带式输送机盘式制动器可控制动装置的研究

2008年第 5期 煤矿机电 23 带式输送机盘式可控制动装置的研究 李毕胜 符阳 冒维鹏 煤炭科学研究总院 上 海分院 上海 200030 摘要 介绍了盘式可控制动装置的系统结构 工作原理及其保护功能 与国外同类型产品相比 带式输送机 盘式制动装置 研究 该装置性能可靠 价格低廉 有广泛地应用前景 关键词 中图分类号 TD528 1 TM571 1 文献标识码 A文章编号 1001 0874 2008 05 0023 03 Research on controllable D isk Brake apparatus for Belt Conveyor LI B i sheng FU Yang MAO W ei p eng Shangha i Branch of Ch ina Coa lR esearch Institu te Shangha i 200030 Ch ina Ab stract The syste structu re w orking princ ip les and protection functions o f contro llable d isk brake apparatus m for belt conveyor are in troduced T he apparatus is cheaper than the sam e k ind of overseas and hasw ide app lic ation prospec t Keyw ords belt conveyor con tro lla ble disk brake appara tu s research 1 引言 根据我国煤炭行业相关标准的要求 带式输送 机在上运 停车出现逆转 和下运情况下必须装设 制动装置 以防止停电飞车等事故发生 并具有实现 软起动和控制超速飞车过载保护等辅助功能 针对下运带式输送机的制动技术要求 目前国 内己应用和开发研制出大功率可控制动装置主要有 以下几种 自冷盘式制动装置 液力制动器 液压制 动器 液粘制动装置和电液推杆制动器 盘式制动 装置因其独特的超大制动力矩和可靠的安全性在带 式输送机中得到了广泛地应用 现场使用情况表明 下运带式输送机制动装置 的种类虽多 但国产制动装置的工作可靠性尚待提 高 而进口制动装置价格昂贵 维修较为困难 煤 科总院上海分院在吸取国内外现有各种盘式制动装 置的基础上 开发了一种新型盘式可控制动装置 2 盘式可控制动装置的结构 盘式可控制动装置是机电液一体化产品 由机 械制动系统 液压控制系统以及配套的电控系统组 成 图 1为盘式可控制动装置的组成及控制框图 图 1 盘式可控制动装置组成及控制框图 1 机械制动系统 机械制动系统由底座 制动油缸座 制动油缸 制动盘 制动闸瓦以及防护罩等部件组成 其中制 动油缸 制动盘和制动闸瓦是其核心 图 2为机械制 动系统结构图 制动油缸内装多片碟形弹簧 以提供制动所需 的正压力 为了避免产生附加的轴向力 制动油缸 在制动盘两侧 对称布置 当 对制动盘施加 正压力 时 即可在制动盘表面产生制动力矩 通过液压控 制系统中电液比例阀调整制动油缸中油压的大小可 以调整正压力 从而调整制动力矩的大小 制动盘材料采用 16M n钢 结 构设计上借鉴离 心风机的设计理论 在制动盘 内开设曲线通风 道 当制动盘转动时 气流纵向流过通风道表面 产生强 24 煤矿机电 2008年第 5期 保压状态 随着泄漏等原因 系统的压力降低到一 定程度 电控系统中 PLC 控制系统开启油 泵电机 给系统打压 当系统压力升高到设定值后 控制系统 将关闭油泵电机 该系统油泵电动机在工作中无需 一直开机 不仅节约了电能 而且大大提高了系统的 可靠性 系统中采用了具有较大容积的蓄能器 它能充 分维持液压系统的油压 在系统处于保压状态 油 泵电机停电时能弥补由于泄漏等原因造成的系统油 图 2 机械制动系统结构图 1 制动油缸 2 制动闸瓦 3 防护罩 4 制动盘 5 底座 6 制动油缸座 压的降低 在系统处于制动状态时 此时油泵电机不 开机 蓄能器作为紧急动力源投入系统的制动工作 可确保系统可靠制动 液压控制系统采取双回路形式确保运行安全 既可备用又便于维护 3 电控系统 用于控制液压系统的电控系统 其原理是 PLC 接受开机 制动指令以及各个保护装置 传感器 反 馈回来的信号 根据事先输入的程序来控制液压系 统完成所要求的动作 该制动装置可以与输送机主 机通讯 实现远程的监控 由于系统的制动力矩是靠闸瓦与制动盘之间的 摩擦产生的 因此闸瓦受到磨损就会导致闸瓦间隙 增大 同样由于碟形弹簧疲劳也会造成闸瓦间隙增 大 制动力矩减少 该系统采用了距离传感器来实 时监控闸瓦磨损量以及闸瓦与制动盘之间的间隙 并配有自动报警系统 以便及时更换闸瓦或对闸瓦 与制动盘之间的间隙进行调节 以确保系统制动的 稳定可靠 正在工作的下运带式输送机 如果遇到停电 由 于系统物料惯性及自身的惯性 需要进行安全制动 为此 系统采用了双重措施保证停电工况下安全的 制动 在电控系统中采用了 UPS电源 保证停电 状态下 依然能对控制系统中的各电磁阀进行供电 通过控制电磁比例阀 保证油压的正常降低 