上運(yùn)傾斜帶式輸送機(jī)制動(dòng)問題的探析

文/郭國平

近年來，隨著煤礦開采的深入和裝備技術(shù)的提高，大傾角、高速、重載帶式輸送機(jī)已被廣泛的應(yīng)用到煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)中，在煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。然而，制動(dòng)系統(tǒng)作為帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵組成部分，其功能是否完善、性能的好壞、配合的方式等，都直接影響著煤礦的生產(chǎn)安全和人身安全。因此，研究制動(dòng)器與逆止器在輸送機(jī)制動(dòng)過程中的作用以及配合方式，對大傾角上運(yùn)帶式輸送機(jī)的安全可靠運(yùn)行有著重要的意義。

一、上運(yùn)傾斜帶式輸送機(jī)制動(dòng)力矩計(jì)算及控制方式

1.上運(yùn)傾斜帶式輸送機(jī)制動(dòng)力矩的計(jì)算

上運(yùn)傾斜帶式輸送機(jī)的制動(dòng)原理是基于能量的轉(zhuǎn)化，其運(yùn)行時(shí)的動(dòng)能和勢能一部分被輸送帶運(yùn)行阻力抵消，另一部分被制動(dòng)器或逆止器輸出的力矩消耗，從而保證輸送機(jī)的正常停車。該輸送機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)通常使用液壓盤式制動(dòng)器，其制動(dòng)盤安裝在驅(qū)動(dòng)滾筒軸上或者減速機(jī)的低速軸上，制動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)滾筒所受的各種力矩如下圖所示。

ν-運(yùn)行速度，α-減速度，ω-驅(qū)動(dòng)滾筒的角速度，ΜΖ-總制動(dòng)力矩，ΜJ-總慣性矩，ΜF(xiàn)-總阻力矩

由于各力矩間滿足力系平衡關(guān)系，則在制動(dòng)器輸出的制動(dòng)力矩ΜΖ為：

ΜΖ=ΜJ-ΜF(xiàn)=Σm·a·R-FuR

（1）輸送帶運(yùn)行阻力Fu的計(jì)算

在輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，其輸送帶總運(yùn)行阻力包括輸送機(jī)提升物料的阻力、輸送機(jī)托輥的旋轉(zhuǎn)阻力、輸送帶的壓陷及變形阻力、其他附加阻力。因此，輸送帶總運(yùn)行阻力Fu為：

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

式中 L—輸送機(jī)的運(yùn)輸距離（m）；

C—阻力系數(shù)

f—等效運(yùn)行摩擦系數(shù)

qRO—承載分支托輥旋轉(zhuǎn)部分的單位長度質(zhì)量（kg/m）；

qRU—回程分支托輥旋轉(zhuǎn)部分的單位長度質(zhì)量（kg/m）；

qB—單位長度輸送帶的質(zhì)量（kg/m）；

qG—單位長度輸送物料的質(zhì)量

Q—輸送機(jī)輸送能力（t/h）；

ζ—輸送機(jī)的傾角；

ν—輸送機(jī)運(yùn)行速度（m/s）；

H—輸送機(jī)機(jī)頭與機(jī)尾高度差（m）；

FS1—附加阻力（N），包括輸送帶與清掃器產(chǎn)生的摩擦阻力，卸料器與輸送帶間產(chǎn)生的摩擦阻力、回程分支輸送帶的翻轉(zhuǎn)阻力等。

（2）輸送機(jī)總慣性矩ΜJ的計(jì)算

帶式輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的總慣性矩由轉(zhuǎn)動(dòng)部件的慣性矩和移動(dòng)部件的慣性矩組成，轉(zhuǎn)動(dòng)部件主要有驅(qū)動(dòng)滾筒、托輥、減速機(jī)等，移動(dòng)部件主要有承載的物料、輸送帶等。因此，由力學(xué)運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知，輸送機(jī)總慣性矩ΜJ為：

ΜJ=Σm·a·R

式中Σm——輸送機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)部件總變位質(zhì)量（㎏）；

a——輸送機(jī)制動(dòng)減速度（m／s2）；

2.上運(yùn)傾斜帶式輸送機(jī)逆止力矩的計(jì)算

上運(yùn)傾斜帶式輸送機(jī)重載運(yùn)行時(shí)，如果物料的下滑分力大于輸送帶的運(yùn)行阻力，在輸送機(jī)停車時(shí)就會(huì)發(fā)生倒轉(zhuǎn)。為防止輸送機(jī)的停車倒轉(zhuǎn)，則需要安裝逆止器來抵消該下滑力，從而保證輸送機(jī)的安全停車。另外，當(dāng)輸送機(jī)重載啟動(dòng)時(shí)，如果驅(qū)動(dòng)力不能抵消下滑力，輸送機(jī)也會(huì)倒轉(zhuǎn)，只有隨著驅(qū)動(dòng)力的不斷增大，輸送機(jī)才能正常啟動(dòng)。由此可見，逆止器在輸送機(jī)正常停車和啟動(dòng)時(shí)都能起到很重要的作用。

