带式输送机液压盘式制动系统模拟试验 -.pdf

2 0 1 3 年第 7 期 煤炭工程 d o i 1 0 ．1 1 79 9 ／c e 2 0l 3 0 70 3 6 带式输送机液压盘式制动系统 模拟试验 秦卫兵 1 ．太原理工大学 机械工程学院，山西 太原0 3 0 0 2 4 ；2 ．潞安矿业集团公司 机电处，山西 长治6 2 0 4 摘要 根据带式输送机用液压盘式制动装置的性能要 求，设计一种新型液压盘式制动 系 统，并通过在 实验室搭建试验台，对不同运行工况进行模拟 ，模拟结果证明了该 系统的设计合理 性与可靠性，为该系统在生产实践中的推广应用提供理论依据。 关键词 带式输送机 ；液压盘式制动器 ；工况模拟 中图分类号T D 5 2 8 ． 1 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 1 3 O 7 _ 1 0 5 带式输送机以其适用范围广、运输能力大、运输效率 高的特点在矿山和选煤厂中得到了广泛 的应用。带式输送 机的上运和下运两种形式在运输过程中非常普遍，由于制 动过程是一个复杂、多作用元、时变非线性 的动态过程， 在上、下运工况下其制动是否平稳可靠将成为煤炭主运输 系统安全运行 的关键 所在 ⋯ 。 目前带 式输送 机 的制动 方式 有很多种，包括气控制动装置、电气制动装置和液控制动 装置。其中盘式液控制动系统因其结构简单 ，制动力矩大 且可调，可靠性高的特点在运输系统中被广泛采用 J 。 目前，广泛使用的液压盘式制动装置有很多种，液压 系统普遍比较复杂，本文设计一种简单的液压系统 ，通过 实验来验证该系统的合理性。 1 液压盘式制动装置运作原理 1 ． 1 液压盘式制动装置液压原理 液压盘式制动装置是一种弹簧制动一油压松 闸的常闭 式制动装置 ，其依靠油缸中的油压和碟簧共同作用使闸瓦 和制动盘之间产生制动力矩 ，碟簧提供制动正压力，液压 控制系统为松闸提供动力源。 液压盘式制动装置在制动时，带式输送机会受到很大 的动载荷，由于带式输送机的惯性非常大，过大的减速度 会对带式输送机造成很大的冲击 ，以至于出现滚筒断轴、 张紧拉翻等事故。严重影响煤矿的安全高效生产。因此必 须对制动装置的制动减速度进行规范设计，确保带式输送 机的安全运行。我国煤炭行业 M1 、 9 1 2标准规定，制动装置 的制动减速度应控制在 0 ． 1 0 ． 3 m ／ s ，且制动力矩可调。 液压盘式制动装置的制动力矩取决于闸瓦和制动盘之 间的正压力和摩擦系数。其中正压力取决于油缸和碟簧之 间的函数关系，摩擦系数取决于摩擦材料的性质。其制动 力矩公式如下 M 2 N f r 式中n 制动闸对数 ； Ⅳ 一制动瓦对制动盘的正压力，N； 产 _ 闸瓦和制动盘之间的摩擦系数 ； 一有效制动半径，m m。 在调整好碟簧的预紧力之后，通过速度的外闭环反馈 和压力的内闭环反馈，可以实时输出不同的制动力矩，进 而实现制动减速度的控制，避免造成带式输送机的冲击和 振动。液压盘式制动装置的液压原理图如图 1 所示。 1 一液位计；2 一空气滤清器； 3 一吸油过滤器；4 一溢流阀； 5 一柱塞泵 ；6 一防爆电机 ；7 一单 向阀；8 一压力传感器 ； 9 一球形截止阀 ；1 0 一 蓄能器 ；1 1 一高压液压截止阀 ； 1 2 一 电磁球 阀；1 3 一 比例溢流阀 ；l 4 一接 口；l 5 一闸盘 ； 1 6 一 压力 表 ；l 7 一测压软管 ；1 8 一压力表 图 1 液压盘式制动装置液压原理图 该液压盘式制动装置是集机电液于一体的瞬时工作制 的制动装置。该制动装置主要由恒减速比例液压控制单元。 欠压 自动补压单元，少摩擦、低发热过零速制动单元，智 能控制单元组成。 1 ． 2 工作原 理 1 ． 2 ． 