煤礦膠帶運(yùn)輸機(jī)制動問題研究

朱文清

【摘 要】隨著國家對煤礦安全生產(chǎn)管理的規(guī)范，要求工作人員及必須時查詢現(xiàn)場設(shè)備的安全測控信息。目前膠帶運(yùn)輸機(jī)在煤礦中得到了廣泛的應(yīng)用，膠帶運(yùn)輸機(jī)的傳動是通過驅(qū)動裝置驅(qū)動滾筒與膠帶之間的摩擦力來傳遞的，隨著膠帶的移動，物料會從一端輸送到另一端。與其它類型的輸送機(jī)相比，膠帶運(yùn)輸機(jī)噪音小，耗電少，自重小，可有效提高輸送速度，但是其缺點是不耐沖擊，停機(jī)上閘發(fā)生的斷軸事故所造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大，因此有必要開展這方面的研究。

【關(guān)鍵詞】煤礦；膠帶運(yùn)輸機(jī)；制動

近年來我國對煤礦膠帶運(yùn)輸機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究和新產(chǎn)品開發(fā)都取得了可喜的成果，但與國外相比，機(jī)型偏小，帶速普遍較低，仍延用以往的靜態(tài)設(shè)計法，用加大輸送帶安全系數(shù)的方法來提高可靠性，致使元部件設(shè)計得不到有效提高。

1.煤礦膠帶運(yùn)輸機(jī)停機(jī)存在的問題

煤礦膠帶運(yùn)輸機(jī)正常停機(jī)過程中，按下停機(jī)按鈕時電源斷電，經(jīng)短暫延時后工作閘斷電上閘，約在帶速大于2.2m/s時閘瓦就已接觸制動輪，從而對機(jī)械部件造成很大的沖擊。有時因延時不準(zhǔn)造成工作閘上閘過慢，膠帶機(jī)發(fā)生逆轉(zhuǎn)使機(jī)械式逆轉(zhuǎn)保護(hù)器動作造成安全閘斷電上閘。當(dāng)煤礦膠帶運(yùn)輸機(jī)出現(xiàn)事故需緊急停機(jī)時，扳動急停開關(guān)則主電源斷電，造成膠帶運(yùn)輸機(jī)的所有制動器斷電，工作閘和安全閘同時上閘時閘死膠帶機(jī)。上述的上閘控制系統(tǒng)中，原有的繼電器定時限延時上閘造成停機(jī)后的上閘時間固定，不能隨運(yùn)煤量的大小而改變，再加上機(jī)械式時間繼電器延時不準(zhǔn)，為安全起見常將延時時間定得很短，結(jié)果造成膠帶運(yùn)輸機(jī)重載下正常停機(jī)時在較高的速度下強(qiáng)行上閘所產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊會損傷機(jī)械部件或直接引發(fā)機(jī)械故障。

由于煤礦條件惡劣，機(jī)械式逆轉(zhuǎn)繼電器受環(huán)境等多種因素影響，再加上是單個設(shè)置，不能做到絕對可靠，某煤礦曾發(fā)生過嚴(yán)重的逆轉(zhuǎn)事故，造成主電機(jī)燒毀、減速機(jī)損壞、巷道嚴(yán)重受損等巨大損失。

2.膠帶運(yùn)輸機(jī)的制動裝置

膠帶運(yùn)輸機(jī)的制動裝置有逆止器和制動器。逆止器是供向上運(yùn)輸?shù)哪z帶運(yùn)輸機(jī)停車后限制輸送帶倒退，常見的有塞帶逆止器和滾柱逆止器。制動器供膠帶運(yùn)輸機(jī)停車用，它又可分為閘瓦制動器和盤式制動器。

最常見的逆止器是塞帶逆止器，塞帶逆止器結(jié)構(gòu)簡單、容易制造。當(dāng)膠帶運(yùn)輸機(jī)輸送時，制動帶不起制動作用；當(dāng)膠帶運(yùn)輸機(jī)倒行時，在摩擦力的作用下，制動帶被塞入輸送帶與滾筒之間，由于制動帶的另一端固定在機(jī)架上，制動帶與輸送帶之間的摩擦力制止輸送帶倒行。但是塞帶逆止器的缺點是必須倒轉(zhuǎn)一段距離才能制動，只適用于功率不大的膠帶運(yùn)輸機(jī)。

