張永哲

（山西焦煤汾西礦業(yè)高陽(yáng)煤礦修舊利廢中心， 山西 孝義 032311）

引言

帶式輸送機(jī)因其具有運(yùn)輸能力強(qiáng)，運(yùn)行阻力、功耗低，運(yùn)行平穩(wěn)，控制方便等優(yōu)點(diǎn)被煤礦企業(yè)廣泛應(yīng)用。制動(dòng)器是帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵裝置，一般帶式輸送機(jī)采用的是KZP型盤(pán)式制動(dòng)器[1]。某礦的皮帶運(yùn)輸機(jī)均采用的是KZP型盤(pán)式制動(dòng)裝置，帶式輸送機(jī)在礦井采區(qū)上山（下運(yùn)）中，常由于KZP型盤(pán)式制動(dòng)裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在缺陷或使用不當(dāng)而出現(xiàn)飛車(chē)、打滑、滾料和閘輪冒火花等事故，并且停電情況下緊急制動(dòng)會(huì)發(fā)生撕帶、滾料事故。因此，亟待對(duì)帶式輸送機(jī)盤(pán)式制動(dòng)裝置液壓系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，為煤礦的運(yùn)輸安全提供保障。

1 KZP型盤(pán)式制動(dòng)裝置

圖1為KZP型盤(pán)式制動(dòng)裝置的原理圖。通過(guò)輸送帶測(cè)速裝置對(duì)輸送機(jī)的帶速進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，由控制器根據(jù)輸送帶的實(shí)時(shí)速度發(fā)出電信號(hào)調(diào)節(jié)溢流閥來(lái)控制液壓系統(tǒng)的出口油壓，進(jìn)而盤(pán)式制動(dòng)器的油缸壓力也會(huì)被改變，制動(dòng)盤(pán)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)盤(pán)向壓力（該壓力與制動(dòng)力矩正相關(guān)），依靠增大或減小制動(dòng)力矩的反饋控制實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)速度的調(diào)節(jié)[1]。

圖1 KZP型盤(pán)式制動(dòng)裝置的原理圖

1.1 KZP型盤(pán)式制動(dòng)裝置液壓系統(tǒng)分析

圖2為優(yōu)化前盤(pán)式制動(dòng)裝置的液壓系統(tǒng)圖。KZP型盤(pán)式制動(dòng)裝置的最大制動(dòng)力矩為25 kN·m，最高油壓為6 MPa，最大控制油壓為5.5 MPa，流量為6 L/min。通過(guò)對(duì)KZP型盤(pán)式制動(dòng)裝置液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，KZP型盤(pán)式制動(dòng)裝置液壓系統(tǒng)存在如下問(wèn)題：

1）由于該制動(dòng)裝置蓄能器的出油口直接連接在主油管路上，但是在實(shí)際運(yùn)行中，蓄能器與電液比例溢流閥在工作頻寬上不同步，導(dǎo)致液壓的響應(yīng)速度過(guò)低，影響到壓力調(diào)節(jié)的速度。

2）該產(chǎn)品的研發(fā)較早，高壓系統(tǒng)的密封技術(shù)不夠完善，限制了控制油壓的上限，最高為5.5 MPa，使得電液比油壓的實(shí)際調(diào)節(jié)范圍小于設(shè)定值。

3）控制系統(tǒng)未將輸送帶的黏彈性考慮在內(nèi)，導(dǎo)致實(shí)際速度與設(shè)定速度存在差異。

圖2 優(yōu)化前盤(pán)式制動(dòng)裝置的液壓系統(tǒng)圖

1.2 盤(pán)式制動(dòng)裝置液壓系統(tǒng)的功能要求

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要，盤(pán)式制動(dòng)裝置液壓系統(tǒng)有如下功能要求：

1）由于制動(dòng)力矩與油壓具有正比例的關(guān)系，因此液壓系統(tǒng)的油壓能實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)節(jié)。

2）液壓系統(tǒng)必須設(shè)有應(yīng)急動(dòng)力，在出現(xiàn)停電事故時(shí)，管路中油壓不會(huì)迅速下降。應(yīng)急動(dòng)力源在出現(xiàn)停電事故時(shí)才會(huì)工作，避免在正常供電時(shí)，主油路的油壓過(guò)高，出現(xiàn)油壓調(diào)節(jié)滯后的情況。