1 松 闸过程 该装置智能控制单元接收到输送机主控发出的松闸命 收稿 日期 2 0 1 3 0 3 1 2 作者简介秦卫兵 1 9 7 0一 ，男，山西长治人，工程师 ，现在潞安矿业集团公司机电处从事机电技术管理工作。 1 0 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 煤炭工程 2 0 1 3年第 7期 令后 ，智能控制单元控制防爆电机工作，带动油泵运转， 电磁球阀得电，系统压力上升，为蓄能器充液，同时制动 块内油缸在油压的作用下压缩碟簧松闸。当系统压力达到 压力传感器设定的压力时，压力内闭环反馈给主控松闸到 位信号，进入保压状态，防爆 电机停止工作，实现电机启 动的瞬时工作制，闸瓦完全打开，输送机在主控的控制下， 缓慢启动至正常运行状态 。 1 ． 2 ． 2 正常停车 智能控制单元接收到停车命令后，速度外闭环始终检测 输送机的运转速度，并实时计算减速度，当输送机的速度降 到设定值后，恒减速比例制动单元开始投入制动，此时电磁 球阀失电，比例溢流阀在 P L C的控制下缓慢释放压力，实现 压力的线性 比例制动 ，直至输送机 的速度接近零速 时，液压 盘式制动装置实现完全制动，避免了冲击和振动。 1 ． 2 ． 3 超速制动 下运带式输送机在正常运行过程中，由负载突然增大 导致出现超速现象 ，速度外闭环控制单元反馈给 P L C超速 信号 ，电磁球阀失电，P L C根据加速度的大小控制比例溢 流阀泄压速度进行制动，随着制动力矩的施加，输送机的 速度缓慢降低，直至达到正常速度后，P L C控制电磁球阀 重新得电，系统进入欠压补压程序，直至达到保压状态。 1 ． 2 ． 4 突然断电制动 该控制装置设有 u P S不间断电源，当系统突然断电后， U P S继续给控制单元供电。程序判定到系统断电后，电磁球 阀失电，P L C控制比例溢流阀使系统压力迅速降至闸瓦贴闸 压力，然后 P L C再控制比例溢流阀在较大的减速度下进行恒 减速比例制动，其制动过程要比正常制动过程时间短。 1 ． 2 ． 5 欠压 自动补压 输送机在正常运转工况中，当系统由于泄漏导致压力 降低时，压力内闭环反馈给欠压 自动补压控制单元 ，进而 实现 自动补压以确保闸瓦的松开。当系统泄漏过大，欠压 补压单元频繁启动工作时，智能控制单元根据 电机启动频 率，进行报警，通知工作人员检修设备。本系统压力设定 的油泵补压压力为 6 MP a 。当系统压力 降低 到 6 MP a以下时 ， P L C发出信号控制电机重新起动，为系统补压，达到预设 最高值时，电机停止，再次进入保压状态，保证输送机正 常运转 J 。 2液压盘式制动系统模拟试验 2 ． 1 试验 内容 液压盘式制动装置的模拟试验包括松 闸试验，正常停 车试验，突然断电试验，超速制动试验、频繁制动试验和 欠压补压试验6个试验。液压盘式制动装置模拟试验布置 图如图 2所示 。 2 ． 2检 验要 求 1 制动减速度。制动减速度控制在 6～6 0 s 或0 ． 1 ～ 0 ． 3 m／ s 。 2 系统压力。系统额定压力 8 M P a ，最高压力 1 2 MP a 。 1 0 6 变频器 液压站 电控柜 图 2 液 压盘式制动装置模 拟试 验布置图 器 传感器 3 系统空转及负载运转要求。泵站安装后进行空载运 转试验，液压部分各连接处应无漏液，无异常振动和噪声， 紧固螺栓应无松动，热平衡时，温升不得超过 7 0 ℃，最高 温度不超过 1 0 0 ℃。制动装置的液压系统在 1 ． 5倍的额定压 力下保持 l O mi n ，各密封处不得有泄漏。 4 进行正常启动和制动、超速制动、突然断电制动、 频繁制动，并进行欠压补压试验。 2 ． 3试验 步骤 检查制动系统各部位的连接情况，包括电控部分线路 连接和液压泵站的管路连接，确保不会出现漏接或者泄漏 ， 主供液管路上增设一卸压阀供 自动补压试验用。 