膠帶輸送機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化

馮建平

（山西陽(yáng)煤寺家莊有限責(zé)任公司， 山西 陽(yáng)泉 045300）

1 膠帶輸送機(jī)概述

膠帶輸送機(jī)為綜采工作面關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，其主要承擔(dān)煤炭、煤矸石等物料的運(yùn)輸。為保證膠帶輸送機(jī)能夠與綜采工作面高效、安全的生產(chǎn)理論相契合，對(duì)其提出了高可靠性、大運(yùn)量、大運(yùn)速以及通用性高的要求。以鋼絲繩為牽引的膠帶輸送機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)其制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化分析。本文所研究膠帶輸送機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，該膠帶輸送機(jī)的運(yùn)量大小為500 t/h，根據(jù)工作面的傾斜程度其對(duì)應(yīng)的傾斜角度為17°，輸送帶的單程長(zhǎng)度為1.15 km。該膠帶輸送機(jī)主要運(yùn)輸對(duì)象為原煤，且原煤的質(zhì)量參數(shù)如表1所示[1]：

在實(shí)際運(yùn)輸過(guò)程中當(dāng)運(yùn)輸對(duì)象為原煤或者物料時(shí)輸送機(jī)的運(yùn)速為2 m/s；當(dāng)運(yùn)輸對(duì)象為作業(yè)人員時(shí)其對(duì)應(yīng)的運(yùn)速為1.5 m/s，其針對(duì)作業(yè)人員的運(yùn)量為800 人/h。膠帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)輪的直徑為3 500 mm，導(dǎo)向滾筒的直徑為2 500 mm，目前該輸送機(jī)由兩臺(tái)電機(jī)對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)， 對(duì)應(yīng)電機(jī)的型號(hào)為YPKK500-8G400。

圖1 膠帶輸送機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

表1 膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸原煤參數(shù)

2 膠帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置分析

制動(dòng)系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為膠帶輸送機(jī)的兩大系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化和改造，需充分掌握當(dāng)前驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，并注重對(duì)膠帶機(jī)在下行工況下所出現(xiàn)的失速問(wèn)題進(jìn)行分析。

根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的不同可將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。但是，在實(shí)際應(yīng)用中直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)用成本較高[2]。因此，一般以交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用較為廣泛，但是交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)存在啟動(dòng)性能差、對(duì)系統(tǒng)沖擊較大的問(wèn)題，故為實(shí)現(xiàn)交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在長(zhǎng)距離、大運(yùn)量的環(huán)境中應(yīng)用，常采用與液壓系統(tǒng)相結(jié)合的CST 軟啟動(dòng)、與變頻器聯(lián)合應(yīng)用的變頻啟動(dòng)等驅(qū)動(dòng)方式。目前，本礦所采用膠帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置為交流變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其對(duì)應(yīng)的各裝置布置情況如圖2 所示。

如圖2 所示，膠帶輸送機(jī)盤(pán)式制動(dòng)裝置為其制動(dòng)系統(tǒng)，主要由制動(dòng)裝置和液壓系統(tǒng)組成。其中，制動(dòng)裝置由制動(dòng)閘和制動(dòng)盤(pán)組成[3]。差動(dòng)裝置的主要作用是平衡兩根鋼絲繩的速度，避免輸送帶出現(xiàn)脫槽的現(xiàn)象。經(jīng)分析可知，當(dāng)輸送帶處于下行工況時(shí)運(yùn)輸物料或者人員的下滑力大于制動(dòng)力時(shí)會(huì)出現(xiàn)下滑失速的情況，而過(guò)量地減少輸送帶運(yùn)輸物料的重量或人員的人數(shù)導(dǎo)致其運(yùn)輸效率低下，間接影響整個(gè)工作面的生產(chǎn)效率。因此，在保證膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸安全性的基礎(chǔ)上，需對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化以使其運(yùn)輸效率達(dá)到最大。