3）一旦出現(xiàn)停電事故，液壓油缸內(nèi)的壓力必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)降低至閉閘壓力，同時(shí)液壓油迅速流回到液壓油箱，保證盤(pán)式制動(dòng)器施閘空動(dòng)時(shí)間不得大于0.3s。

2 盤(pán)式制動(dòng)裝置液壓系統(tǒng)的優(yōu)化

優(yōu)化后的液壓系統(tǒng)采用主、備雙回路設(shè)計(jì)，可以保證系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)增加了蓄能器和壓力變送器。其中采用蓄能器作為應(yīng)急動(dòng)力源，增加一個(gè)壓力變送器對(duì)管路中的油壓信息進(jìn)行采集。圖3所示為優(yōu)化后的液壓系統(tǒng)原理圖。

圖3 優(yōu)化后的液壓系統(tǒng)原理圖

優(yōu)化后液壓系統(tǒng)的工作原理：

1）啟動(dòng)。首先控制蓄能器進(jìn)行充液，電液比例溢流閥的電流緩慢增加，此刻電磁換向閥8、10于左位工作。在壓力變送器檢測(cè)到蓄能器的油壓超過(guò)9 MPa時(shí)，控制電磁換向閥11于左位工作，蓄能器充液完畢，隨后油壓迅速降至殘壓pv。啟動(dòng)系統(tǒng)，電磁換向閥8、11被通電于左位工作，電磁換向閥10斷電于右位工作，此刻管路中的油壓迅速升至系統(tǒng)的最大工作壓力pmax，制動(dòng)器盤(pán)閥的間隙為1.5 mm，帶式輸送機(jī)可在人為控制下開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。

2）制動(dòng)。電磁換向閥8和11在進(jìn)行制動(dòng)時(shí)于左位工作，電磁換向閥10一直于右位工作。完成制動(dòng)操作后，電磁換向閥12通電于左位工作，蓄能器內(nèi)的液壓油迅速回流，因此蓄能器內(nèi)的油壓會(huì)迅速降至充氣狀態(tài)下的p0，通過(guò)此種設(shè)計(jì)保證即使出現(xiàn)停電事故處于負(fù)載下的帶式輸送機(jī)也不會(huì)發(fā)生滑移。

3）突然停電。當(dāng)管路中的油壓上升至閉閘油壓p1溢流閥16打開(kāi)。但出現(xiàn)停電事故時(shí)，電磁換向閥8、11、12均于左位工作，制動(dòng)器中一小部分的液壓油流到蓄能器，大部分依次經(jīng)過(guò)電磁換向閥10，電磁換向閥8和溢流閥16流至油箱，在0.3 s的時(shí)間內(nèi)盤(pán)式制動(dòng)器完成空行程。然后蓄能器內(nèi)液壓油通過(guò)電磁換向閥11，電磁換向閥8和調(diào)速閥17流出，皮帶運(yùn)輸機(jī)的制動(dòng)力矩平穩(wěn)下降，避免在緊急制動(dòng)時(shí)發(fā)生撕帶、滾料事故。

3 液壓站設(shè)計(jì)

液壓站主要包括液壓泵、電機(jī)、電液比例溢流閥、蓄能器、調(diào)速閥和液壓管路。

3.1 液壓站主要參數(shù)確定

液壓站的主要參數(shù)包括系統(tǒng)最高工作壓力pmax，開(kāi)閘油壓pl、閉閘油壓pc、系統(tǒng)殘壓pv和最大工作流量qmax等。

1）系統(tǒng)最高工作壓力pmax。將盤(pán)式制動(dòng)器全開(kāi)時(shí)制動(dòng)器與制動(dòng)盤(pán)之間的間隙達(dá)到最大時(shí)系統(tǒng)的油壓。為保證液壓系統(tǒng)的可靠性，采用工作壓力上限更高的ZDQ25型盤(pán)式制動(dòng)裝置，ZDQ25型盤(pán)式制動(dòng)裝置的最高工作壓力pmax=9.9 MPa。

