摘要：带式输送机是煤矿井下生产的一种重要运输设备，而制动装置是下运带式输送机的关键设备之一。本文设计了一种液压调速制动系统的动态测试试验系统，进行了下运带式输送机在超速保护制动、低速制动等工况下的模拟试验。
关键词：下运带式输送机；液压调速；
1.软制动器结构组成
液压调速软制动器主要由刹车变量泵、液压调速控制装置、PLC控制箱和转速检测装置组成。带安装架的刹车泵与被制动机械系统的高速轴（要求用双出轴电动机或双输入轴减速器）通过弹性联轴节连接和定位；转速检测装置安装在泵架上，连接泵轴的对轮需带有脉冲发生环节；液压调速控制装置布置在刹车泵附近，并分别与刹车泵的吸液口和排液口连通；PLC控制箱可布置到被制动机械系统的电控室，并与转速检测装置、电磁阀及主控系统的操作控制器联接。
2.液压调速软制动系统的性能特点
2.1防爆性能可靠。液压调速软制动系统整套装置没有干摩擦面，所以工作时不会产生高热和火花，电器部件均采用经国家检验合格的防爆元件，因此可用于任何瓦斯等级的煤矿井下。
2.2制动性能优良。由于液压调速软制动系统是由电磁比例溢流阀从最大到最小逐步调节，使泵的输出压力逐步增加，变量泵产生的制动力矩逐步增加，降低了由制动而导致的皮带机各机械部分的磨损，杜绝了断带事故，提高了皮带机整机使用寿命。
2.3功能全面。液压调速软制动系统除对下运带式输送机具有可控软制动功能外还具有短时超速制动功能、突然停电制动功能和稳车制动等功能。由于制动系统内部配套了UPS电源，因此可保证当下运皮带机遭遇突然停电事故时，系统利用UPS电源仍能自动反应实施应急保护制动，此时其制动工况与正常制动工况完全相同。若皮带机运行速度超过系统设定的最大速度时，液压制动系统自动投入制动状态，当皮带机运行速度降低到设定的最大允许速度以下时，制动停止，皮带机恢复到正常速度运行，因此能有效地保护电动机安全运行。当皮带机完全停止运行时，轮式防爆液压制动器开始工作，制动闸油缸回油，制动闸在弹簧的作用下实施抱闸制动，起到稳车制动的功能，防止皮带机“溜坡”。
2.4安装方便。刹车泵主轴通过弹性联轴器可与电机轴双出轴连接，也可与减速器高速轴双出轴连接，刹车泵与液压站之间只需软管相连，可依现场条件布置，安装极为方便。
3.模拟制动特性
3.1刹车变量泵特性试验。图1为液压调速软动器在手动调节系统压力时系统的压力与转矩曲线。当PLC通过变频器控制电机正常运转，液压系统的电磁换向阀处于失电状态，把安全阀压力调至最小，油路流向为油箱→刹车变量泵→溢流阀→油箱。使油路系统处于卸荷状态，然后通过手动调节溢流阀压力，使系统压力在0～18MPa范围内逐渐增大时，系统所产生的压力与转矩的曲线如图1所示。
图1
从图中可知，刹车泵的出口压力与制动力矩基本成线性变化，但压力在4～5MPa时该曲线的变化率明显大于压力5MPa以上时的变化率，当压力大于4MPa时，刹车泵由小排量转入大排量工作状态，说明该泵的两点式工作特性明显。在压力大于5MPa以上时，该曲线显示出压力与转矩很好的线性关系，此特性使液压调速软制动器在制动过程中保持制动过程稳定，避免制动冲击。
3.2空载运行与加载制动试验。图2为液压调速软制动器从起动空载运行至接到停车命令后的制动运行曲线。采集时间为60s，转速的量程为1500r/min，转矩的量程为500N·m，压力的量程为23MPa。预先在程序中设定制动减速度为某一恒定值。
图2
