鋼纜膠帶液壓制動(dòng)系統(tǒng)安全技術(shù)改造與優(yōu)化

劉曉鵬，戚小穎，徐克誠(chéng)

（1.中平能化集團(tuán)平煤股份十礦，河南平頂山 467021;2.中平能化集團(tuán)許平煤業(yè)有限公司，河南平頂山 467500）

鋼纜膠帶液壓制動(dòng)系統(tǒng)安全技術(shù)改造與優(yōu)化

劉曉鵬1，戚小穎1，徐克誠(chéng)2

（1.中平能化集團(tuán)平煤股份十礦，河南平頂山 467021;2.中平能化集團(tuán)許平煤業(yè)有限公司，河南平頂山 467500）

以十礦己四鋼纜膠帶為實(shí)例，以制動(dòng)性能的可靠性、安全性為目的，通過(guò)調(diào)節(jié)液壓站溢流閥的設(shè)定值與改造電機(jī)控制方式，達(dá)到油泵電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)恒壓控制，從而解決了閘間隙過(guò)大或過(guò)小、電氣控制回路存在殘余電壓的隱患，保證了安全生產(chǎn)。

鋼纜膠帶;制動(dòng);溢流閥;閘間隙;殘余電壓;恒壓

Safety Technical Reformation and Optim ization of Steel Belt＇s Hydraulic System

作為現(xiàn)代化礦井的大型乘人運(yùn)輸設(shè)備，鋼絲繩牽引帶式輸送機(jī)具有運(yùn)送能力大、安全系數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)，其每小時(shí)可輸送原煤400t，運(yùn)送人員1125人。十礦己四鋼纜膠帶全長(zhǎng)為1600m，平均坡度14.5°，設(shè)計(jì)運(yùn)煤量500t/h，膠帶運(yùn)行速度:運(yùn)煤V1= 2.00m/s，運(yùn)人V2=1.50m/s，驗(yàn)繩V3=0.5m/s。采用目前國(guó)際上先進(jìn)的防爆交流四象限變頻調(diào)速技術(shù)，采用交—直—交變頻，用4套變頻調(diào)速裝置控制4臺(tái)電動(dòng)機(jī)，每套變頻調(diào)速裝置單獨(dú)供電，即使其中1臺(tái)變頻調(diào)速裝置出現(xiàn)故障，可以將其進(jìn)行斷電檢修，另外3套系統(tǒng)拖動(dòng)鋼纜膠帶運(yùn)轉(zhuǎn)。電控系統(tǒng)通過(guò)PLC的A/D模擬量輸入和D/A模擬量的輸出轉(zhuǎn)換，然后經(jīng)PID控制器，經(jīng)控制1和控制2的OUT±給定0～10V電壓，任意調(diào)節(jié)速度反饋信號(hào)，實(shí)現(xiàn)四象限變頻器同步，解決電機(jī)同步問(wèn)題。

1 液壓盤式閘制動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)及其工作原理

我國(guó)礦井制動(dòng)裝置大多采用液壓盤式閘制動(dòng)，由液壓站、盤形閘和電控系統(tǒng)組成。其中液壓站是制動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)和調(diào)節(jié)壓力機(jī)構(gòu)，其穩(wěn)定可靠運(yùn)行是礦井安全提升的必要保證，其性能和質(zhì)量直接影響設(shè)備和人身的安全。己四鋼纜膠帶使用的液壓站為PY－140B型，是專門為大型膠帶機(jī)所配中、高壓制動(dòng)器配套設(shè)計(jì)制造的，和制動(dòng)器組合成為制動(dòng)系統(tǒng)，是膠帶機(jī)運(yùn)煤、運(yùn)人及其設(shè)備安全可靠運(yùn)行的重要保證。本液壓站采用獨(dú)立結(jié)構(gòu)形式，共有2套油泵裝置，2套調(diào)壓及控制閥組，相互獨(dú)立、互不影響，都設(shè)置在一個(gè)油箱外面，維修時(shí)不必揭開(kāi)油箱蓋就可以處理故障。

1.1 液壓站技術(shù)特征及作用

其制動(dòng)油最大壓力14MPa，最大輸油量13L/ min，工作油溫不超過(guò)65℃，采用22號(hào)透平油或者N32抗磨液壓油，蓄能器容積10L，充氮壓力10～12MPa。

液壓站主要功能:

（1）在膠帶機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，提供一定壓力的液壓油，控制制動(dòng)器松閘，而在膠帶機(jī)正常停車時(shí)，可進(jìn)行安全制動(dòng)，并根據(jù)實(shí)際需要，可以使膠帶機(jī)獲得二級(jí)制動(dòng)效果，保證停車平穩(wěn)。