控制系 统的 制动 力矩 保 证系 统的制 动减 速度 如 果 UPS电源失效 全部电磁阀处于断电状态 此时 在 溢流阀和节流阀及蓄能器的联合作用下 可保证闸 瓦的贴闸油压以及控制卸压时间 实现二级制动 保 证系统的安全 3 盘式可控制动装置的工作原理 盘式可控制动装置依靠油缸中的油压与碟形弹 簧共同作用使闸瓦与制动 盘之间产生摩擦 制动力 迫对流散热 可有利于制动盘的散热 与实心制动 盘相比 采用通风道结构能有效地提高制动盘的散 热性能 制动闸瓦采用了无石棉环保型闸瓦 此类闸瓦 现已广泛应用于煤矿用提升机上 该闸瓦摩擦系数 高 力学强度好 热衰退效 磨耗低 使用周期长 闸 瓦材料因无高硬度摩擦剂和钢棉 运行中无高频噪 音 不产生火花 不易损伤盘闸 材料中不含石棉 绿 色环保 2 液压控制系统 液压控制系统是根据所需要的制动力矩 通过 电液比例阀来调节制动油缸的工作油压 该系统采 用了电液比例压 力控制 可以实现无级调 压 使升 压 降压过程平稳且迅速 提高了系统的性能 图 3 为液压控制系统原理图 图 3 液压控制系统原理图 1 粗滤油器 2 油泵 3 电机 4 精滤油器 5 单向阀 6 蓄能器 7 压力表 8 电磁球阀 9 电磁换向阀 10 比例溢流阀 11 12 溢流阀 13 节流阀 14 压力传感器 15 球阀 在带式输送机正常运行过程中闸瓦打开 此时 液压系统的油泵电机停机 电磁球阀通电 系统进入 2008年第 5期 煤矿机电 25 矩 是利用液压油压缩碟簧松闸 卸压后碟簧产生压 力施闸的常闭式制动装置 系统运行时 压力油通 过高压油管进入制动器的活塞腔 压缩碟簧使闸瓦 离开制动盘 解除制动 输送机正常起动 当输送机 超速或需要停机制动时 油压降低 活塞在碟簧压力 的推动下带动闸瓦压向制动盘 利用闸瓦与制动盘间 的摩擦产生制动力 从而实现输送机制动 根据使用 工况该盘式可控制动装置有以下几种工作过程 1 松闸过程 液控系统收到松闸指令后 油泵 2工作 电磁换 向阀 9通电 比例溢流阀 10电流逐渐增大 油压上 升 蓄能器 6充液 制动器制动力矩减小 带式输送 机在负载带动下缓慢 起动 在系统 压力达到最大 后 电磁球阀 8通电 系统封闭 带式输送机正常工 作过程中 系统保压 由于泄漏当油压降低到设定的 最低压力时 PLC 发出信号 使油泵电机开机打压 系统压力升高 当油压升高到 PLC 设定的最高压力 时 PLC发出信号 使油泵电机停机 溢流阀 11设 定系统最高压力 起安全阀作用 2 正常停车 液控系统接受正常停车指令后 电磁球阀 8断 电 由于电磁换向阀 9处于带电状态 油液通过比 例溢流阀 10卸压 比例溢流阀的电流按电控系统 的要求降低来调节油压和制动力矩 使输送机停车 2减速度保持在 0 1 0 3m s 当输送机停止 运行 后 油泵电机 3 电磁换向阀 9 和比例溢流阀 10断 电 系统停止工作 3 工作制动 输送机运行过程中 若由于某种原因引起超速 测速传感器将信号传至电控系统 电控系统发出控 制信号 使电磁 球阀 8断 电 油液由 比例溢流阀卸 压 比例溢流阀电流降低 施加制动力 待输送机达 到稳定运行速度时 电磁球阀 8通电 解除制动 系 上接第 22页 自动制动运行程序在运行过程中 一直检测电 流和速度的变化 根据两者的变化趋势和关系 判断 采煤机是否出现下滑 如果出现下滑 则系统进入制 动运行程序 3 结语 1 通过对电磁调速器自然特性和人工机械特 性的研究 成功解决了制动运行的关键技术 首次在 电磁调速器上用测速轴编码器取代了传统的测速发 电机 在原动机转子上安装了可控的电磁制动闸 控 统保压 4 系统突然断电 当输送机系统突然断电时 油泵电机 3断电 因 控制系统由 UPS提供电源 电磁球阀 8 电磁换向阀 9和比例溢流阀 10仍受 PLC 电控系统控制 此时电 磁球阀 8断电 油液由比例溢流阀 10卸压 施加制 动力 使输送机平稳减速制动 若 UPS电源失效 油泵电机 3 电磁球阀 8 电 磁换向阀 9和比例溢流阀 10 断电 则在溢流阀 12 作用下可使油压降至调定值 制动器迅速通过空行 程贴至制动盘 在 蓄能器和节流 阀 13的联 合作用 下 油液压力逐渐降低 制动力矩增大 输送机缓慢 停车 5 系统紧急制动 当输送机接受到紧急停车指令后 控制过程与 正常停车过程一致 相比于正常停车状态 比例溢流 阀 10卸压过程更加迅速 将输送机停止 4 结语 在消化和吸收国内外各型盘式制动技术的基础 上 我们对盘式制动装置进行了合理改进 由于该装 置具有上述诸多优点 而且比国外同类型产品价格 低 故市场潜力较大 参考文献 1 2 3 王光炳 浅析下运带式输送 机的制动 与起动 J 煤矿机电 2001 1 张媛 周满山 等 大功率下运带式输送机的制动技术 J 煤 矿机械 2002 4 王峰法 李云海 朱 路群 下运 带式输 送机盘 式制动 器的研 究和应用 J 煤矿机电 2003 5 作者简介 李毕胜 1974 男 工程 师 1998 年毕 业于中 国矿业 大学 现在煤科总院上海分院运输机电 研究制造 中心从事 减速器及 带式输送机元部件的研究工作 收稿日期 2008 05 20 责任编辑 陈锡强 制系统以 PLC 为核 心 采