由图2可知，在PLC的控制下，前30s液压调速软制动器的插装式电磁换向阀（DTl）得电，液压油经过刹车泵及DT1直接流回油箱，系统处于卸荷状态，管道压力低，变量泵的压力小，液压系统产生的外阻力矩小，刹车泵在低压小排量下工作即液压调速软制动器处于正常空载运转工况。图中显示系统压力基本在0～0.3MPa之间波动，这个压力因插装式电磁换向阀（DTl）及管道的阻尼产生，非制动工况下液压调速软制动器的油液流向为油箱→刹车变量泵→插装式电磁换向阀（DTl）→油箱，此回路设计简单，系统空载运行阻尼小，实现了近似零阻尼回路技术，这段时间转矩值很小，转速由0逐步升到最高转速1480r/min。
在第30s时液压调速软制动器接到停车制动命令，首先PLC控制器使插装式电磁换向阀（DT3）得电，DT1失电，液压系统进入制动状态。同时PLC控制器输出4～20mA的电流信号，经比例放大器控制电磁比例溢流阀（DT2）电磁铁的电流值，建立系统压力进行正常制动。当系统制动压力大于刹车泵变量压力时，刹车变量泵转入大排量工作状态。PLC控制器根据输送机驱动电机的实时转速间接检测出电机的减速度，程序通过比较驱动电机的实时减速度和设定减速度自动计算出液压调速软制动器需要产生的制动力矩，进而调节比例溢流阀的出口压力，实现液压调速软制动器产生的制动力矩自动调整，达到恒减速度制动的目的。由图中所示的制动部分的曲线可知，从第30秒制动开始，压力、扭矩数值迅速上升，驱动电机的转速曲线基本保持线性下降，实现了恒减速度制动。
图2所示在50～54s时，转速曲线在制动即将结束时出现了往复振动，模拟试验系统出现此现象，说明此时刹车泵出现了正反摆动，这是因试验系统不能完全模拟被制动装置的实际负载造成的。
通过对模拟正常停车制动曲线的分析可知，液压软制动系统能实现下运带式输送机正常制动过程的安全可靠停车，且能保持制动过程的恒减速度控制。
3.3超速保护制动和低速制动试验。图3为超速保护制动和低速制动模拟试验曲线，采样周期为150s，转速的量程为1500 r/min，转矩的量程为0～500N·m，压力的量程为20MPa。
图3
设定带式输送机驱动电机正常转速为1250r/min，当转速大于1250r/min时设定为超速。由图可知，试验过程先完成了两次超速保护制动，在第32秒时输送机驱动电机速度偏离正常转速逐渐增大，测速传感器测得电机的速度超过其正常运行速度，PLC控制器发出限速指令，液压调速软制动器进入制动工况，超速保护制动历时18s，输送机电机转速恢复到1250r/min，液压调速软制动器由制动状态转入空载运行状态。第2次超速发生在第77秒时，此次超速制动历时16s，液压调速软制动器再次将输送机驱动电机速度拉回至正常转速，由图3可看出，两次制动均实现了超速保护功能。同时，驱动电机的转速基本上成线性下降，压力、扭矩数值迅速上升，在120～130s，当驱动电机的转速已下降到200r/min的较低速度时，液压调速软制动器的使系统压力和转矩仍然保持较大的值，说明该制动装置有很好的低速制动性能。
4.结语
下运带式输送机是我国煤矿生产中一种重要的运输设备，正朝着长距离、大运量和大倾角的方向发展。但因运量的变化和运输倾角的不同，驱动电机在正常工况下运行时处于电动机工况工作，在某些情况下会处于发电工况工作，若发生突然停电，电动机会失去制动力矩，使输送机失去控制而发生飞车事故，因此长距离、大运量和大倾角下运带式输送机的制动问题已成为煤矿安全生产的重要问题。
参考文献：
[1]宋伟刚.带式输送机制动方法[J].物料搬运与分离技术，2014（03）．
[2]赵振保.下运带式输送机制动系统的应用[J].煤炭科学技术，2014（09）．
论文作者:马开放
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/3
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