62－63.

［5］ 王荣红，马存贵.盘式制动器振动特性的试验研究 ［J］.煤矿机械，2011，32（11）：84－86.

［6］ 包继华，于岩，周满山.下运式带式输送机盘式制动系统的研究［J］.煤矿自动化，2000（5）：9－10.