朱文清

【摘 要】隨著國(guó)家對(duì)煤礦安全生產(chǎn)管理的規(guī)范，要求工作人員及必須時(shí)查詢現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安全測(cè)控信息。目前膠帶運(yùn)輸機(jī)在煤礦中得到了廣泛的應(yīng)用，膠帶運(yùn)輸機(jī)的傳動(dòng)是通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)滾筒與膠帶之間的摩擦力來(lái)傳遞的，隨著膠帶的移動(dòng)，物料會(huì)從一端輸送到另一端。與其它類型的輸送機(jī)相比，膠帶運(yùn)輸機(jī)噪音小，耗電少，自重小，可有效提高輸送速度，但是其缺點(diǎn)是不耐沖擊，停機(jī)上閘發(fā)生的斷軸事故所造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大，因此有必要開(kāi)展這方面的研究。

【關(guān)鍵詞】煤礦；膠帶運(yùn)輸機(jī)；制動(dòng)

近年來(lái)我國(guó)對(duì)煤礦膠帶運(yùn)輸機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)都取得了可喜的成果，但與國(guó)外相比，機(jī)型偏小，帶速普遍較低，仍延用以往的靜態(tài)設(shè)計(jì)法，用加大輸送帶安全系數(shù)的方法來(lái)提高可靠性，致使元部件設(shè)計(jì)得不到有效提高。

1.煤礦膠帶運(yùn)輸機(jī)停機(jī)存在的問(wèn)題

煤礦膠帶運(yùn)輸機(jī)正常停機(jī)過(guò)程中，按下停機(jī)按鈕時(shí)電源斷電，經(jīng)短暫延時(shí)后工作閘斷電上閘，約在帶速大于2.2m/s時(shí)閘瓦就已接觸制動(dòng)輪，從而對(duì)機(jī)械部件造成很大的沖擊。有時(shí)因延時(shí)不準(zhǔn)造成工作閘上閘過(guò)慢，膠帶機(jī)發(fā)生逆轉(zhuǎn)使機(jī)械式逆轉(zhuǎn)保護(hù)器動(dòng)作造成安全閘斷電上閘。當(dāng)煤礦膠帶運(yùn)輸機(jī)出現(xiàn)事故需緊急停機(jī)時(shí)，扳動(dòng)急停開(kāi)關(guān)則主電源斷電，造成膠帶運(yùn)輸機(jī)的所有制動(dòng)器斷電，工作閘和安全閘同時(shí)上閘時(shí)閘死膠帶機(jī)。上述的上閘控制系統(tǒng)中，原有的繼電器定時(shí)限延時(shí)上閘造成停機(jī)后的上閘時(shí)間固定，不能隨運(yùn)煤量的大小而改變，再加上機(jī)械式時(shí)間繼電器延時(shí)不準(zhǔn)，為安全起見(jiàn)常將延時(shí)時(shí)間定得很短，結(jié)果造成膠帶運(yùn)輸機(jī)重載下正常停機(jī)時(shí)在較高的速度下強(qiáng)行上閘所產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊會(huì)損傷機(jī)械部件或直接引發(fā)機(jī)械故障。

由于煤礦條件惡劣，機(jī)械式逆轉(zhuǎn)繼電器受環(huán)境等多種因素影響，再加上是單個(gè)設(shè)置，不能做到絕對(duì)可靠，某煤礦曾發(fā)生過(guò)嚴(yán)重的逆轉(zhuǎn)事故，造成主電機(jī)燒毀、減速機(jī)損壞、巷道嚴(yán)重受損等巨大損失。

2.膠帶運(yùn)輸機(jī)的制動(dòng)裝置

膠帶運(yùn)輸機(jī)的制動(dòng)裝置有逆止器和制動(dòng)器。逆止器是供向上運(yùn)輸?shù)哪z帶運(yùn)輸機(jī)停車后限制輸送帶倒退，常見(jiàn)的有塞帶逆止器和滾柱逆止器。制動(dòng)器供膠帶運(yùn)輸機(jī)停車用，它又可分為閘瓦制動(dòng)器和盤(pán)式制動(dòng)器。

最常見(jiàn)的逆止器是塞帶逆止器，塞帶逆止器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造。當(dāng)膠帶運(yùn)輸機(jī)輸送時(shí)，制動(dòng)帶不起制動(dòng)作用；當(dāng)膠帶運(yùn)輸機(jī)倒行時(shí)，在摩擦力的作用下，制動(dòng)帶被塞入輸送帶與滾筒之間，由于制動(dòng)帶的另一端固定在機(jī)架上，制動(dòng)帶與輸送帶之間的摩擦力制止輸送帶倒行。但是塞帶逆止器的缺點(diǎn)是必須倒轉(zhuǎn)一段距離才能制動(dòng)，只適用于功率不大的膠帶運(yùn)輸機(jī)。