圖2 膠帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置布置情況

3 膠帶輸送機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化

3.1 膠帶輸送機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的總體優(yōu)化

針對(duì)膠帶輸送機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化，其一是為增加工作面的運(yùn)輸效率，其二是在設(shè)備出現(xiàn)失速情況時(shí)，原制動(dòng)系統(tǒng)只能通過(guò)停機(jī)操作保證系統(tǒng)的安全，增加了運(yùn)輸系統(tǒng)的停機(jī)時(shí)長(zhǎng)，增加了運(yùn)輸成本。因此，本節(jié)著重對(duì)膠帶輸送機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，即對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行改造。

結(jié)合工業(yè)中制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)液壓分系統(tǒng)的主要控制方式，本節(jié)采用電磁比例溢流閥對(duì)輸送帶速度進(jìn)行控制，并采用兩個(gè)二位換向閥對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行工況進(jìn)行隨時(shí)切換，與此同時(shí)為保證會(huì)自動(dòng)系統(tǒng)的平穩(wěn)性和安全性采用蓄能器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行沖液。對(duì)應(yīng)改造后的液壓系統(tǒng)原理如圖3 所示。

基于如圖3 改造后的制動(dòng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)膠帶輸送機(jī)的軟啟動(dòng)、緩慢制動(dòng)、停電制動(dòng)保護(hù)以及根據(jù)工況對(duì)輸送帶速度進(jìn)行調(diào)整等功能[4]。

3.2 膠帶輸送機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)液壓元件選型

3.2.1 液壓泵的選型

液壓泵的主要作用是為制動(dòng)系統(tǒng)提供足夠壓力的液壓油，為保證制動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)速度，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，制動(dòng)系統(tǒng)在1 s 內(nèi)具備制動(dòng)性能。由于制動(dòng)器工作時(shí)所需的液壓油為115 mL，因此要求液壓泵的流量必須大于115 mL/s。

最終， 所選型齒輪泵的具體型號(hào)為1PF2G2-4X20MB，該型液壓泵的排量為5.5 ml/r，根據(jù)其額定轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，得出其額定流量為123.75 ml/s。即，證明所選型齒輪泵滿足要求。

圖3 制動(dòng)系統(tǒng)改造液壓原理圖

3.2.2 溢流閥的選型

溢流閥的主要作用是對(duì)系統(tǒng)和蓄能器進(jìn)行限壓保護(hù)，本改造方案中涉及到兩種溢流閥，一種為對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行限壓保護(hù)，其所設(shè)定的壓力為14 MPa；另一種為對(duì)蓄能器進(jìn)行限壓保護(hù)，故將其所設(shè)定的壓力為10 MPa。

3.2.3 蓄能器的選型

蓄能器的主要作用是系統(tǒng)在斷電時(shí)可保證制動(dòng)系統(tǒng)能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行安全制動(dòng)，本改造方案所選擇蓄能器的型號(hào)為NXQ-B0.6C4，根據(jù)系統(tǒng)的制動(dòng)要求，將蓄能器的工作壓力設(shè)定為14 MPa，容量設(shè)定為0.6 L。

鑒于篇幅有限，本節(jié)僅對(duì)上述三種關(guān)鍵液壓元器件進(jìn)行選型分析[5]。其余液壓元器件的選型結(jié)果如表2 所示：

表2 其他液壓元器件選型

4 結(jié)論

1）膠帶輸送機(jī)在實(shí)際運(yùn)輸?shù)南滦泄r中存在失速的問(wèn)題，存在極大的安全隱患。經(jīng)分析可知，導(dǎo)致膠帶輸送機(jī)在下行工況中出現(xiàn)失速現(xiàn)象的主要原因在于其制動(dòng)力小于下滑力，即說(shuō)明當(dāng)前制動(dòng)器對(duì)應(yīng)的液壓系統(tǒng)無(wú)法根據(jù)運(yùn)量對(duì)其速度進(jìn)行控制。

2）針對(duì)上述失速問(wèn)題及原因采用電液比例溢流閥為核心對(duì)原制動(dòng)器液壓系統(tǒng)進(jìn)行改造，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送帶速度的實(shí)時(shí)控制。

3）根據(jù)膠帶輸送機(jī)制動(dòng)器的制動(dòng)性能要求，完成對(duì)改造后液壓制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵元器件的選型，并對(duì)關(guān)鍵液壓參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。