大功率下运带式输送机的制动技术

煤 矿 机 械 年第 期 ・ ・ " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "
文章编号： （ ）
大功率下运带式输送机的制动技术
张 媛，周满山，于 岩，包继华 ） （山东科技大学 运输与控制技术研究所，山东 泰安
摘
要：在分析大功率下运带式输送机制动技术要求的前提下， 分析了目前应用于大功率下
运带式输送机的几种制动系统的工作原理。 从理论与工程实际出发， 比较了它们的工作性能和工作 面布置方式， 为大功率下运带式输送机选用合适的制动系统提供理论参考； 同时也将进一步正确认 识大功率下运带式输送机制动系统的重要性， 推动了大功率下运带式输送机技术的发展。 关键词：带式输送机；盘式；液力；液压；湿式；制造器 中图号： ! 引言 随着矿井生产的不断推进和采矿流程的更新， 长距离、 大运量、 大功率的下运带式输送机的应用也 越来越普遍， 而其制动系统功能的完善、 性能的好 坏， 则直接影响着下运带式输送机的安全与可靠运 行。 主要体现在以下几个方面： （ ） 制动力矩可控； 具有断电可靠制动； （ ） （ ） 具有定车功能； （ ） 具有重载起车制动力矩零速保持功能； （ ） 实现多机制动力矩平衡； （ ） 易实现井下防爆要求； （ ） 尽量做到节能。 " 大功率下运带式输送机的制动原理 在下运带式输送机制动过程中， 制动器不但要 能克服负载力矩的作用， 同时要不断地吸收制动过 程产生的热量。 将下运带式输送机制动系统简化成 如图 所示的力学模型。 其中 是折算到驱动滚筒 上的负载力矩， 是带式输送机等效到驱动滚筒上 的转动惯量， （ ）是输送机驱动滚筒的旋转角速 ! 度， 是制动系统提供的制动力矩， 为制动器与驱 动滚筒间的传动比， " 为制动器与驱动滚筒间的机 械效率。 则有 式中 — — — 输送机正常运行速度， 由式 （ ） 可知， 当制动减速度 。 文献标识码： 式中 — — —输送机的减速度， 一般取 ； — — —驱动滚筒半径。 设计制动器时， 其设计制动力矩应有备用能力， 一般 取上式计算值的 动力 倍。 制动器在整个制动中的制
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图! !
下运带式输送机系统力学模型图
联轴器 制动器
带式输送机系统
制动力矩 （ ! （ ） " ） " （ ） （ ）
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防爆自冷盘式制动系统 防爆自冷盘式制动系统主要由机械盘闸和可控
年第 期
煤
矿
机
械
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液压站组成， 其工作原理是通过制动器对工作盘施 加摩擦制动力而产生制动力矩， 通过液压站调整制 动器中油压的大小可以调整正压力， 从而调整制动 力矩的大小。 液压站采用了电液比例控制技术， 所以 制动系统的制动力矩可以根据工作需要自动进行调 整， 实现良好的可控制动。 为了保证不出现火花， 一 般制动盘安装在中低速轴， 要求线速度不大于 。 为了使制动器具有良好的散热性， 保证制动盘 温度， 根据风机原理把制动盘做成中空结构的强制 冷却方式， 使制动过程不超过 。 这种制动系统 的布置如图 所示。 根据下运带式输送机驱动系统 的要求， 当大功率或多机驱动时， 可以在减速机与电 机之间加液力偶合器作功率平衡 （对其他的制动系 统也一样） 。 其制动力矩 （ ） 式中 — — —制动闸对数； — — —制动器对制动盘面的正压力， 它与液 压油压和弹簧预调量有关； — — —闸皮与制动盘之间的摩擦系数； — — —等效制动半径。
! 式中 — — —故障回路阻抗， !； — — —保护装置在要求的时间内能可靠切断 的动作电流； — — —相 — 零电压。 如远离变电所的设备， 由于线路长， 值大， 上 式是很难满足的； 其次由于受机械设备的负荷电流 和起动电流的限制， 保护装置的动作电流 不能选 得太小， 一般 应不小于 倍的熔丝额定电流， 所以也是难以满足的。 当保护装置不能切断单相接地故障时， 电源中 性点和机械设备的外壳都呈现电压， 这时若未能作 将与零线上的电 重复接地， 设备上的接触电压 压降 相等， 即
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输送带 驱动滚筒
湿式制动器布置图
减速机 湿式制动器 电机
对于制动器， 有# ! #（ " 式中 ）
， 则制动力矩
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— — — 摩擦片接触面积， （ ） 。 ! 由式 （ ） 可知， 在油膜剪切制动过程中， 制动
力矩随油膜间隙的减小而增大， 随制动速度的降低 而减小。 所以在制动的过程中， 应不断地减小油膜间 隙， 才能保证一定的制动力矩。 当压紧力较大， 而摩擦片间隙小到一定程度时， 则过渡到边界摩擦状态， 用边界摩擦状态的计算公 式， 此时有 （ ） 式中 — — —摩擦片间湿摩擦系数， 一般取 ； — — —摩擦片间相互作用力。 结语 虽然目前大功率下运带式输送机的机、 电、 液制 动系统主要有以上 种， 但在实际使用中它们各有 特色， 根据它们的工作原理和工作特点， 在实现大功 率下运带式输送机制动设计中， 它们的工作性能也 各有差别， 如表 所示。
液力
图! !
