薛波
【摘 要】基于现有下运带式输送机常用的机械抱闸制动、电气动力制动等普遍存在着可靠性差、电气安全性差的缺点,结合下运带式输送机的工作情况和整体结构,提出了一种新的液压调速软制动装置,对不同情况下下运带式输送机的制动特性进行了模拟验证.结果表明:该新型软制动装置能够实现对下运带式输送机的无摩擦安全制动,可靠性高,极大地提升了下运带式输送机运行的安全性.
【期刊名称】《机械管理开发》
【年(卷),期】2019(034)003
【总页数】3页(P92-93,177)
【关键词】下运;带式输送机;液压调速;软制动
制动总泵
【作 者】薛波
【作者单位】山西焦煤西山煤电晋兴公司斜沟煤矿准备队,山西兴县033600
【正文语种】中 文
【中图分类】TD355
引言
随着煤炭开采技术的不断提升，各煤炭生产企业不断拓展复杂地形条件下的煤炭开采，各类型的大运量、长距离、大倾角的下运式带式输送机不断投入应用。下运式输送机在工作过程中，随着所运输煤炭质量的不断增加，其驱动电机逐渐转为发电反馈的运行工况，当输送机发生故障时，需要极大的制动力才能完成制动，目前常用的机械盘式制动装置，在制动的过程中依靠摩擦片摩擦制动，极易产生火花，煤矿井下瓦斯含量较高，容易导致爆炸事故，造成更严重的伤害，因此极大地限制了机械制动装置的应用[1]。传统的液力制动装置在制动过程中完全抱死制动机构，极易造成输送机机架受冲击发生倒塌事故。因此急需开发一种新的柔性制动装置，实现对重载情况下下运带式输送机的恒减速制动。
1 液压调速软制动装置的结构及工作原理
该液压调速软制动装置由四大部分组成，分别为控制系统、液压油储存系统、制动变量泵及强化制动系统。其中制动变量泵安装在下运输送机驱动电机的轴上，用于对输送机产生制动力，强化制动系统则是对制动变量泵制动的补充，确保制动安全，控制系统包括各类控制器、模拟转换器等，液压油储存系统则是用于储存制动油液的部分，其整体结构如图1所示。
图1 液压调速软制动装置液压原理图
当输送机在正常工作时，制动装置处于非工作状态，此时制动变量泵会随着驱动电机轴一起运行，由于制动变量泵处于卸荷状态，制动装置内液压油的压力极低，因此在运行时的液阻非常小，长时间运行也不会产生大的发热，对驱动电机的功率消耗也较小，不会对电机驱动输送机的运行造成负担。
下运输送机在工作过程中发生异常，需要制动时，控制系统首先控制电液换向阀（DT3）得电，同时控制另一个电液换向阀（DT1）失电，电磁比例溢流阀工作，系统进入制动工作状态，制动装置内的油液制动压力迅速升高，当压力超过制动变量泵的变量压力时，变量泵迅速的开启应急大流量工作状态，将液压软制动调速装置进入到强制动工况。此时控
制系统对输送机的实时运行速度进行不间断的监测，将单位时间内输送机的制动加速度反馈到控制系统，系统根据输送机运行状态自动计算出下一阶段制动时的制动力矩，将结果通过电流信号反馈给流量比例溢流阀，从而实现软制动装置根据输送机的运行情况自动调整制动力矩的闭环控制，将输送机减速时的制动加速度维持在一个基本恒定的数值，完全消除了在制动过程中的摩擦和冲击，极大地提高了各设备的使用寿命。
2 软制动控制系统的数学模型
为了提高对制动过程控制的精确性，本文采用了基于模糊PID控制，用以满足对输送机制动加速度的精确监测并将其精确转换为控制电流信号，实现对制动变量泵输出制动力矩的精确控制[2]。模糊PID控制的基础是液压调速软制动控制装置制动时速度变化的数学模型，其结构如图2所示。
图2 液压调速软制动装置制动流程
在该控制系统中，压力调节直接关系到制动时能否平稳、及时、有效，其调节主要是依据对电磁比例溢流阀的调节实现的，电磁阀调节的传递函数GV可表示为：
式中：ω为二阶固有频率；τ为油液阻尼系数；K1为比例溢流阀的放大系数；ω'为液压管路容腔导致的滞后系数；S为电磁比例溢流阀截面积。
3 液压调速软制动装置的试验验证
为对该液压调速软制动装置的制动效果进行分系，建立了软制动装置试验验证试验平台，结构如图3 所示[3]。
图3 液压调速软制动试验系统结构示意图
对下运式带式输送机在满载、高带式工况下的制动情况进行试验验证，设置仿真试验平台上输送机运行时驱动电机的转速为1 440 r/min，扭矩传感器量程范围最大为500 N·m，压力传感器的最大量程为20 MPa，系统的仿真时间为150 s，在制动工况下也调速制动装置的超速保护数据曲线如图4所示。
图4 液压调速软制动装置超速保护特性曲线
由仿真分析结果可知，从第33 s开始，位于驱动轴上的速度传感器监测到的驱动电机的速
度出现了明显的加大，控制系统向制动系统发出了制动指令，液压调速软制动装置开始进入到制动工况。在第62 s处制动结束，驱动电机的转速恢复到正常。在第78s时输送机系统再一次出现了超速运行的情况，同样，软制动装置经过约15 s的制动，使输送机的运行转速恢复到正常状态，在运行过程中软制动装置很好地实现了超速保护的功能。
液压调速软制动装置的制动试验结果如图5所示。
图5 液压调速软制动装置制动特性曲线
由图5可知，输送机在平稳运行到第29 s时，系统开始执行制动指令，电控系统控制电磁换向阀1失电，控制换向阀3得电，制动装置内的油液制动压力迅速升高，当压力超过制动变量泵的变量压力时，变量泵迅速开启应急大流量工作状态，将液压软制动调速装置进入到强制动工况。在调节过程中系统根据电机的转速不断计算出电机的制动加速度，由制动控制系统分析后输出实现恒减速制动的力矩值，将其转化为电流信号传递给电磁比例溢流阀，实现对油液流量的精确控制。
由仿真分析结果可知，利用该液压调速软制动装置能够很好地实现输送机在运行过程中的超速保护和恒减速制动，制动过程中的冲击振动小，制动力矩可调，安全性高。
4 结论
通过对液压调速软制动制动装置的制动原理和结构进行试验验证，结果表明，该制动装置能够实现下运式输送机在制动过程中无摩擦的恒减速制动，解决了现有制动系统制动时易产生火花、制动振动冲击大的难题，极大地提高了下运式带式输送机的制动的安全性，从而提高了输送机的使用寿命。
参考文献
【相关文献】
[1]孙继平，宋秋爽.带式输送、提升及控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2008．
[2]田庆林，宋伟刚带式输送机制动方法[J].物料搬运与分离技术，1993（3）：23-24．
[3]李军霞，李莉，寇子明.下运带式输送机软制动系统模拟试验[J].煤矿机电，2008（3）：7-12．
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