煤矿下运带式输送机软制动方式研究与应用

张子明

（辽宁通用重型机械股份有限公司，辽宁 调兵山 112700）

1 前言

带式输送机是煤矿井下主要运输设备，由于采矿工艺及井下地质构造等原因，经常遇到卸货点低于装货点的情况，有时甚至落差较大，因此需要使用下运带式输送机。下运带式输送机空载或轻载运行时电动机工作在电动状态，重载运行时物料通过胶带拖动电动机运转，主电机工作在发电制动运行状态，它将物料的重力势能转化为电能回馈到电网，同时输出相应的制动力矩来平衡胶带上物料的重力下行力矩，维持输送机的匀速运转。重载停车时如果采用普通制动器制动容易产生飞车或滚料、胶带打滑甚至发生胶带断带、减速机齿轮损坏以及断轴等恶性机械事故。由于下运带式输送机的特殊运行工况，所以必须采用可控软制动方式才能实现重载安全停车[1-3]。

2 软制动方式技术性能分析

下运带式输送机软制动的目的是保证设备在正常停车或紧急停车以及突然断电时都能够安全地停止运转。针对下运带式输送机软制动的技术要求，目前国内已应用和开发研究成功的软制动装置主要有液力制动装置、液压制动装置、粘液可控制动装置和盘式制动装置。

2.1 液力制动装置

液力制动装置实质上是一种使带式输送机减速运行的液力耦合器，通过调整充液量来控制制动力矩，实现对下运带式输送机的制动，工作介质为油。由于系统热容量较小，因此需要辅助冷却装置。低速运行时制动效果不理想，一般安装在减速器的高速轴上，需要与液压推杆制动器配合使用才能满足减速和定车要求。需要独立的液压站和冷却系统，所以设备体积和占用空间都比较大，不适合在煤矿井下使用。

2.2 液压制动装置

液压制动装置通过控制油压或流量，可以有效地对下运带式输送机实现可控软制动。由于油泵长时间处于高速运转状态，磨损加快，影响使用寿命，在制动过程中产生大量的热量需要辅助冷却装置散热，增加了附设系统。由于液压系统存在泄漏问题，必须与液压推杆制动器配合使用才能满足定车要求。

2.3 粘液可控制动装置

液粘可控制动装置利用摩擦片在粘性液体中的摩擦力形成制动力矩，当主动轴带动主动摩擦片旋转时，由于从动摩擦片不动，使得主、从动摩擦片之间产生摩擦力，改变控制油的压力，从而改变主动摩擦片与从动摩擦片间的摩擦力。粘液可控制动装置采用常闭式结构，制动力矩冲击小，具有良好的软制动效果。

2.4 盘式制动装置

通过比例电磁阀和液压制动器对制动盘产生可控的制动力矩，使带式输送机实现软制动。采用可编程序控制器PLC 和电液比例控制技术，制动系统的制动力矩和制动时间可以根据现场实际需要进行调整，从而达到最佳的可控软制动效果。盘式制动装置具有动作灵敏、散热性能好、使用和维护方便等优点。

2.5 软制动方式主要技术性能比较

软制动方式主要技术性能比较见表1。

表1 软制动方式主要技术性能比较

通过上述软制动方式技术性能比较，下运带式输送机配置盘式制动装置是实现安全软制动的最佳方案。

3 盘式制动装置软制动原理

3.1 盘式制动装置结构

制动盘采用双片通风式结构设计，制动盘随传动轴转动时使空气产生对流，增加制动盘的冷却效果，从而减少制动盘温升。液压制动器采用常闭式结构设计，提高了安全性和可靠性。设备起动时液压制动器内的碟型弹簧在油压作用下产生弹性变形，使闸瓦打开，制动盘可以随传动系统自由运转；当设备制动时，通过比例电磁阀使制动油缸油压逐渐减小，碟型弹簧按控制要求复位，随着闸瓦与制动盘之间压力逐渐增加，制动力矩逐渐增大。制动力矩和制动时间可根据现场需要进行设定。

3.2 盘式制动装置电气部分构成

盘式制动装置电气部分由KXJ5-1140 矿用隔爆兼本安型PLC 可编程控制箱、TH5-24S 矿用本安型操作台、1 号主电机真空电磁起动器、2 号主电机真空电磁起动器、1 号油温传感器、2 号油温传感器、制动油温传感器、控制油压传感器、转速传感器、速度传感器、液压站制动阀组、比例电磁阀、带式输送机综合保护器及带式输送机保护传感器组成。各种传感器采集信号输入KXJ5-1140 控制箱，经可编程序控制器PLC 运算处理，输出模拟量信号和开关量信号，通过专用端口与带式输送机保护装置控制回路连接，对下运带式输送机进行正常开机和停机软制动控制，从而使下运带式输送机具有完善的控制与保护功能。盘式制动装置电气原理框图如图1。

图1 盘式制动装置电气原理框图

4 盘式制动装置的应用效果

盘式制动装置能够提供可控的、平滑的、无冲击的制动力矩，减小制动对传动机械和胶带的损伤，避免由于强烈制动引发的机械事故，延长设备使用寿命。正常工作时主电机在发电制动状态运行，将系统重力势能转化为电能回馈到电网。由于运行在第四象限，主电机不但不耗电而且发电，实际经济效益应为发电量的两倍，节能效果非常显著。KPZ系列盘式制动装置已在铁法煤业集团大平矿的两条DTL120/150/2×250X 型下运带式输送机中实际应用，软制动效果良好，设备运行安全可靠。

5 结语

煤矿下运带式输送机配置盘式制动装置满足设备运行工况需要，达到了安全软制动的预期效果，节能效果显著，为生产矿井节约大量电费开支，仅节电一项半年时间就可收回制动装置及配套控制系统的全部投资，而且一次投资长期受益。下运带式输送机配置盘式制动装置的运行方式有力保证了设备安全运行和煤矿的安全生产，是企业提高经济效益、实现节支降耗的重要途径。