下运带式输送机的制动控制系统研究

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下运带式输送机的制动控制系统研究

摘 要：随着工业生产的快速发展，采用带式输送机的愈来愈多。制动装置是下运带式输送机的关键设备之一。近年来，随着我国下运带式输送机的不断发展，制动技术也在不断提高。本文对下运带式输送机的运行机理进行了简单的分析，并对常用的几种制动装置的原理和特点进行了比较。  
关键词：下运带式输送机 制动装置 

下运带式输送机是煤矿生产中的一种重要的运输设备,其可靠平稳运行对保证矿井正常、安全、高效生产有着重要的意义。目前常用的制动系统有机械闸块制动，电气动力制动，液力制动和液压制动等。电气制动性能较稳定，但在突然断电时制动系统就无法工作；液力制动不仅系统复杂，并且在转速较低的情况下制动力矩迅速减小，仍需机械闸块进行干摩擦制动；而对于机械闸块制动，由于其会产生火花及烧灼现象，对矿井生产安全产生危害，因而液压制动的采用就显得越来越迫切。  
1 制动控制系统的原理及基本构成  
1.1 制动控制系统的原理  
随着长距离、大运量、大功率的下运带式输送机的广泛应用，其制动装置功能的完善、性能的好坏，直接影响着下运带式输送机的安全与可靠运行。主要体现在以下几个方面：  
（1）制动力矩可控；  
（2）具有断电可靠制动；  
（3）具有定车功能；  
（4）具有重载起车制动力矩零速保持功能；  
（5）实现多机制动力矩平衡；  
（6）易实现井下防爆要求；  
（7）尽量做到节能。  
在下运带式输送机制动过程中，制动装置不但要能克服负载力矩的作用，同时要不断地吸收制动过程产生的热量。若制动减速度取较小时，制动装置的制动力矩可以较小，但是此时要求制动装置作的制动功较大，要求制动装置的热容量也要大。由于这个原因，在现场使用中，制动装置的制动力矩由于设置不当，制动时间过长，产生了大量的热，使得制动装置温升过高。但是当制动减速度过大时，虽然产生的发热量小了，但要求制动装置输出的制动力矩大了，对带式输送机系统的机械冲击也大，甚至出现减速机齿轮损坏或断轴事故。所以一般情况下，对于大功率的下运带式输送机都要采用可控制动装置，同时要求制动装置具有较大的热容量和良好的散热条件。  
此外，对于大功率、长距离的下运带式输送机的制动技术而言，直接机械抱闸可能会产生滚料、打滑、飞车、冒火花等问题。因此，为保证正常停车和紧急停车需要，避免发生事故，也要求大功率、长距离的下运带式输送机采用可控制动装置。  
1.2 制动控制系统的基本构成  
下运带式输送机的制动控制系统主要包括控制单元、制动单元、皮带输送机传动系统和信号传感反馈单元。当控制单元得到主控信号；要求液压制动器实施制动，即向皮带输送机传动系统输出一个制动力矩，则控制单元发送一定值得电流与电压信号，然后由信号传感单元反馈加速信号与速度信号到控制单元中，控制单元即可按一定的指标来实现对力矩的调节功能，使皮带输送机传动系统的制动满足工况要求。