（2）在一般事故狀態(tài)下，進(jìn)行安全制動(dòng)，保證停車平穩(wěn)，減少鋼絲繩對(duì)繩輪外套的磨損。

（3）在特殊事故狀態(tài)下，可進(jìn)行緊急制動(dòng)，使制動(dòng)器立即抱閘，確保系統(tǒng)安全。

1.2 液壓站工作原理

PY－140B液壓站由工作制動(dòng)和安全制動(dòng)兩部分組成 （圖1）。工作制動(dòng)部分是由油泵、濾油器、大皮囊蓄能器及調(diào)壓部分組成，安全制動(dòng)部分是由電磁閥、溢流閥及小皮囊蓄能器組成。

工作制動(dòng)部分原理:系統(tǒng)油壓大小是由調(diào)壓部分來(lái)完成的，通過(guò)調(diào)節(jié)溢流閥7手柄來(lái)確定系統(tǒng)油壓。膠帶機(jī)正常工作時(shí)，電磁閥 G3，G4，G5，G6，G7，G8處于通電狀態(tài)，壓力油可以進(jìn)入盤形制動(dòng)器，使制動(dòng)器處于開(kāi)閘狀態(tài)。

正常停車時(shí)，為了停車平穩(wěn)，應(yīng)采用安全制動(dòng)方式停車，即G3，G4，G7電磁閥立即斷電，G5電磁閥延時(shí)斷電。

安全制動(dòng)部分是由電磁閥G4，G5，G7溢流閥G10、小皮囊蓄能器14等組成。膠帶機(jī)正常工作時(shí)，通過(guò)電磁閥G4，G5，G7及蓄能器14等做好二級(jí)制動(dòng)的準(zhǔn)備，一旦膠帶機(jī)正常停止，或系統(tǒng)出了故障，其中包括全礦停電，電磁閥G3，G4，G7立即斷電，制動(dòng)器的壓力油其中一路通過(guò)電磁閥G3迅速流到油箱，另一路通過(guò)G4經(jīng)過(guò)溢流閥10后部分流回油箱，當(dāng)制動(dòng)器的油壓降到溢流閥10調(diào)定的壓力時(shí)，就不再下降，由蓄能器來(lái)維持制動(dòng)器保持某一油壓值，此時(shí)，制動(dòng)器所具備的制動(dòng)力矩使膠帶機(jī)系統(tǒng)能較好地滿足減速度的要求，經(jīng)過(guò)幾秒延時(shí)后，直流電磁閥G5延時(shí)斷電，蓄能器和制動(dòng)器的油迅速通過(guò)G5回到油箱，此時(shí)制動(dòng)器立即產(chǎn)生近似于膠帶機(jī)3倍靜力矩，使膠帶機(jī)系統(tǒng)處于全制動(dòng)狀態(tài)。其二級(jí)制動(dòng)曲線如圖2。

圖1 己四鋼纜液壓制動(dòng)系統(tǒng)

圖2 二極制動(dòng)曲線

當(dāng)任何緊急情況發(fā)生時(shí)，A點(diǎn)的油壓迅速降到B點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的時(shí)間t0為閘瓦的空行程時(shí)間，隨后立即降到C點(diǎn)，經(jīng)過(guò)t1的時(shí)間延長(zhǎng)后到達(dá)D點(diǎn)，提升系統(tǒng)在D點(diǎn)應(yīng)停止運(yùn)行。這時(shí)延時(shí)閥開(kāi)始動(dòng)作，油壓由D點(diǎn)迅速降到E點(diǎn)。此刻，盤形制動(dòng)器產(chǎn)生近于3倍靜力矩將膠帶機(jī)閘住。

2 液壓站存在問(wèn)題及解決方案

2.1 液壓站存在問(wèn)題

己四鋼纜膠帶自投入運(yùn)行以來(lái)，其運(yùn)輸能力得到廣泛認(rèn)可，但其安全性能也一直受到很大關(guān)注。在安裝初期，液壓系統(tǒng)存在著一些設(shè)計(jì)問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下2個(gè)方面:

（1）停車時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)電磁閥卡閥現(xiàn)象。

（2）壓力控制器調(diào)節(jié)范圍太大，存在著壓力差，造成盤型閘運(yùn)行時(shí)制動(dòng)閘間隙不固定，下限時(shí)蹭閘，上限時(shí)閘間隙超限。（《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定:盤型閘閘間隙不能超過(guò)2mm）。

2.2 消除殘余電壓

針對(duì)電磁閥卡閥現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步地觀察檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是運(yùn)行1號(hào)液壓站還是運(yùn)行2號(hào)液壓站，相對(duì)應(yīng)的另一套液壓站的電磁閥線圈之間存在著大約50V的殘余電壓，這就使電磁閥釋放不徹底，造成油路不暢通，從而制動(dòng)閘不能正常投入工作，這嚴(yán)重影響了己四鋼纜膠帶的運(yùn)輸安全性能，帶來(lái)了極大的安全隱患，必須予以解決。