滾柱逆止器的星輪裝在雙端輸出減速器的外端，與輸送帶滾筒同向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)向上運(yùn)輸時，星輪切口內(nèi)的滾柱位于切口的寬側(cè)，不妨礙星輪在固定圈內(nèi)轉(zhuǎn)動；停車后輸送帶倒轉(zhuǎn)時，星輪反向轉(zhuǎn)動，滾柱擠入切口的窄側(cè)，當(dāng)滾柱愈擠愈緊時將星輪楔住，滾筒被制動不能倒轉(zhuǎn)。閘瓦制動器通常采用電動液壓推桿制動器，制動器裝在減速器輸入軸的制動輪聯(lián)軸器上，閘瓦制動器通電后，由電液驅(qū)動器推動松閘，失電時彈簧抱閘，制動力是由彈簧和杠桿加在閘瓦上的。閘瓦制動器的結(jié)構(gòu)緊湊，但制動副的散熱性能不好，不能單獨用于下膠帶運(yùn)輸機(jī)。盤式制動器是安裝在電動機(jī)與減速器之間的一套制動裝置，它由制動盤、制動缸和液壓系統(tǒng)組成。制動缸活塞桿端部裝有閘瓦，制動缸成對安裝在制動盤兩側(cè)，閘瓦靠制動缸內(nèi)的碟形彈簧加壓，用油壓松閘或調(diào)節(jié)閘瓦壓力。液壓系統(tǒng)由電磁比例溢流閥按控制信號調(diào)節(jié)進(jìn)入制動缸的油壓。盤式制動器的制動力矩可調(diào)，制動副的散熱條件比閘瓦制動器好。制動器選擇應(yīng)考慮的幾個問題：

（1）膠帶運(yùn)輸機(jī)在起動、運(yùn)行、停車制動時，都具有機(jī)械慣性。制動器通過克服膠帶運(yùn)輸機(jī)的機(jī)械慣性使之能夠準(zhǔn)確停車的。由于制動力矩和電機(jī)力矩的作用及性質(zhì)不同，所以制動器的選擇不應(yīng)根據(jù)電動機(jī)的功率進(jìn)行配備。制動器的制動力矩只要能克服機(jī)械慣性力，使膠帶運(yùn)輸機(jī)由額定帶速逐漸減速停車即可。

（2）當(dāng)傾角較大的提升膠帶運(yùn)輸機(jī)停止供電時，膠帶會發(fā)生逆轉(zhuǎn)。為了制止這種逆轉(zhuǎn)，現(xiàn)在的上運(yùn)膠帶運(yùn)輸機(jī)多采用逆止器以克服逆轉(zhuǎn)力矩。

（3）大型膠帶運(yùn)輸機(jī)都要求平穩(wěn)起動制動。一般制動停車時減速度大小a=-（0.1～0.3）m/s2，而采用制動停止的膠帶運(yùn)輸機(jī)，由于其停車的減速度大小與制動器力矩大小成正比，制動力矩過大，減速度過大，制動時間過短，因而引起膠帶振動，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，甚至皮帶在傳動滾筒上打滑以及機(jī)件損壞等。鑒于上述原因，制動器的選擇應(yīng)根據(jù)各膠帶運(yùn)輸機(jī)的具體情況進(jìn)行計算。膠帶運(yùn)輸機(jī)在正常情況下停車制動時，是主電動機(jī)斷電數(shù)秒后才給制動器上閘。若是上運(yùn)提升輸送機(jī)，主電動機(jī)斷電會引起皮帶倒轉(zhuǎn)，當(dāng)采用制動器作為逆止裝置時，不宜全部延時制動，應(yīng)先將工作制動器上閘，當(dāng)給出所需制動力矩較小時，即可上安全制動器。

