1、引言
根據(jù)我國(guó)煤炭行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，
帶式輸送機(jī)在上運(yùn)（停車(chē)出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)）和下運(yùn)情況下必須裝設(shè)制動(dòng)裝置，以防止停電飛車(chē)等事故發(fā)生，并具有實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)和控制超速飛車(chē)過(guò)載保護(hù)等輔助功能。
針對(duì)下運(yùn)帶式輸送機(jī)的制動(dòng)技術(shù)要求，目前國(guó)內(nèi)己應(yīng)用和開(kāi)發(fā)研制出大功率可控制動(dòng)裝置主要有以下幾種：自冷盤(pán)式制動(dòng)裝置、液力制動(dòng)器、液壓制動(dòng)器、液粘制動(dòng)裝置和電液推桿制動(dòng)器。盤(pán)式制動(dòng)裝置因其獨(dú)特的超大制動(dòng)力矩和可靠的安全性在帶式輸送機(jī)中得到了廣泛地應(yīng)用。
現(xiàn)場(chǎng)使用情況表明，下運(yùn)帶式輸送機(jī)制動(dòng)裝置的種類(lèi)雖多，但國(guó)產(chǎn)制動(dòng)裝置的工作可靠性尚待提高。而進(jìn)口制動(dòng)裝置價(jià)格昂貴，維修較為困難。煤科總院上海分院在吸取國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有各種盤(pán)式制動(dòng)裝置的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了一種新型盤(pán)式可控制動(dòng)裝置。
2、盤(pán)式可控制動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)
盤(pán)式可控制動(dòng)裝置是機(jī)電液一體化產(chǎn)品，由機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)以及配套的電控系統(tǒng)組成。
(1)機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)
機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)由底座、制動(dòng)油缸座、制動(dòng)油缸、制動(dòng)盤(pán)、制動(dòng)閘瓦以及防護(hù)罩等部件組成。其中制動(dòng)油缸、制動(dòng)盤(pán)和制動(dòng)閘瓦是其核心，圖2為機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
制動(dòng)油缸內(nèi)裝多片碟形彈簧，以提供制動(dòng)所需的正壓力。為了避免產(chǎn)生附加的軸向力，制動(dòng)油缸在制動(dòng)盤(pán)兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置。當(dāng)對(duì)制動(dòng)盤(pán)施加正壓力時(shí)，即可在制動(dòng)盤(pán)表面產(chǎn)生制動(dòng)力矩。通過(guò)液壓控制系統(tǒng)中電液比例閥調(diào)整制動(dòng)油缸中油壓的大小可以調(diào)整正壓力，從而調(diào)整制動(dòng)力矩的大小。
制動(dòng)盤(pán)材料采用16Mn鋼，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上借鑒離心風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)理論，在制動(dòng)盤(pán)內(nèi)開(kāi)設(shè)曲線通風(fēng)道。當(dāng)制動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，氣流縱向流過(guò)通風(fēng)道表面，產(chǎn)生強(qiáng)迫對(duì)流散熱，可有利于制動(dòng)盤(pán)的散熱。與實(shí)心制動(dòng)盤(pán)相比，采用通風(fēng)道結(jié)構(gòu)能有效地提高制動(dòng)盤(pán)的散熱性能。
制動(dòng)閘瓦采用了無(wú)石棉環(huán)保型閘瓦，此類(lèi)閘瓦現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于煤礦用提升機(jī)上。該閘瓦摩擦系數(shù)高，力學(xué)強(qiáng)度好，熱衰退效，磨耗低，使用周期長(zhǎng)；閘瓦材料因無(wú)高硬度摩擦劑和鋼棉，運(yùn)行中無(wú)高頻噪音，不產(chǎn)生火花，不易損傷盤(pán)閘；材料中不含石棉，綠色環(huán)保。