經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析電控圖 （圖3）后發(fā)現(xiàn)，G3，G4，G7帶電是由于廠家設(shè)計(jì)不合理，127V電壓經(jīng)過(guò)G6，G3G4G7，G3'G4'G7'，K26（安全繼電器，正常工作時(shí)帶電）的常開(kāi)接點(diǎn)形成閉合回路，從而使線圈兩端具有大約50V的電壓。運(yùn)行2號(hào)液壓站時(shí)，1號(hào)液壓站的電磁閥G3'，G4'，G7'線圈帶電也是此理。找到原因后，定下了改造方案（圖4）:在原圖紙只有一對(duì)K32常開(kāi)常閉接點(diǎn)控制G6G6'，G3'G4'G7'，G3G4G7電磁閥的基礎(chǔ)上，增加一組K32繼電器的常開(kāi)常閉接點(diǎn)分別控制電磁閥G3'G4'G7'與G3G4G7。由于K32繼電器只有2組輔助接點(diǎn)，實(shí)際需要3組接點(diǎn)，故再與K32繼電器并聯(lián)一個(gè)同型號(hào)的繼電器K32'，以解決接點(diǎn)不足的問(wèn)題。

圖3 原電磁閥控制

2.3 實(shí)現(xiàn)恒壓控制

己四鋼纜膠帶自投入運(yùn)行以來(lái)，盤形閘間隙一直是受關(guān)注的問(wèn)題。通過(guò)壓力控制器的接點(diǎn)動(dòng)作控制齒輪泵的自動(dòng)啟、停，當(dāng)油壓力等于或大于壓力控制器設(shè)定的壓力上限時(shí)，該控制器發(fā)出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)，使油泵自動(dòng)停止;當(dāng)油壓力小于調(diào)值時(shí)（控制器自身有切換壓力差），該控制器發(fā)出一個(gè)反向的開(kāi)關(guān)信號(hào)，使泵又自動(dòng)啟動(dòng)，這樣就把壓力保持在上下限之間。由于上下限之間壓力差過(guò)大，達(dá)到3MPa，使得在壓力下限調(diào)節(jié)閘間隙時(shí)，隨著壓力緩慢損失，導(dǎo)致閘間隙過(guò)小，閘盤與盤形閘塊之間摩擦加劇，也就是所說(shuō)的“蹭閘”，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行電流增大，降低了運(yùn)輸效率，增加了能量損耗;在壓力上限調(diào)節(jié)時(shí)，可能造成閘間隙大于《煤礦安全規(guī)程》要求，存在嚴(yán)重的安全隱患。

圖4 新電磁閥控制

經(jīng)過(guò)研究論證，舍棄壓力控制器，當(dāng)運(yùn)行1號(hào)液壓站時(shí)，按下“制動(dòng)油泵合”按鈕，1號(hào)油泵開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，并保持連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)改變溢流閥7的作用，重新設(shè)定其溢流值，對(duì)其進(jìn)行恒壓供油，將多余的油壓通過(guò)溢流閥流回油箱。這樣就保持了系統(tǒng)壓力的恒定，在此基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)各個(gè)盤形閘塊的閘間隙，從而穩(wěn)定了閘間隙，解決了存在的安全隱患。

2.4 安裝冷卻器，降低油溫

采用齒輪泵長(zhǎng)轉(zhuǎn)的方式，保持了壓力的恒定，解決了盤形閘間隙的問(wèn)題，但油泵的長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)加速了油的循環(huán)，造成了液壓油溫度的升高，甚至接近液壓油的極限溫度65℃。鑒于此情況，設(shè)計(jì)安裝了1臺(tái)冷卻器 （圖5），把油從油箱內(nèi)抽出，采用水冷方式降低油溫，然后再回到油箱，最終徹底解決了液壓站油溫升高過(guò)快的問(wèn)題。

圖5 改造后液壓制動(dòng)系統(tǒng)

3 結(jié)束語(yǔ)

液壓站電氣控制及液壓控制方面的改造后，經(jīng)過(guò)運(yùn)轉(zhuǎn)觀察，其空負(fù)荷及重負(fù)荷運(yùn)行時(shí)電機(jī)電流、盤形閘間隙、頻率、正常停車滑行距離、緊急停車滑行距離等指標(biāo)均符合要求，殘余電壓已經(jīng)消除，液壓站各個(gè)電磁閥工作正常，從源頭上解決了盤型閘塊抱閘不徹底、閘間隙不穩(wěn)定的遺留問(wèn)題，達(dá)到安全制動(dòng)的要求，在實(shí)際運(yùn)行中液壓站溫度降低了11℃左右，取得了良好的運(yùn)轉(zhuǎn)效果，獲得了巨大的安全效益。

［1］李玉瑾，劉宏斌.改善礦井提升機(jī)液壓站制動(dòng)性能的研究［J］.礦山機(jī)械，2000（8）:31－32.

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TD534.5

B

1006-6225（2011）04-0086-03

2011－03－14

劉曉鵬 （1983－），男，河南平頂山人，助理工程師，從事機(jī)電運(yùn)輸技術(shù)研究，現(xiàn)任礦機(jī)電運(yùn)輸區(qū)副區(qū)長(zhǎng)。

［責(zé)任編輯:鄒正立］