钢缆胶带液压制动系统安全技术改造与优化

刘晓鹏，戚小颖，徐克诚

（1.中平能化集团平煤股份十矿，河南平顶山 467021;2.中平能化集团许平煤业有限公司，河南平顶山 467500）

钢缆胶带液压制动系统安全技术改造与优化

刘晓鹏1，戚小颖1，徐克诚2

（1.中平能化集团平煤股份十矿，河南平顶山 467021;2.中平能化集团许平煤业有限公司，河南平顶山 467500）

以十矿己四钢缆胶带为实例，以制动性能的可靠性、安全性为目的，通过调节液压站溢流阀的设定值与改造电机控制方式，达到油泵电机连续运转，实现恒压控制，从而解决了闸间隙过大或过小、电气控制回路存在残余电压的隐患，保证了安全生产。

钢缆胶带;制动;溢流阀;闸间隙;残余电压;恒压

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

作为现代化矿井的大型乘人运输设备，钢丝绳牵引带式输送机具有运送能力大、安全系数高的优点，其每小时可输送原煤400t，运送人员1125人。十矿己四钢缆胶带全长为1600m，平均坡度14.5°，设计运煤量500t/h，胶带运行速度:运煤V1= 2.00m/s，运人V2=1.50m/s，验绳V3=0.5m/s。采用目前国际上先进的防爆交流四象限变频调速技术，采用交—直—交变频，用4套变频调速装置控制4台电动机，每套变频调速装置单独供电，即使其中1台变频调速装置出现故障，可以将其进行断电检修，另外3套系统拖动钢缆胶带运转。电控系统通过PLC的A/D模拟量输入和D/A模拟量的输出转换，然后经PID控制器，经控制1和控制2的OUT±给定0～10V电压，任意调节速度反馈信号，实现四象限变频器同步，解决电机同步问题。

1 液压盘式闸制动装置结构及其工作原理

我国矿井制动装置大多采用液压盘式闸制动，由液压站、盘形闸和电控系统组成。其中液压站是制动系统的驱动和调节压力机构，其稳定可靠运行是矿井安全提升的必要保证，其性能和质量直接影响设备和人身的安全。己四钢缆胶带使用的液压站为PY－140B型，是专门为大型胶带机所配中、高压制动器配套设计制造的，和制动器组合成为制动系统，是胶带机运煤、运人及其设备安全可靠运行的重要保证。本液压站采用独立结构形式，共有2套油泵装置，2套调压及控制阀组，相互独立、互不影响，都设置在一个油箱外面，维修时不必揭开油箱盖就可以处理故障。

1.1 液压站技术特征及作用

其制动油最大压力14MPa，最大输油量13L/ min，工作油温不超过65℃，采用22号透平油或者N32抗磨液压油，蓄能器容积10L，充氮压力10～12MPa。

液压站主要功能:

（1）在胶带机正常运转时，提供一定压力的液压油，控制制动器松闸，而在胶带机正常停车时，可进行安全制动，并根据实际需要，可以使胶带机获得二级制动效果，保证停车平稳。

（2）在一般事故状态下，进行安全制动，保证停车平稳，减少钢丝绳对绳轮外套的磨损。

（3）在特殊事故状态下，可进行紧急制动，使制动器立即抱闸，确保系统安全。

1.2 液压站工作原理

PY－140B液压站由工作制动和安全制动两部分组成 （图1）。工作制动部分是由油泵、滤油器、大皮囊蓄能器及调压部分组成，安全制动部分是由电磁阀、溢流阀及小皮囊蓄能器组成。

工作制动部分原理:系统油压大小是由调压部分来完成的，通过调节溢流阀7手柄来确定系统油压。胶带机正常工作时，电磁阀 G3，G4，G5，G6，G7，G8处于通电状态，压力油可以进入盘形制动器，使制动器处于开闸状态。

正常停车时，为了停车平稳，应采用安全制动方式停车，即G3，G4，G7电磁阀立即断电，G5电磁阀延时断电。

安全制动部分是由电磁阀G4，G5，G7溢流阀G10、小皮囊蓄能器14等组成。胶带机正常工作时，通过电磁阀G4，G5，G7及蓄能器14等做好二级制动的准备，一旦胶带机正常停止，或系统出了故障，其中包括全矿停电，电磁阀G3，G4，G7立即断电，制动器的压力油其中一路通过电磁阀G3迅速流到油箱，另一路通过G4经过溢流阀10后部分流回油箱，当制动器的油压降到溢流阀10调定的压力时，就不再下降，由蓄能器来维持制动器保持某一油压值，此时，制动器所具备的制动力矩使胶带机系统能较好地满足减速度的要求，经过几秒延时后，直流电磁阀G5延时断电，蓄能器和制动器的油迅速通过G5回到油箱，此时制动器立即产生近似于胶带机3倍静力矩，使胶带机系统处于全制动状态。其二级制动曲线如图2。

图1 己四钢缆液压制动系统

图2 二极制动曲线

当任何紧急情况发生时，A点的油压迅速降到B点，对应的时间t0为闸瓦的空行程时间，随后立即降到C点，经过t1的时间延长后到达D点，提升系统在D点应停止运行。这时延时阀开始动作，油压由D点迅速降到E点。此刻，盘形制动器产生近于3倍静力矩将胶带机闸住。

