矿用带式输送机中盘式制动装置的技术分析与应用

为了有效控制煤矿长距离、大运量、上运或下运大倾角带式输送机系统的正常运行，减少事故，需要选择高效的制动装置。本文分析了盘式制动器的制动原理、制动力矩的影响因素，提出提高盘式制动器工作效果的技术措施。
关键词：带式输送机  盘式制动器  制动力矩  技改措施
      近年来随着现代化煤矿大运量、长距离、高带速带式输送机的推广应用，大倾角上运或下运输送机的制动问题越来越突出。大型带式输送机从正常运行状态到各种原因的停机，被运行的物料在重力作用下的分力和惯性力产生的巨大机械能都将作用在制动系统上，能量除被机器的运行阻力消耗一部分，大部分能量需由制动装置吸收而停车。如果制动器选择不合理，制动效果不良，有可能造成飞车、打滑、滚料等事故，或导致制动装置损坏，或造成输送机系统受损，影响煤矿安全正常生产。
1  带式输送机制动装置和制动方式
1.1制动装置的选择应符合的工作条件
1）下行带式输送机，应在低速轴上设置常闭式制动装置。对于上行的带式输送机，为了防止输送机在发生机械故障时可能出现的逆转，控制输送机的制动时间，根据《煤矿安全规程》第373条第六款的规定，倾斜井巷中使用的带式输送机，上运时，必须同时装设防逆转装置和制动装置；下运时，也必须装设制动装置。
2) 以制动装置在实际使用环境中可能提供的最小制动力矩为选型依据。
3)制动装置许用温度应根据制动设备的技术条件确定，并符合工作环境的要求。一般闸瓦温度不大于150℃、油温不大于85℃。当采用机械摩擦式制动装置不能满足要求时，应增设非机械式制动装置，如液力制动、液压制动、动力制动等。
1.2带式输送机的制动方式选择
       制动装置作为输送机的安全保护措施，根据输送机的长短，运量的大小，运行速度、制动力矩的大小等因素选型。机械摩擦式制动装置以往通常选用闸瓦式制动器，闸瓦式制动器简单可靠，散热好，瓦块有充分的退距，调整瓦块和制动轮间隙方便，但制动力矩小，制造较复杂，尺寸较大；盘式制动器具有制动力矩大，制动力可调，动作灵敏，散热性能好，工作安全可靠，使用和维护方便等优点。
带式输送机的安全制动系统，要求制动力矩很大，且制动力矩可调。对于煤矿大运量、长距离、尤其是大倾角上运或下运带式输送机，要满足有上述要求，应优先选择盘式制动器。近年来盘式制动器已逐步在煤矿得到推广应用，并对原闸瓦式制动系统进行技术改造，提高制动性能。
2  盘式制动器的组成及工作原理
2.1盘式制动器组成
      带式输送机的制动器一般安装在传动系统的低速滚筒端。盘式制动器由制动头、制动盘、液压站、站用电控箱及相关连接液压管路系统组成。基本工作原理：制动器内部的机械碟簧组提供制动力，液压站提供松闸力。作为制动系统的执行部件，制动器为常闭型，即系统失电时，制动器处于制动上闸状态；液压站作为制动系统的动力源为制动器的松闸提供动力。
2.2盘式制动器制动头的工作原理
1)制动器松闸。当制动器液压站电源接通时，电磁阀得电，齿轮泵提供压力油克服机械碟簧力使制动器打开，完成制动器的松闸过程。
2)制动器上闸。制动器液压站电源断电时，电磁阀失电，机械碟簧力使液压油回油箱，实现制动器上闸。
3  盘式制动器制动力矩影响因素
假设盘式制动器处于理想的工作状态。当油缸进入最大的油压力Pmax时，此时碟形弹簧的压缩量较大，闸瓦与制动轮之间的间隙最大，油压力与弹簧压缩量的关系为：
PmaxA=KXmax                                   (1)
式中，Pmax为进入油缸最大油压力，单位：MPa；A为制动油缸的有效面积，单位：mm2；K为碟形弹簧的刚度，单位：MPa；Xmax为碟形弹簧的最大压缩量，单位：mm。
当系统的油压力达到完全制动油压，即系统残压，碟形弹簧的压缩量最小，闸瓦与制动轮紧密接触，产生最大制动力，即制动状态：
Fmax= KXmin — PeA                               (2)
式中，Fmax为最大制动力，单位：N；X为碟形弹簧的最小压缩量，单位：mm；Pe为系统的残压，单位：MPa。
当系统油压力P在Pe≤P≤Pmax之间变化，碟形弹簧的压缩量x在Xmin≤X≤Xmax时，产生的制动力为：
Fb=KX — PA                                    (3)
式中，Fb为盘型闸产生的制动力，单位：N；X为碟形弹簧的压缩量，单位：mm；P为系统的油压，单位：MPa。
工作中为了不使制动盘产生附加变形，不对主轴产生附加轴向力，盘型制动器一般都是成对使用，每一对称为一副，对称分布在同一圆周上。设有n副制动器，则盘型制动装置产生的最大制动力矩为：
Mmax=2nμ Fmax Ra                                 (4)
其中，Mmax为盘型制动装置产生的最大制动力矩，单位：Nm；n为盘型制动器的副数；μ为闸瓦的摩擦系数，一般取0.4；Ra为平均摩擦半径，单位：mm。
将(2)代人(4)可得制动力矩：
Mmax=2nμRa (KXmin — PeA)                          (5)
由(5)可知，盘型制动装置产生的最大制动力矩与制动器的副数n，摩擦系数μ，平均摩擦半径Ra成正比，与碟形弹簧的刚度K成正相关。
4  提高带式输送机制动力的技术
      由以上分析可知，适当增加盘式制动器的副数、闸瓦的摩擦系数和碟形弹簧的刚度或增加制动盘的半径，都可以增加整个装置的制动力矩，提高制动效果。
      摩擦系数及制动半径是一定的，因而制动力矩的实际值取决于实际的正压力值。制动器的正压力源自一组机械碟簧力，而组成碟簧组的碟簧数量也会直接影响碟簧组的工作力矩。在相同力矩的条件下，建议应尽可能的选择刚度好的品牌碟簧和碟簧组数较多的制动器。
      综上所述，盘式制动器是当今机械制动的发展方向，随着现代化大型煤矿的建设，大功率、长距离、大运量、上运及下运大倾角带式输送机的研制应用，盘式制动器在煤矿带式输送机中将会得到更广泛的使用。

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