输送带 驱动滚筒
自冷盘式制动器布置图
减速机 偶合器 自冷盘式制动器 电机
时油液由于大流量的循环运动和温度变化， 很容易 变质， 进一步影响液压控制系统的可靠性， 同时当输 送机定车时， 由于液压泵和液压系统的泄漏， 必须专 门加推杆抱闸以定车。 " #" 液力制动系统 液力偶合器可以传递力矩， 当把偶合器的涡轮 固定时， 就会对泵轮带动的高速液流产生巨大的阻 力矩， 使其减速。 液力制动系统就是根据这个原理进 行设计的。 液力制动系统主要由带泵轮、 涡轮的液力 制动偶合器和液压冷却控制组成。 制动力矩 （ ）
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式中 # — — —主动摩擦片的角速度， — —从动摩擦片的角速度， #— — —流体的动力粘度， ・ ； ・ # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # #
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式中 " — — —泵轮力矩系数； — —工作介质的密度； #— — — —泵轮转速； — — —循环圆有效直径。
式中
由式 （ ） 可知， 当结构参数一定时， 液力制动系统的 制动力矩与泵轮的转速有关， 当泵轮的转速为零时，
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煤
矿
机
械 — — —油膜厚度， ；
年第 期
液力制动系统不可能输出制动力矩； 而泵轮力矩系 数! 与偶合器的充液量有关， 充液量越多， 泵轮力 因此可以通过调整充液量来改变制 矩系数! 越大， 动力矩的大小， 实现下运带式输送机的可控制动。 由 于泵轮与涡轮不是刚性联接， 液力制动偶合器的寿 命长。 液力制动偶合器的布置直接影响其本身尺寸 的大小， 所以一般放置在高速轴， 如图 低于 所示。 液力 制动系统不可能把输送机制动到零速， 当泵轮速度 时， 必须使用机械闸制动， 它的液压 控制冷却系统同液压制动系统一样， 都存在油温过 高或油质差时易出现故障问题。 ! "# 湿式摩擦片制动装置的结构和原理
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液压制动系统 当用电机驱动液压泵时需要输出力矩， 同样通
过输送机系统带动液压泵也会产生力矩， 此时液压 油泵对输送机产生的是同样大小的阻尼力矩， 当阻 尼力矩足够大时， 就会制动输送机实现制动。 一般情 况下， 为减小泵的尺寸， 液压泵多布置在高速轴， 如 图 所示。 根据工作原理不同， 液压制动可以分为 种制动形式， 一种是调压制动， 制动力矩 （ ） ! " " — — —液压油泵出口油压； — — —液压油泵进口油压； — — —泵的排量。 可以看出， 通过调节泵出口压力 从式 （ ） 大小就可以调整制动力矩 的 的大小， 从而实现输送 （ ）
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积分后得
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） （ ） 取较小时， 制动
此时要 器的制动力矩可以较小， 但是由式 （ ）可知， 求制动器作的制动功也大， 要求制动器的热容量也 要大。 由于这个原因， 在现场使用中， 制动器的制动 力矩设置不当， 制动时间过长， 产生了大量的热， 使 得制动器温升过高。 但是当制动减速度 过大时， 虽 然产生的发热量小了， 但要求制动器输出的制动力 矩大了， 对输送机系统的机械冲击也大， 甚至出现减 速机齿轮损坏或断轴事故。 所以一般情况下， 对于大 功率的下运带式输送机都要采用可控制动系统， 同 时要求制动器具有较大的热容量和良好的散热条 件， 以免出现以上事故。 # 目前主要的制动系统原理与性能 针对下运带式输送机的制动技术要求， 目前国 内已应用和开发研究成功的大功率可控制动系统主 要有以下几种。
主动轴
— — —主、 从动摩擦片的接触面外径， ； — — —主、 从动摩擦片的接触面内径， 。
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被动鼓
湿式摩擦片制动器结构图