2 液压站存在问题及解决方案

2.1 液压站存在问题

己四钢缆胶带自投入运行以来，其运输能力得到广泛认可，但其安全性能也一直受到很大关注。在安装初期，液压系统存在着一些设计问题，主要表现在以下2个方面:

（1）停车时经常出现电磁阀卡阀现象。

（2）压力控制器调节范围太大，存在着压力差，造成盘型闸运行时制动闸间隙不固定，下限时蹭闸，上限时闸间隙超限。（《煤矿安全规程》规定:盘型闸闸间隙不能超过2mm）。

2.2 消除残余电压

针对电磁阀卡阀现象，经过进一步地观察检验后发现，无论是运行1号液压站还是运行2号液压站，相对应的另一套液压站的电磁阀线圈之间存在着大约50V的残余电压，这就使电磁阀释放不彻底，造成油路不畅通，从而制动闸不能正常投入工作，这严重影响了己四钢缆胶带的运输安全性能，带来了极大的安全隐患，必须予以解决。

经过认真分析电控图 （图3）后发现，G3，G4，G7带电是由于厂家设计不合理，127V电压经过G6，G3G4G7，G3'G4'G7'，K26（安全继电器，正常工作时带电）的常开接点形成闭合回路，从而使线圈两端具有大约50V的电压。运行2号液压站时，1号液压站的电磁阀G3'，G4'，G7'线圈带电也是此理。找到原因后，定下了改造方案（图4）:在原图纸只有一对K32常开常闭接点控制G6G6'，G3'G4'G7'，G3G4G7电磁阀的基础上，增加一组K32继电器的常开常闭接点分别控制电磁阀G3'G4'G7'与G3G4G7。由于K32继电器只有2组辅助接点，实际需要3组接点，故再与K32继电器并联一个同型号的继电器K32'，以解决接点不足的问题。

图3 原电磁阀控制

2.3 实现恒压控制

己四钢缆胶带自投入运行以来，盘形闸间隙一直是受关注的问题。通过压力控制器的接点动作控制齿轮泵的自动启、停，当油压力等于或大于压力控制器设定的压力上限时，该控制器发出一个开关信号，使油泵自动停止;当油压力小于调值时（控制器自身有切换压力差），该控制器发出一个反向的开关信号，使泵又自动启动，这样就把压力保持在上下限之间。由于上下限之间压力差过大，达到3MPa，使得在压力下限调节闸间隙时，随着压力缓慢损失，导致闸间隙过小，闸盘与盘形闸块之间摩擦加剧，也就是所说的“蹭闸”，导致系统运行电流增大，降低了运输效率，增加了能量损耗;在压力上限调节时，可能造成闸间隙大于《煤矿安全规程》要求，存在严重的安全隐患。

图4 新电磁阀控制

经过研究论证，舍弃压力控制器，当运行1号液压站时，按下“制动油泵合”按钮，1号油泵开始运转，并保持连续运转，同时改变溢流阀7的作用，重新设定其溢流值，对其进行恒压供油，将多余的油压通过溢流阀流回油箱。这样就保持了系统压力的恒定，在此基础上调节各个盘形闸块的闸间隙，从而稳定了闸间隙，解决了存在的安全隐患。

2.4 安装冷却器，降低油温

采用齿轮泵长转的方式，保持了压力的恒定，解决了盘形闸间隙的问题，但油泵的长期运转加速了油的循环，造成了液压油温度的升高，甚至接近液压油的极限温度65℃。鉴于此情况，设计安装了1台冷却器 （图5），把油从油箱内抽出，采用水冷方式降低油温，然后再回到油箱，最终彻底解决了液压站油温升高过快的问题。

图5 改造后液压制动系统

3 结束语

液压站电气控制及液压控制方面的改造后，经过运转观察，其空负荷及重负荷运行时电机电流、盘形闸间隙、频率、正常停车滑行距离、紧急停车滑行距离等指标均符合要求，残余电压已经消除，液压站各个电磁阀工作正常，从源头上解决了盘型闸块抱闸不彻底、闸间隙不稳定的遗留问题，达到安全制动的要求，在实际运行中液压站温度降低了11℃左右，取得了良好的运转效果，获得了巨大的安全效益。

［1］李玉瑾，刘宏斌.改善矿井提升机液压站制动性能的研究［J］.矿山机械，2000（8）:31－32.

［2］高自正.高性能液压制动电控系统的研究［J］.矿山机械，2002（10）:55－58.

［3］冯新军，王丽格，李跃鹏，等.矿井提升机液压制动系统优化改造［J］.煤矿安全，2010（7）:62－64.

［4］王 广.矿井提升机液压站的改进［J］.大众科技，2010 （4）:107，83.

TD534.5

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1006-6225（2011）04-0086-03

2011－03－14

刘晓鹏 （1983－），男，河南平顶山人，助理工程师，从事机电运输技术研究，现任矿机电运输区副区长。

［责任编辑:邹正立］