據(jù)輸送機(jī)的受力特性可得保證不倒轉(zhuǎn)的逆止力矩Mn，可用下式計(jì)算：

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

式中參數(shù)與制動(dòng)力矩計(jì)算式中參數(shù)相同。

從上式可知，當(dāng)逆止力矩MN≤0時(shí)，則表示不需要逆止器輸送機(jī)也可以安全停車，不會(huì)發(fā)生倒轉(zhuǎn)。當(dāng)逆止力矩MN≥0時(shí)，則表示如果沒有相應(yīng)的逆止力矩抵消下滑力，輸送機(jī)必然會(huì)發(fā)生倒轉(zhuǎn)。因此，需要安裝逆止器或者制動(dòng)器，才能保證輸送機(jī)正常停車。

二、上運(yùn)傾斜帶式輸送機(jī)制動(dòng)控制方式

1.制動(dòng)器與逆止器的作用分析

大傾角上運(yùn)帶式輸送機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)主要包括制動(dòng)器和逆止器。制動(dòng)器用來保證輸送機(jī)的正常停車，逆止器則是防止正常停車后或者重載啟動(dòng)時(shí)輸送機(jī)倒轉(zhuǎn)，保證輸送機(jī)的安全停車和正常啟動(dòng)。只有制動(dòng)器與逆止器有效配合才能減少單一設(shè)備的損壞率，增加制動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命，保證輸送機(jī)的安全可靠運(yùn)行。

2.輸送機(jī)制動(dòng)的控制方式

長距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)一般常用三種停車控制方式，即，自由停車、減速停車和緊急停車。自由停車一般應(yīng)用在單臺(tái)、運(yùn)輸距離較小、水平運(yùn)輸?shù)妮斔蜋C(jī)中，不需要安裝制動(dòng)系統(tǒng)；減速停車則是運(yùn)輸系統(tǒng)常用的控制方式，運(yùn)輸系統(tǒng)多由幾條連續(xù)輸送機(jī)組成，只有控制各輸送機(jī)的停車時(shí)間，才能保證輸送系統(tǒng)的順序停車，避免產(chǎn)生堆煤事故。

3.輸送機(jī)軟停車的重要性

當(dāng)輸送機(jī)重載停車或者需要對停車時(shí)間進(jìn)行控制時(shí)，必須配備合適的制動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)，且制動(dòng)器能夠輸出足夠的制動(dòng)力矩，保證停車過程的可靠平穩(wěn)。另外，隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)代控制更傾向于實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)的“軟啟動(dòng)”和“軟停車”，輸送機(jī)的軟停車能夠有效減小停車引起的機(jī)械沖擊，減少對輸送機(jī)設(shè)備的損壞，以延長輸送機(jī)的使用壽命。目前，應(yīng)用比較廣泛的實(shí)現(xiàn)軟停車控制方式是采用變頻器控制停車或者電磁比例液壓制動(dòng)。因此，對于長距離、重載的主運(yùn)輸帶式輸送機(jī)，一般要實(shí)現(xiàn)其軟停車，從而提高煤礦整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性和生產(chǎn)的安全性。

三、制動(dòng)器與逆止器的配合方式

1.單臺(tái)帶式輸送機(jī)

對于單條運(yùn)輸量小、距離短、水平運(yùn)輸?shù)膸捷斔蜋C(jī)可以不安裝制動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)自由停車。但對于傾角、運(yùn)量較大輸送時(shí)，為避免發(fā)生倒轉(zhuǎn)，則需要同時(shí)安裝制動(dòng)器和逆止器。

2.多臺(tái)輸送機(jī)組成的輸送系統(tǒng)

對于多臺(tái)輸送機(jī)組成的輸送系統(tǒng)，一般要控制其各機(jī)的停車時(shí)間來實(shí)現(xiàn)輸送系統(tǒng)的順序停車，保證在停車過程中不會(huì)出現(xiàn)堆煤撒料事故。為實(shí)現(xiàn)順序停車，必須安裝制動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)，且控制方式應(yīng)當(dāng)為減速停車，從而來縮短輸送系統(tǒng)的停車總時(shí)間和提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性；同理，啟動(dòng)時(shí)要保證其順序性，也必須安裝逆止器來實(shí)現(xiàn)。因此，對于連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)需要同時(shí)安裝逆止器和制動(dòng)器來保證多臺(tái)輸送機(jī)的順序停車和啟動(dòng)。

3.采用多滾筒驅(qū)動(dòng)的輸送機(jī)

長距離、大運(yùn)量的帶式輸送機(jī)通常采用多滾筒驅(qū)動(dòng)，由于其角度較大，物料的下滑力也隨之增大。因此，需要安裝多套制動(dòng)器和逆止器。多滾筒驅(qū)動(dòng)的輸送機(jī)，不僅要保證制動(dòng)器和逆止器的配合制動(dòng)，還要保證各制動(dòng)裝置的同步性，才能保證輸送機(jī)的安全制動(dòng)。

四、結(jié)語

針對不同的上運(yùn)傾斜帶式輸送機(jī)，應(yīng)選擇合適的制動(dòng)方式，只有制動(dòng)器與逆止器的有效配合才能減少單一設(shè)備的損壞率，增加制動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命，提高輸送機(jī)制動(dòng)和啟動(dòng)的安全可靠性。同時(shí)，在設(shè)計(jì)大傾角、長距離、重載上運(yùn)帶式輸送機(jī)時(shí)，應(yīng)該選擇合理的制動(dòng)器和逆止器，甚至采用先進(jìn)控制方式，實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)制動(dòng)時(shí)的 “軟停車”，從而提高輸送機(jī)制動(dòng)的可靠性和安全性。