滾柱逆止器的星輪裝在雙端輸出減速器的外端，與輸送帶滾筒同向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)向上運(yùn)輸時(shí)，星輪切口內(nèi)的滾柱位于切口的寬側(cè)，不妨礙星輪在固定圈內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；停車后輸送帶倒轉(zhuǎn)時(shí)，星輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)，滾柱擠入切口的窄側(cè)，當(dāng)滾柱愈擠愈緊時(shí)將星輪楔住，滾筒被制動(dòng)不能倒轉(zhuǎn)。閘瓦制動(dòng)器通常采用電動(dòng)液壓推桿制動(dòng)器，制動(dòng)器裝在減速器輸入軸的制動(dòng)輪聯(lián)軸器上，閘瓦制動(dòng)器通電后，由電液驅(qū)動(dòng)器推動(dòng)松閘，失電時(shí)彈簧抱閘，制動(dòng)力是由彈簧和杠桿加在閘瓦上的。閘瓦制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)緊湊，但制動(dòng)副的散熱性能不好，不能單獨(dú)用于下膠帶運(yùn)輸機(jī)。盤(pán)式制動(dòng)器是安裝在電動(dòng)機(jī)與減速器之間的一套制動(dòng)裝置，它由制動(dòng)盤(pán)、制動(dòng)缸和液壓系統(tǒng)組成。制動(dòng)缸活塞桿端部裝有閘瓦，制動(dòng)缸成對(duì)安裝在制動(dòng)盤(pán)兩側(cè)，閘瓦靠制動(dòng)缸內(nèi)的碟形彈簧加壓，用油壓松閘或調(diào)節(jié)閘瓦壓力。液壓系統(tǒng)由電磁比例溢流閥按控制信號(hào)調(diào)節(jié)進(jìn)入制動(dòng)缸的油壓。盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩可調(diào)，制動(dòng)副的散熱條件比閘瓦制動(dòng)器好。制動(dòng)器選擇應(yīng)考慮的幾個(gè)問(wèn)題：

（1）膠帶運(yùn)輸機(jī)在起動(dòng)、運(yùn)行、停車制動(dòng)時(shí)，都具有機(jī)械慣性。制動(dòng)器通過(guò)克服膠帶運(yùn)輸機(jī)的機(jī)械慣性使之能夠準(zhǔn)確停車的。由于制動(dòng)力矩和電機(jī)力矩的作用及性質(zhì)不同，所以制動(dòng)器的選擇不應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的功率進(jìn)行配備。制動(dòng)器的制動(dòng)力矩只要能克服機(jī)械慣性力，使膠帶運(yùn)輸機(jī)由額定帶速逐漸減速停車即可。

（2）當(dāng)傾角較大的提升膠帶運(yùn)輸機(jī)停止供電時(shí)，膠帶會(huì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)。為了制止這種逆轉(zhuǎn)，現(xiàn)在的上運(yùn)膠帶運(yùn)輸機(jī)多采用逆止器以克服逆轉(zhuǎn)力矩。

（3）大型膠帶運(yùn)輸機(jī)都要求平穩(wěn)起動(dòng)制動(dòng)。一般制動(dòng)停車時(shí)減速度大小a=-（0.1～0.3）m/s2，而采用制動(dòng)停止的膠帶運(yùn)輸機(jī)，由于其停車的減速度大小與制動(dòng)器力矩大小成正比，制動(dòng)力矩過(guò)大，減速度過(guò)大，制動(dòng)時(shí)間過(guò)短，因而引起膠帶振動(dòng)，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，甚至皮帶在傳動(dòng)滾筒上打滑以及機(jī)件損壞等。鑒于上述原因，制動(dòng)器的選擇應(yīng)根據(jù)各膠帶運(yùn)輸機(jī)的具體情況進(jìn)行計(jì)算。膠帶運(yùn)輸機(jī)在正常情況下停車制動(dòng)時(shí)，是主電動(dòng)機(jī)斷電數(shù)秒后才給制動(dòng)器上閘。若是上運(yùn)提升輸送機(jī)，主電動(dòng)機(jī)斷電會(huì)引起皮帶倒轉(zhuǎn)，當(dāng)采用制動(dòng)器作為逆止裝置時(shí)，不宜全部延時(shí)制動(dòng)，應(yīng)先將工作制動(dòng)器上閘，當(dāng)給出所需制動(dòng)力矩較小時(shí)，即可上安全制動(dòng)器。

3.智能制動(dòng)方案設(shè)計(jì)