(2)液壓控制系統(tǒng)
液壓控制系統(tǒng)是根據(jù)所需要的制動(dòng)力矩，通過(guò)電液比例閥來(lái)調(diào)節(jié)制動(dòng)油缸的工作油壓。該系統(tǒng)采用了電液比例壓力控制，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)壓，使升壓、降壓過(guò)程平穩(wěn)且迅速，提高了系統(tǒng)的性能。圖3為液壓控制系統(tǒng)原理圖。
在帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中閘瓦打開(kāi)，此時(shí)液壓系統(tǒng)的油泵電機(jī)停機(jī)、電磁球閥通電，系統(tǒng)進(jìn)入保壓狀態(tài)。隨著泄漏等原因，系統(tǒng)的壓力降低到一定程度，電控系統(tǒng)中PLC控制系統(tǒng)開(kāi)啟油泵電機(jī)，給系統(tǒng)打壓；當(dāng)系統(tǒng)壓力升高到設(shè)定值后，控制系統(tǒng)將關(guān)閉油泵電機(jī)。該系統(tǒng)油泵電動(dòng)機(jī)在工作中無(wú)需一直開(kāi)機(jī)，不僅節(jié)約了電能，而且大大提高了系統(tǒng)的可靠性。
系統(tǒng)中采用了具有較大容積的蓄能器，它能充分維持液壓系統(tǒng)的油壓。在系統(tǒng)處于保壓狀態(tài)，油泵電機(jī)停電時(shí)能彌補(bǔ)由于泄漏等原因造成的系統(tǒng)油壓的降低；在系統(tǒng)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，此時(shí)油泵電機(jī)不開(kāi)機(jī)，蓄能器作為緊急動(dòng)力源投入系統(tǒng)的制動(dòng)工作，可確保系統(tǒng)可靠制動(dòng)。
液壓控制系統(tǒng)采取雙回路形式確保運(yùn)行安全，既可備用又便于維護(hù)。
(3)電控系統(tǒng)
用于控制液壓系統(tǒng)的電控系統(tǒng)，其原理是PLC接受開(kāi)機(jī)、制動(dòng)指令以及各個(gè)保護(hù)裝置（傳感器）反饋回來(lái)的信號(hào)，根據(jù)事先輸入的程序來(lái)控制液壓系統(tǒng)完成所要求的動(dòng)作。該制動(dòng)裝置可以與輸送機(jī)主機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的監(jiān)控。
由于系統(tǒng)的制動(dòng)力矩是靠閘瓦與制動(dòng)盤(pán)之間的摩擦產(chǎn)生的，因此閘瓦受到磨損就會(huì)導(dǎo)致閘瓦間隙增大，同樣由于碟形彈簧疲勞也會(huì)造成閘瓦間隙增大、制動(dòng)力矩減少。該系統(tǒng)采用了距離傳感器來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控閘瓦磨損量以及閘瓦與制動(dòng)盤(pán)之間的間隙，并配有自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，以便及時(shí)更換閘瓦或?qū)﹂l瓦與制動(dòng)盤(pán)之間的間隙進(jìn)行調(diào)節(jié)，以確保系統(tǒng)制動(dòng)的穩(wěn)定可靠。
正在工作的下運(yùn)帶式輸送機(jī)，如果遇到停電，由于系統(tǒng)物料慣性及自身的慣性，需要進(jìn)行安全制動(dòng)。為此，系統(tǒng)采用了雙重措施保證停電工況下安全的制動(dòng)：①在電控系統(tǒng)中采用了UPS電源，保證停電狀態(tài)下，依然能對(duì)控制系統(tǒng)中的各電磁閥進(jìn)行供電，通過(guò)控制電磁比例閥，保證油壓的正常降低，控制系統(tǒng)的制動(dòng)力矩，保證系統(tǒng)的制動(dòng)減速度；②如果UPS電源失效，全部電磁閥處于斷電狀態(tài)，此時(shí)，在溢流閥和節(jié)流閥及蓄能器的聯(lián)合作用下，可保證閘瓦的貼閘油壓以及控制卸壓時(shí)間，實(shí)現(xiàn)二級(jí)制動(dòng)，保證系統(tǒng)的安全。
3、盤(pán)式可控制動(dòng)裝置的工作原理