3.智能制動方案設(shè)計

由于單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、靈活方便等很多優(yōu)點，根據(jù)以往制動閘測控系統(tǒng)中存在的問題，可以采用單片機(jī)組成膠帶運(yùn)輸機(jī)的測控方案。利用單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)來處理光電編碼器變換過來的轉(zhuǎn)速信號，然后利用單片機(jī)的輸出信號去控制繼電器輸出，以達(dá)到根據(jù)帶速發(fā)出適時上閘指令的要求，并能設(shè)置逆轉(zhuǎn)保護(hù)與機(jī)械式逆轉(zhuǎn)保護(hù)并聯(lián)作用。并利用數(shù)顯式時間繼電器完成各種時間參數(shù)的相互配合，整個方案可以作到雙重化設(shè)置，可靠性較高。

本設(shè)計方案中利用光電軸編碼器輸出的A、B兩相信號來完成對帶速以及皮帶是否倒行的檢測。如果工作閘出現(xiàn)故障，在第一時間內(nèi)沒有閘住皮帶，以致皮帶發(fā)生倒行，這時單片機(jī)會根據(jù)判向電路的信號使安全閘動作，避免事故的發(fā)生。單片機(jī)根據(jù)測得的帶速與設(shè)定的告警值的比較來決定是否上閘，克服了傳統(tǒng)的定時上閘的盲目性。為了進(jìn)一步提高可靠性，采用定時主閘系統(tǒng)與測速上閘系統(tǒng)相互配合，可以做到重載時測速系統(tǒng)上閘，輕載時定時系統(tǒng)上閘，并且定時時間可以根據(jù)輸送量的大小而變化。

本裝置具有定時上閘與測速上閘雙重功能，其中定時上閘為后備。在定時上閘控制中，當(dāng)按停機(jī)按鈕后，跳閘繼電器得電，使得高壓真空接觸器跳閘，其常閉接點閉合，數(shù)顯延時時間繼電器得電，延時后其接點閉合，使中間繼電器得電，同時發(fā)出上閘指令。測速上閘系統(tǒng)采用雙重設(shè)置，由光電軸編碼器采集轉(zhuǎn)速信號，其輸出信號經(jīng)判向電路后，進(jìn)入測速系統(tǒng)，測速單元輸出信號控制輸出繼電器，再由輸出繼電器控制中間繼電器，發(fā)出相應(yīng)的上閘指令。測速上閘系統(tǒng)的雙重設(shè)置即在膠帶運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭的兩端各安裝一套8051測控系統(tǒng)，可以保證當(dāng)一套系統(tǒng)發(fā)生故障時，另一套系統(tǒng)仍能保證安全可靠地上閘。本系統(tǒng)通過定時系統(tǒng)與測速系統(tǒng)的可靠配合，通過靈活多變的數(shù)字顯示為工作人員提供良好的人機(jī)界面，提高了系統(tǒng)的工作效率，實現(xiàn)了煤礦安全生產(chǎn)的智能化。

4.試驗結(jié)果

為了驗證方案的正確性，對方案進(jìn)行了現(xiàn)場驗證，部分?jǐn)?shù)據(jù)如下：

（1）輕載時帶速與時間。①穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)帶速：3.5m/s；②定時6秒上閘狀態(tài)：帶速：1.2m/s；上閘時間：6秒。

（2）重載時帶速與時間。①穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)帶速I：3.2m/s②智能制動上閘時的狀態(tài)：帶速I：0.5m/s；上閘時間：4秒。應(yīng)用該制動方案后，膠帶運(yùn)輸機(jī)抱閘時的速度由原來的2.3m/s左右降到0.4m/s左右，大大降低了對膠帶及制動閘的沖擊，此外，良好的人機(jī)界面方便了現(xiàn)場操作。

5.結(jié)論

針對原來制動系統(tǒng)中采用的固定延時上閘方式的弊端，測速上閘方式能夠根據(jù)帶速的大小上閘，避免了上閘產(chǎn)生的沖擊對設(shè)備的危害。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]楊達(dá)文，龐禹東等.國內(nèi)外煤礦帶式輸送機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展.煤礦機(jī)械，2012.