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2 制动装置  
针对下运带式输送机的制动技术要求，目前国内已应用和开发研究成功的大功率可控制动装置主要有以下几种：盘式制动器，液力制动器、液压制动器和粘液可控制动器。  
2.1 盘式制动器  
盘式制动系统主要由机械盘闸和可控液压站组成，其工作原理是通过制动器对工作盘施加摩擦制动力而产生制动力矩，通过液压站调整制动器中油压的大小，可以调整正压力，从而调整制动力矩的大小。液压站采用了电液比例控制技术，所以制动系统的制动力矩可以根据工作需要自动进行调整，实现良好的可控制动。它具有制动力矩大、可调、动作灵敏、散热性能好、使用和维护方便等优点。但由于需要设置油泵站而导致体积较大。  
煤矿井下因有防爆要求，则盘式制动器不能安装在高速轴上，而是将其安装在不足以产生火花的中低速轴上。同时，根据下运带式输送机驱动系统的要求，当大功率或多机驱动时，要在减速器与电动机之间安装软起动装置，以保持功率平衡。  
2.2 液力制动装置  
液力制动器实质上是一个涡轮固定，并对泵轮带动的高速液流产生巨大的阻力矩，使带式输送机减速运行的液力偶合器。它可以通过调整充液量来改变制动力矩的大小，实现下运带式输送机的可控制动功能。主要由带泵累、涡轮的液力制动偶合器和液压冷却控制系统组成。  
当带式输送机正常运转时制动器内不充液，泵轮被驱动电动机带动而运转，需要制动时将液体输入，根据所充入液体量的多少来调节其制动力矩的大小。通常采用的液体为油，但是由于在很短的制动时间内需要把带式输送机的全部动能消耗掉，因此油温势必急剧上升，所以油路必须采用循环系统以利散热。它具有制动力矩大，可以调节的优点，但因配有泵站等设备，因此设备体积大。  
液力制动器的制动力矩与制动器叶轮转速的平方成正比，一般安装在减速器的高速轴上。由于制动力矩在制动过程中可调，因此非常适用于下运带式输送机。又由于液力制动器不可能把带式输送机制动到零速，当泵轮速度低于400r/min时，必须安装其他类型的制动装置与之配合，满足定车要求。但因设备体积大，在可伸缩带式输送机上无法安装使用。  
2.3 液压制动装置  
液压制动分为液压调压制动与液压调速制动。  
1）液压调压制动器  
它的工作原理是将容积式油泵连接在带式输送机上，由主机拖动。当制动时，油泵将机械能转变为液压能，通过调节泵出口压力的大小就可以调整制动力矩的大小，从而实现带式输送机制动目的。液压调压制动装置的压力确定后，系统将输出一个不随主机转速变化的恒定制动力矩。其主要优点是制动力矩正比于调定压力，而且它与转速无关，故可将转速制动到零而无需设机械闸。  
2）液压调速制动器  
该装置的油泵随主机转动，当改变液压油泵的流量时，就可以改变带式输送机的转速，从而实现制动装置的可控制动。  
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制动减速。对于大功率下运带式输送机的制动，一般采用高压大流量变量柱塞泵，当制动带式输送机时，排量调到最大，而带式输送机正常运行时，排量调到最小。由于液压泵长时间处于高速运转状态，磨损快，寿命短，在制动过程中，大量的制动热由液压油带走，并经水冷散热器散热，增加了附设系统。当油温过高时，液压元件易出现故障，同时油液由于大流量的循环运动和温度变化，很容易变质，进一步影响液压控制系统的可靠性，同时当带式输送机定车时，由于液压泵和液压系统的泄漏，必须专门加液压推杆制动器以定车。  
2.4 粘液可控制动装置  
液粘可控制动装置工作原理与液体粘性可控软起动装置相同。它是利用摩擦片在粘性液体中的摩擦力来传递力矩的。为实现带式输送机各项制动性能要求，液粘可控制动装置采用常闭式结构。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。改变控制油缸中的油压大小，就可以调节主、从动摩擦片之间的压紧力，进一步改变主动摩擦片与从动摩擦片间的摩擦力矩，从而实现带式输送机各项制动技术要求。在制动过程中，制动力矩随油膜间隙的减小而增大，随制动速度的降低而减小。所以在制动过程中，应不断地减小油膜间隙，才能保证一定的制动力矩。  
液粘可控制动装置结构简单：能提供可调的、平滑的、无冲击的制动力矩；可以用一个液压站进行多台制动；带式输送机过载时能实现自动过载保护功能；使用安全可靠，制动力矩冲击小，具有良好的使用效果；液粘可控制动装置的主、从动摩擦片都在粘性润滑油中工作，它是通过润滑油来进行冷却散热，可以省去冷却用水，节省了运行费用。液粘可控制动装置是目前较好的制动装置，特别适合应用于长距离、大功率的下运带式输送机上。  
3 结论  
以上各种制动装置在实际使用用中各有特色。根据它们的工作原理和工作特点，在实现大功率下运带式输送机制动要求的设计中，它们的工作性能也各有差别，如表所示。  
各制动装置性能比较表  
制动装置类型 工作原理 可控性 定车效果 可靠性 防暴性 安装部位 维护费 复杂性  
盘式 干摩擦 好 好 好 好 中低速轴 低 简单  
液力式 液体动压 好 无 一般 好 高速轴 低 复杂  
液压式 流体静压 好 差 一般 好 高速轴 高 一般  
粘液可控 湿摩擦 好 好 良好 好 任意轴 一般 一般  
为满足大型下运带式输送机可控制动的要求，结合现场使用情况，可选用适当的可控制动装置。对具有较高的可控制动性能要求的场合，为更好的达到限速制动的目的，均可与液压推杆制动器配合使用，实现软、硬两级制动。  
参考文献  
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