浅析带式输送机盘式制动器控制系统设计

摘要：分析了常用制动器的工作原理和控制要求，并结合带式输送机盘式制动器运行中存在的问题，提出了解决方案，增加了不间断电源模块和中间继电器，避免了盘式制动器因断电而导致突然失去液压无法进行制动的问题，保证了系统工作电源的稳定性和可靠性;对盘式制动器控制系统进行了改造，保证了带式输送机能够软停车，实现了可控制动。

关键词：盘式制动器;控制系统;可控制动;软停车

0    引言

带式输送机制动器通常情况下分为两种：盘式制动器和电力推杆式制动器，前者对应的制动力矩较大，安装于低速轴，后者制动力矩较小，安装于高速轴。现有大多数煤矿大型带式输送机均采用盘式制动器，而多数情况下，正常停车和控制系统断电均为直接抱闸，久而久之，就会对带式输送机产生很大的机械冲击，甚至可能会导致断带事故发生。因此，盘式制动器控制系统的可靠性以及制动力的可控性就变得尤为重要。

1    液压盘式制动器工作原理

液压制动方式相对于其他制动方式而言，有许多独特的优势，譬如，液压制动方式可以直接对主机的转速进行控制，系统的结构相对来说又比较简单，造价也不是很高，而且液压制动装置在低速时关停带式输送机的机能也比较好，液压制动工作时的稳定性比较高[1]。如图1所示，盘式制动装置的制动力矩是由闸瓦与制动盘摩擦而产生的，因此，调节闸瓦对制动盘的正压力即可改变制动力，而制动器的正压力大小与液压系统的控制油压成比例。

液压盘式制动器是通过调节液压泵的压力来工作的，而想要液压泵输出力矩，需要用电动机去驱动液压泵产生阻尼力矩，针对下运带式输送机，当液压泵输出的阻尼力矩大于货物沿输送带的下滑分力时，便可以对带式输送机进行制动[2]。也可以通过改变液压泵的排油流量及液压力大小，对阻尼力矩进行相应的调节。机械设备正常工作时，油压达最大值，此时正压力为0，并且闸瓦与制动盘间留有1～1.5 mm的间隙，即制动闸处于松闸状态。当机械设备需要制动时，电液扩能改造系统将根据工况发出控制指令，使制动装置按照预定的程序自动减小油压以达到制动要求。

2    液压盘式制动系统的控制要求

液压盘式制动系统的控制要求主要体现在以下几个方面：

（1）具备在各种工况下均能可靠停车的性能。在供电系统忽然断电或制动系统故障时，能够及时上传相关信息，并能配合带式输送机控制系统完成在各种突发情况下的可靠停车。

（2）制动力矩是可控的。由于下运时，带式输送机的载重和倾角不同，对应需要的制动力矩也会不同，此时若启动下运带式输送机，为了解决下运超速溜车的问题，常常需要制动装置配合预制一定的反向力矩，作为输送机下滑的阻力，从而实现下运带式输送机的启动[3]。针对这种情况，就需要制动力矩可控，并能根据工况的变化而设定。

（3）避免在制动时出现打滑状况。制动装置在对带式输送机进行制动时，如果制动装置输出的制动力矩太大，就有可能会导致输送带出现打滑的情况，制动不起作用，甚至会引起严重的生产安全事件。

3    液压盘式制动器控制系统的改进

结合以上分析，并结合煤矿现场实际运行情况及某矿井实际发生的故障，对常规液压盘式制动器控制系统进行改进。

（1）制动器PLC控制箱电源模块增设不间断电源（UPS），避免在液压制动时忽然发生断电事故，液压制动装置因断电而导致突然失去液压无法进行制动。

在供电系统正常供电时，UPS还可以充当辅助电源，同时也可以对供电系统供应电源的电压和频率进行稳定，然后再提供给负荷使用，供电系统在此期间对UPS中蓄电池进行充电;在供电系统突然断电或供电质量较差时，UPS备用电源立即投运，将蓄电池内存储的电能经过逆变之后供给负载使用，使PLC维持正常工作，以保存资料并保护设备，保证了系统工作的稳定性和可靠性。

（2）增设中间继电器，将制动装置断电故障信号传输至主控系统，并使主控系统做出相应处理。在现场对改进后的系统进行运行调试，保证系统能够可靠工作。

（3）改造制动器控制系统，保证带式输送机能够实现软停车及可控制动。

首先要说明的是，要想实现可控制动，也要对液压制动系统构造进行改进，本文只阐述相应控制系统的改进，并结合现场经验，对改造后控制系统的程序及参数进行设定。在正常停车过程中，通过速度传感器检测到带式输送机速度为0.8 m/s时，控制制动系统抱闸，此时控制电液比例节流阀缓慢卸压;在紧急停车过程中，检测到速度为0.5 m/s时，控制制动系统抱闸，此时控制电液比例节流阀快速卸压;当制动系统断电时，控制系统按照正常停车动作。

4    控制系统的程序及参数设定

制动器控制系统松闸程序如图2所示。

输送带张紧正常则指示灯亮，此时允许启动制动闸。给出制动闸开信号，制动闸打开后，反馈回闸开信号，允许启动变频器。制动器控制系统断电时按正常停车执行，停车时间60 s。

停车程序為：按下带式输送机停止按钮后为正常软停车，停车时间设置为60 s，输送带速率为0.8 m/s时主动抱闸。急停车时的设置为：按下控制台上的急停按钮则为急停车，通过自由惯性停车，因输送带上承载货物因素的不确定，停车时间也不能够确定，输送带速率为0.5 m/s时主动抱闸。

5    结语

本文对常规液压盘式制动器液压工作原理和控制要求进行了简要分析，并结合现场运行过程中存在的问题提出了很好的解决方案，最后完成了控制系统程序和参数设定，并对改进后的系统进行了简单的程序调试，验证了改进后的方案提高了系统可靠性，为解决此类问题提供了一定的参考。

[参考文献]

[1] 荆栋.基于模糊控制的下运带式输送机液压制动系统的研究[D].西安：西安科技大学，2005.

[2] 吴平平.基于ARM的下运带式输送机液压制动系统的计算机控制研究[D].西安：西安科技大学，2007.

[3] 李纪，池凤山.煤矿机电事故分析与预防[M].北京：煤炭工业出版社，1994.

收稿日期：2019-11-28

作者简介：史志红（1988—），男，江苏徐州人，工程硕士，工程师，从事煤矿电气设计工作。