1 松闸试验。接通松闸信号，泵站电机和电磁球阀得 电，调整系统压力达到设定值，观察制动块是否正常打开， 并记录启动曲线。 2 正常停车试验。接通集控启动信号，制动器松闸， 开启变频器控制电机启动，系统开始正常工作。断开启动 信号，变频器控制 电机停机，同时制定装置也进入制动程 序 ，速度外闭环控制单元检测速度的变化，当电机速度达 到设定值时，P L C控制液压控制系统开始进行恒减速 比例 制动 ，记录制动曲线。 3 突然断电停车试验。突然切断系统供电电源 ，检验 该系统能否正常实现突然断电制动，并记录制动曲线。 4 频繁制动试验。该系统在 1 h内连续制动 1 0次，检 测记录工作介质、制动块与闸盘的温度。 5 自动补压试验。打开主供液管路上的卸压阀，人为 使系统泄漏，降低系统压力，当系统压力低于 6 M P a时， P L C自动控制电机启动为系统补压至9 M P a ，待系统压力降 至 8 M P a时自动进入保压状态。连续几次试验，检测其 自动 补压性能 。J 。 3 实验结果分析 3 ． 1 启动松 闸过 程 起动松闸过程压力速度曲线如图3所示 ，从图3可以 看出，在主系统发出起动命令后，液压盘式制动装置在 l O s 内系统压力即达到9 M P a ，压缩碟簧松闸。随后主系统电机 起动，快速达到额定转速。液压系统保压后松 闸压力很快 稳定在 8 M P a ，实现了液压盘式制动装置的瞬时T作制。从 试验结果来看，该液压盘式制动装置的松闸时间在 l O s 左 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 7期 煤炭工程 右，对系统的冲击不大，不论输送机在重载还是轻载情况 下，均能满足输送机的起动要求。 时 I即／ s 图 3 起动松 闸过程压力速度 曲线 3 ． 2正常停车制动过程 正常停车过程压力速度曲线如图 4所示，从 图4可以 看出，在停车施闸过程 中，当速度传感器检测到电机的转 速降到5 m i n左右时，液压盘式制动装置电磁球阀失电， 比例溢流阀开始动作进行制动 ，其制动时间为 1 5 s ，当速度 降至 1 5 0 m i n时，压力完全降至O MP a ，完成抱闸工作，从 而实现了液压盘式制动装置的近零速制动。 至 螺 垛 图 4 正常停车过程压力速度 曲线 3 ． 3超速 制动 过程 超速制动压力速度曲线如图 5所示 ，在图 5中设定正 常转速为 1 3 5 0 m i n ，在转速超过 1 3 5 0 m i n时认为是超速， 这时系统在 P L C控制下 ，液压盘式制动装置进行比例制动， 使转速恢复到正常运行速度。从 图5中可以看出，超速两 次，都实现了将其拉回到正常的运行速度。 3 ． 4 突然 断 电过 程 突然 断电过程压力 速度 曲线 如 图 6所示 ，由图 6可 以 图 5 超速制动压力速度曲线 看出，系统在得到停车指令后，0～ 2 ． 5 s 为快速贴闸阶段， 贴闸压力为 6 MP a ，闸瓦很快走完空行程，贴上制动盘，之 后 P L C控制比例阀开始进行恒减速比例制动 ，则制动盘按 照设定的制动曲线逐渐减速，直至完全停止 ，制动时间大 约为 1 2 s ，制动减速度始终保持在 0 ． 1 ～ 0 ． 3 m ／ s 。 由此可 以看 出 ，该 液压 盘式 制动 装置具 有很 好 的突然 断电制动功能。 图 6 突然断 电过程压力速度 曲线 3 ． 5欠压 自动补压 过程 欠压自动补压速度压力曲线如图 7所示，在该试验中， 认为控制系统使系统泄压，模拟欠压补压工况。由图 7的 曲线可以看出，在系统压力降到 6 M P a时，液压系统开始补 压 ，压力增 长到 9 M P a ，随后 压 力又稳 定 在 8 MP a 。