盤(pán)式可控制動(dòng)裝置依靠油缸中的油壓與碟形彈簧共同作用使閘瓦與制動(dòng)盤(pán)之間產(chǎn)生摩擦制動(dòng)力矩，是利用液壓油壓縮碟簧松閘，卸壓后碟簧產(chǎn)生壓力施閘的常閉式制動(dòng)裝置。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，壓力油通過(guò)高壓油管進(jìn)入制動(dòng)器的活塞腔，壓縮碟簧使閘瓦離開(kāi)制動(dòng)盤(pán)，解除制動(dòng)，輸送機(jī)正常起動(dòng)；當(dāng)輸送機(jī)超速或需要停機(jī)制動(dòng)時(shí)，油壓降低，活塞在碟簧壓力的推動(dòng)下帶動(dòng)閘瓦壓向制動(dòng)盤(pán)，利用閘瓦與制動(dòng)盤(pán)間的摩擦產(chǎn)生制動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)制動(dòng)。根據(jù)使用工況該盤(pán)式可控制動(dòng)裝置有以下幾種工作過(guò)程。
(1)松閘過(guò)程
液控系統(tǒng)收到松閘指令后，油泵2工作，電磁換向閥9通電。比例溢流閥10電流逐漸增大，油壓上升，蓄能器6充液，制動(dòng)器制動(dòng)力矩減小，帶式輸送機(jī)在負(fù)載帶動(dòng)下緩慢起動(dòng)。在系統(tǒng)壓力達(dá)到最大后，電磁球閥8通電，系統(tǒng)封閉。帶式輸送機(jī)正常工作過(guò)程中，系統(tǒng)保壓，由于泄漏當(dāng)油壓降低到設(shè)定的最低壓力時(shí)，PLC發(fā)出信號(hào)，使油泵電機(jī)開(kāi)機(jī)打壓，系統(tǒng)壓力升高；當(dāng)油壓升高到PLC設(shè)定的最高壓力時(shí)，PLC發(fā)出信號(hào)，使油泵電機(jī)停機(jī)。溢流閥11設(shè)定系統(tǒng)最高壓力，起安全閥作用。
(2)正常停車(chē)
液控系統(tǒng)接受正常停車(chē)指令后，電磁球閥8斷電。由于電磁換向閥9處于帶電狀態(tài)，油液通過(guò)比例溢流閥10卸壓。比例溢流閥的電流按電控系統(tǒng)的要求降低來(lái)調(diào)節(jié)油壓和制動(dòng)力矩，使輸送機(jī)停車(chē)減速度保持在0.1～0.3m/s2。當(dāng)輸送機(jī)停止運(yùn)行后，油泵電機(jī)3、電磁換向閥9和比例溢流閥10斷電，系統(tǒng)停止工作。
(3)工作制動(dòng)
輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，若由于某種原因引起超速，測(cè)速傳感器將信號(hào)傳至電控系統(tǒng)，電控系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)，使電磁球閥8斷電，油液由比例溢流閥卸壓，比例溢流閥電流降低，施加制動(dòng)力，待輸送機(jī)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行速度時(shí)，電磁球閥8通電，解除制動(dòng)，系統(tǒng)保壓。
(4)系統(tǒng)突然斷電
當(dāng)輸送機(jī)系統(tǒng)突然斷電時(shí)，油泵電機(jī)3斷電，因控制系統(tǒng)由UPS提供電源，電磁球閥8、電磁換向閥9和比例溢流閥10仍受PLC電控系統(tǒng)控制，此時(shí)電磁球閥8斷電，油液由比例溢流閥10卸壓，施加制動(dòng)力，使輸送機(jī)平穩(wěn)減速制動(dòng)。
若UPS電源失效，油泵電機(jī)3、電磁球閥8、電磁換向閥9和比例溢流閥10斷電，則在溢流閥12作用下可使油壓降至調(diào)定值，制動(dòng)器迅速通過(guò)空行程貼至制動(dòng)盤(pán)，在蓄能器和節(jié)流閥13的聯(lián)合作用下，油液壓力逐漸降低，制動(dòng)力矩增大，輸送機(jī)緩慢停車(chē)。
(5)系統(tǒng)緊急制動(dòng)
當(dāng)輸送機(jī)接受到緊急停車(chē)指令后，控制過(guò)程與正常停車(chē)過(guò)程一致，相比于正常停車(chē)狀態(tài)，比例溢流閥10卸壓過(guò)程更加迅速，將輸送機(jī)停止。
4、結(jié)語(yǔ)
在消化和吸收國(guó)內(nèi)外各型盤(pán)式制動(dòng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，我們對(duì)盤(pán)式制動(dòng)裝置進(jìn)行了合理改進(jìn)，由于該裝置具有上述諸多優(yōu)點(diǎn)，而且比國(guó)外同類(lèi)型產(chǎn)品價(jià)格低，故市場(chǎng)潛力較大。
相關(guān)輸送機(jī)產(chǎn)品：
1、
刮板輸送機(jī)
2、
螺旋輸送機(jī)
3、
皮帶輸送機(jī)