2）開(kāi)閘油壓pl和閉閘油壓pc。將盤(pán)式制動(dòng)器松閘時(shí)，制動(dòng)盤(pán)和閘襯接觸間隙為零時(shí)油壓稱(chēng)為開(kāi)閘油壓；將制動(dòng)盤(pán)與閘襯接觸但制動(dòng)力為零時(shí)的油壓稱(chēng)為閉閘油壓[2]。一般認(rèn)為開(kāi)閘油壓和閉閘油壓相等，因此ZDQ25型盤(pán)式制動(dòng)裝置的開(kāi)閘油壓和閉閘油壓均為8.92 MPa。

3）系統(tǒng)殘壓Pv。將電液比例溢流閥輸入電流信號(hào)為零時(shí)的油壓稱(chēng)為系統(tǒng)殘壓。根據(jù)相關(guān)要求，ZDQ25型盤(pán)式制動(dòng)裝置的系統(tǒng)殘壓不得高于0.5 MPa。

4）最大工作流量qmax。為保證盤(pán)式制動(dòng)器松閘時(shí)能在1 s內(nèi)迅速完成1.5 mm的退閘，要求系統(tǒng)最大工作流量達(dá)到5 L/min。

3.2 液壓泵和電機(jī)的選取

由于煤礦井下油污較多，而且不易檢修，因此采用檢修方便、耐油污的CBWE306ALP齒輪泵。此型號(hào)泵的額定壓力為16 MPa，排量6 mL/r，額定轉(zhuǎn)速為2 500 r/min。選用轉(zhuǎn)速n=960 r/min的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。泵的流量qr為：

式中：D為液壓泵的排量，mL/r，取6 mL/r；n為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min，取960 r/min；ρ為液壓泵的容積效率，取0.9。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，泵的流量qr為5.184 L/min，大于最大工作流量5 L/min。

3.3 液壓管道管徑的確定

液壓管路的內(nèi)徑Φ為：

式中：qr為泵的流量，m3/min，取 5.184×10-3m3/min；v為管路中液壓油的流速，m/s，取1 m/s。

經(jīng)過(guò)計(jì)算液壓管路的內(nèi)徑Φ為10.49 mm。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，選用內(nèi)徑為12 mm的吸油管。

3.4 電液比例溢流閥的選型

液壓系統(tǒng)通過(guò)電液比例溢流閥完成對(duì)油壓的無(wú)極調(diào)節(jié)。由于液壓泵的最大流量為5.184 L/min，考慮到節(jié)約成本，采用dBY-E6C隔爆型直動(dòng)式電液比例溢流閥。該閥最大可調(diào)壓力為16 MPa，額定流量為6 L/min。

3.5 蓄能器與調(diào)速閥的選型

當(dāng)出現(xiàn)停電事故時(shí)，應(yīng)急制動(dòng)回路開(kāi)始工作。應(yīng)急制動(dòng)回路包括調(diào)速閥和蓄能器。因?yàn)?，回流到蓄能器的液壓油量較少，選用容量較小的蓄能器。本設(shè)計(jì)采用NXQA-0.63/10-L型蓄能器，其容量為0.63 L，最大壓力為10 MPa。為保證在10 s內(nèi)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，采用2FRM6B76-L3X/3QM型調(diào)速閥。該閥的最大通過(guò)流量為3 L/min，滿足制動(dòng)時(shí)間要求。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

將優(yōu)化后的盤(pán)式制動(dòng)裝置和設(shè)計(jì)的液壓站投入生產(chǎn)使用，在為期6個(gè)月的工業(yè)實(shí)驗(yàn)中，帶式輸送機(jī)在正常供電情況下沒(méi)有由于制動(dòng)操作發(fā)生一起飛車(chē)、打滑、滾料和閘輪冒火花等事故。期間出現(xiàn)了2起突然停電事故，但在停電期間帶式輸送機(jī)沒(méi)有因?yàn)橥蝗皇?dòng)力源緊急制動(dòng)發(fā)生撕帶、滾料事故。因此，對(duì)帶式輸送機(jī)盤(pán)式制動(dòng)裝置液壓系統(tǒng)的優(yōu)化有效。

5 結(jié)論

根據(jù)帶式輸送機(jī)制動(dòng)液壓系統(tǒng)的要求，結(jié)合盤(pán)式制動(dòng)裝置液壓系統(tǒng)存在的不足，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了采用主、備雙回路的優(yōu)化，并對(duì)液壓站的關(guān)鍵元件進(jìn)行了選型，在滿足帶式輸送機(jī)制動(dòng)需要的同時(shí)，提高了帶式輸送機(jī)的可靠性。