通 过 反 复的试验可以看出，该系统的欠压补压性能良好 ，该设备 具有很高的可靠性。 图 7 欠压 自动补压速度压力 曲线 ．量 搴 蜱 删 3 ． 6频 繁制 动过 程 通过实验可 以看出，在频繁制动过程中，液压盘式制 动系统的系统温升并不高，不会造成系统发热，制动头和 闸盘温度均在 1 0 0 ℃以下，能满足制动要求。 4结语 通过该次模拟实验，充分检验 了该液压盘式制动系统 的性能参数，系统能实现平稳制动，在 1 5 s内实现安全制 动，并检验了系统运行的可靠性 ，在胶带机运行过程中， 能 自动检测调整系统压力，证实 了整套制动系统设计的合 理性，本次实验的成功模拟，为今后盘式液压制动装置在 矿山生产装备上的进一步推广应用提供了很好的理论依据。 下转第 1 1 0页 】 0 7 卜 u I Ⅲ．J 一 ＼ 毒 毒 唧 一 I I 吾．】 ， 寺 毒 暴 怠 ∈ 一 l _ I I I 眦．J v ， 覃f 墨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 煤炭工程 2 0 1 3年第 7期 -4 - 0 。 2 以内，相对误差在6 ％以内，预测结果能满足现 4 结 语 场要求。 ⋯ 霞 1 3 量 I 样本 图 4 遗传神经 网络预测误 差 本文根据煤泥输送管道的压力分布的非线性特性，通 过 G AB P算法建立了压力分布模型，仿真结果表明，通 过遗传神经网络建模方法可以较准确的计算 出不 同影响参 数下煤泥输送管道的压力分布 ，其相对误差在6 ％以内，说 明该建模方法是可行的。 参考文献 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 图 5 遗传神经 网络预 测误 差百分比 [ 8 ] 进化代数 图 6遗传 进化 代数 、 、 8 上接第 1 0 7页 参考文献 [ 2 ] [ 3 ] 1 l 0 李军霞，王文，寇子明．下运带式输送机制动技术研究 [ J ] ．煤矿机械， 2 0 0 8 ， 2 8 3 1 1 0 ～ 1 1 1 ． 包继华 ，于岩 ，周满 山．下运带式输送机液压盘式制动系 统的研究 [ J ] ．煤矿 自动化 ，2 0 0 0 ， 5 9～1 0 ． 寇子明 ，李军霞．液压制 动系 统 的研究 [ J ] ．湘潭 矿业 学 院学报 ，2 0 0 2 ，1 9 4 2 7～3 O ． [ 9 ] [ 1 O] [ 1 2] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 马星民，李宁．煤泥输送技 术在黄 陵煤 矸石热 电厂 的应 用 [ J ] ．煤炭工程 ，2 0 1 0 ， 6 ． 郝雪弟，张鹏程．煤泥管道输送压力损失特性的试验研究 [ J ] ．煤炭工程，2 0 0 9 ， 1 2 8 6～ 8 8 ． 赵学义．高浓度 粘稠物料 可输送性分 类与管 道输送特性 的 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责任编辑赵巧芝 、 、 李军霞．带式输送机新型制动系统的研究 [ D ] ．太原太 原理工大学 ，2 0 0 9 ． 闫春艳，李忠良．盘式可控装置液压系统的设计析 [ J ] ． 液压与气动 ，2 0 1 2 ， 4 2 9～ 3 1 ． 李军霞 ，李莉 ，寇子明．下运带式输送 机软制 动系统模拟 试验研究 [ J ] ．煤矿机电， 2 0 0 8 ， 2 8 5 7～ 1 2 ． 李军霞．电液比例溢流阀特性分析与仿真研究 [ J ] ．煤炭 学报，2 0 1 0 ， 3 5 2 ． 责任编辑赵巧芝 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m