由于單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、靈活方便等很多優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)以往制動(dòng)閘測(cè)控系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，可以采用單片機(jī)組成膠帶運(yùn)輸機(jī)的測(cè)控方案。利用單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)來(lái)處理光電編碼器變換過(guò)來(lái)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，然后利用單片機(jī)的輸出信號(hào)去控制繼電器輸出，以達(dá)到根據(jù)帶速發(fā)出適時(shí)上閘指令的要求，并能設(shè)置逆轉(zhuǎn)保護(hù)與機(jī)械式逆轉(zhuǎn)保護(hù)并聯(lián)作用。并利用數(shù)顯式時(shí)間繼電器完成各種時(shí)間參數(shù)的相互配合，整個(gè)方案可以作到雙重化設(shè)置，可靠性較高。

本設(shè)計(jì)方案中利用光電軸編碼器輸出的A、B兩相信號(hào)來(lái)完成對(duì)帶速以及皮帶是否倒行的檢測(cè)。如果工作閘出現(xiàn)故障，在第一時(shí)間內(nèi)沒(méi)有閘住皮帶，以致皮帶發(fā)生倒行，這時(shí)單片機(jī)會(huì)根據(jù)判向電路的信號(hào)使安全閘動(dòng)作，避免事故的發(fā)生。單片機(jī)根據(jù)測(cè)得的帶速與設(shè)定的告警值的比較來(lái)決定是否上閘，克服了傳統(tǒng)的定時(shí)上閘的盲目性。為了進(jìn)一步提高可靠性，采用定時(shí)主閘系統(tǒng)與測(cè)速上閘系統(tǒng)相互配合，可以做到重載時(shí)測(cè)速系統(tǒng)上閘，輕載時(shí)定時(shí)系統(tǒng)上閘，并且定時(shí)時(shí)間可以根據(jù)輸送量的大小而變化。

本裝置具有定時(shí)上閘與測(cè)速上閘雙重功能，其中定時(shí)上閘為后備。在定時(shí)上閘控制中，當(dāng)按停機(jī)按鈕后，跳閘繼電器得電，使得高壓真空接觸器跳閘，其常閉接點(diǎn)閉合，數(shù)顯延時(shí)時(shí)間繼電器得電，延時(shí)后其接點(diǎn)閉合，使中間繼電器得電，同時(shí)發(fā)出上閘指令。測(cè)速上閘系統(tǒng)采用雙重設(shè)置，由光電軸編碼器采集轉(zhuǎn)速信號(hào)，其輸出信號(hào)經(jīng)判向電路后，進(jìn)入測(cè)速系統(tǒng)，測(cè)速單元輸出信號(hào)控制輸出繼電器，再由輸出繼電器控制中間繼電器，發(fā)出相應(yīng)的上閘指令。測(cè)速上閘系統(tǒng)的雙重設(shè)置即在膠帶運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭的兩端各安裝一套8051測(cè)控系統(tǒng)，可以保證當(dāng)一套系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，另一套系統(tǒng)仍能保證安全可靠地上閘。本系統(tǒng)通過(guò)定時(shí)系統(tǒng)與測(cè)速系統(tǒng)的可靠配合，通過(guò)靈活多變的數(shù)字顯示為工作人員提供良好的人機(jī)界面，提高了系統(tǒng)的工作效率，實(shí)現(xiàn)了煤礦安全生產(chǎn)的智能化。

4.試驗(yàn)結(jié)果

為了驗(yàn)證方案的正確性，對(duì)方案進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，部分?jǐn)?shù)據(jù)如下：

（1）輕載時(shí)帶速與時(shí)間。①穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)帶速：3.5m/s；②定時(shí)6秒上閘狀態(tài)：帶速：1.2m/s；上閘時(shí)間：6秒。

（2）重載時(shí)帶速與時(shí)間。①穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)帶速I：3.2m/s②智能制動(dòng)上閘時(shí)的狀態(tài)：帶速I：0.5m/s；上閘時(shí)間：4秒。應(yīng)用該制動(dòng)方案后，膠帶運(yùn)輸機(jī)抱閘時(shí)的速度由原來(lái)的2.3m/s左右降到0.4m/s左右，大大降低了對(duì)膠帶及制動(dòng)閘的沖擊，此外，良好的人機(jī)界面方便了現(xiàn)場(chǎng)操作。

5.結(jié)論

針對(duì)原來(lái)制動(dòng)系統(tǒng)中采用的固定延時(shí)上閘方式的弊端，測(cè)速上閘方式能夠根據(jù)帶速的大小上閘，避免了上閘產(chǎn)生的沖擊對(duì)設(shè)備的危害。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]楊達(dá)文，龐禹東等.國(guó)內(nèi)外煤礦帶式輸送機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展.煤礦機(jī)械，2012.