煤矿皮带输送机永磁柔性制动设计分析

张志峰

（山西科达自控股份有限公司， 山西 太原 030012）

引言

煤矿皮带输送机多采用头部驱动，自移机尾，机尾落料的方式输送煤炭。由于煤矿运输大巷受地质条件的限制，巷道的走向多为马鞍型或者波浪型，这导致皮带的运行工况会非常复杂，需要频繁地切换向上运输和向下运输状态，经常采用回馈制动型变频器[1-2]来进行不同运输状态的切换，但是若对皮带的张紧装置控制不好，则很容易在转化时造成叠带事故，这将严重影响到煤矿的正常生产。为了解决这种问题，需要在皮带输送机的尾部加上一个制动装置。

1 永磁柔性制动方案的设计

采用在皮带输送机的机尾加装永磁柔性制动装置，来解决皮带输送机状态切换中存在的问题。要实现的效果如下：当皮带处于下运工况时，采用永磁制动装置制动不需要回馈制动型变频器，使用通用变频器配合永磁制动装置就能满足要求，还能防止皮带超速飞车，可有效地防止变频器回馈制动时对电网的谐波污染；永磁制动装置安装在机尾，可有效地抵消皮带承载分支向下的分力，防止发生叠带事故；机尾加装永磁制动装置[3-4]，其与机尾滚筒一体化总成，且设备对外接线简单，拆装方便，有利于机尾定期移动搬家。煤矿皮带输送机永磁柔性制动如图1 所示。

图1 煤矿皮带输送机永磁柔性制动设计

由图1 可知，制动装置由永磁制动装置、控制箱、速度传感器、局部通风机以及扭矩传感器组成。矿用隔爆兼本质安全型控制箱是整个装置的电控核心，它主要是采集速度传感器和扭矩传感器的数据，通过核心算法，确定永磁制动器的投入时刻以及制动深度，最终实现皮带机在下运工况运行时，不超速、不飞车，平稳可靠地制动或者连续下运运行。局部通风机主要完成对永磁制动器的散热，防止过热造成永磁体的消磁。隔爆型三相异步电动机主要负责接受控制箱的指令，通过开停时间来控制制动器磁间隙，用以调节制动力。永磁涡流柔性制动器作为装置的主要执行机构，安装在滚筒的主轴上，由四个部分组成：一是与滚筒主轴直连接的永磁体；二是外周的导体部分，这两个部分有一定的气隙；三是一个电动丝杆执行机构，通过执行机构调节两个转体之间气隙的大小，产生旋转阻力，从而达到制动的目的。

2 输送机永磁柔性制动的主要设备

设计功能实现主要靠煤矿用永磁制动装置（以下简称制动装置）来完成。制动装置由KXJ10-1140（660）矿用隔爆兼本质安全型控制箱、GSH5 矿用本质安全型速度传感器、CYN820S 矿用扭矩传感器、永磁涡流柔性制动器、隔爆型三相异步电动机（电动调节用）、FB№4.0/1.1 矿用隔爆型压入式轴流局部通风机等组成。

2.1 永滋涡流柔性制动装置

永滋涡流柔性制动装置的外形及结构如下页图2 所示，主要有与滚筒主轴连接的永磁转子和相对固定的导体转子。在永磁转子和固定的导体转子部件之间有一定的气隙。永磁涡流柔性制动装置还有一个通过独特锁定机构连接到滚筒轴上的轮毂。可以通过执行器调节两个转体之间气隙的大小，调节输出扭矩来实现制动力的控制。制动装置的主要技术参数：制动功率25 kW，额定速度75 r/min，直径Φ450 mm，长度300 m，伸出轴径150 mm，散热风机电机AC660 V 0.55kW，调节电机AC660 V 0.55kW。

图2 永磁涡流制动装置

2.2 矿用本质安全型速度传感器

在进行控制时，传感器是最重要的控制信号。速度是通过速度传感器测量得到的，这里速度传感器的型号为GSH5。传感器工作时的参数为：输入电压DC12～24 V；工作电流≤70 mA；信号输出频率为5～18 V，方波；带载电流≤10 mA；继电器输出一常开、一常闭模拟量输出，4～20 mA（负载阻抗≤250 Ω）防爆型式。外形尺寸440 mm×260 mm×159 mm，质量9.4 kg。

3 应用效果

山西阳煤一矿于2019 年在煤矿皮带输送机上安装了该制动装置，经过几个月的使用后发现：

1）叠带事故发生的频率大大降低，皮带的磨损程度大幅减小，有利于延长皮带的使用寿命；

2）皮带的撒料明显减少，降低了工人的劳动量；

3）基本上杜绝了断带事故的发生，保障了煤矿的正常生产。

4 结语

在皮带输送机运输过程中，需要进行状态切换。传统的切换方式对皮带的制动有着较高的要求，很难满足实际生产的需要。为此，在皮带输送机的尾部加装一个永磁柔性制动装置。现场实践发现，在加上制动装置后，皮带输送机的运行状态更加平稳，提高了煤矿的生产效率。