带式输送机中盘式制动装置的技术研究

带式输送机中盘式制动装置的技术研究

摘要：结合本矿长距离、大运量、下运大倾角煤层的实际情况，本文首先在带式输送机制动装置和制动方式的基础上，阐述了盘式制动器的制动原理、制动力矩的影响因素；其次，探讨了盘式制动器工作原理和技术措施；最后，分析指出提高带式输送机中盘式制动装置的技术的方法。该方法可有效保证带式输送机系统的正常运行，减少事故隐患，促使煤矿安全正常生产。

关键词：带式输送机；盘式制动器；制动力矩

本矿井田位于宁武煤田宁武—静乐复向斜北端的东南翼，在马邑所逆断层、扒齿沟逆断层与王万庄正断层之间，其间石碣峪正断层从井田中部穿过。井田内可采煤层有4#、8#、9#、11#层，采矿许可证批准开采4#、9#、11#层， 4#、9#煤层为主采煤层。井田内断层多，煤层倾角较大（地层倾角＞35°），煤层结构复杂，现主要分述4#、9#、11#煤层如下：（1）4号煤层赋存于太原组顶部，根据钻孔揭露的煤层真厚度（地层倾角＞35°时换算成真厚度）以及巷道揭露煤层厚度统计，煤层厚度7.00～8.41m ，平均7.56m ，为赋存区稳定可采煤层。该煤层结构极复杂，含夹矸3～5层。其直接顶板为砂质泥岩或泥岩、砂质泥岩互层，有时有炭质泥岩伪顶，老顶为中粗砂岩（K 3），其底

板一般为泥岩，局部有炭质泥岩伪底。（2）9-1号煤层位于太原组中下部，上距4号煤层平均38.85m ，根据钻孔揭露的煤层真厚度（地层倾角＞35°时换算成真厚度）统计，煤厚0.65～3.78m ，平均2.05m 。为较稳定大部可采煤层。该煤层结构简单，含夹矸0～3层。夹矸岩性多为泥岩。煤层顶板为粉砂岩、砂质泥岩；老顶为薄层状中、细砂岩，不稳定，底板为泥岩、砂质泥岩。（3）9-2号煤层位于太原组中下

部，上距9-1号煤层平均5.65m ，根据钻孔揭露的煤层真厚度（地层倾角＞35°时换算成真厚度）以及巷道揭露煤层厚度统计，煤厚4.15～

6.52m, 平均5.14m 。为赋存区稳定可采煤层。该煤层结构复杂，含夹矸1～4层。夹矸岩性多为泥岩。煤层顶板为泥岩、砂质泥岩；老顶为薄层状中、细砂岩，不稳定，底板为泥岩、细砂岩。（4）11号煤层位于太原组下部, 上距9-2号煤层平均12.32m, 根据钻孔揭露的煤层真厚度（地层倾角＞35°时换算成真厚度）以及巷道揭露煤层厚度统计，厚度0.90～3.25m, 平均2.39m 。为赋存区稳定可采煤层。该煤层结构简单，含夹矸0-2层。夹矸岩性多为泥岩。煤层顶板为粉砂岩、局部为细砂岩或泥岩；老顶为薄层状细、中砂岩，较稳定；底板为泥岩、粉砂岩。

总上所述，本矿为煤层倾角较大（地层倾角＞35°），煤层结构复杂的大倾角煤层，因而，上、下运输送机的制动问题就尤为重要。大型带式输送机上被输送的物料从运输状态到停止，其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装置上，除了一部分能量被机器的运行阻力消耗之外，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，制动效果不佳，就可能造成飞车、打滑、滚料等事故，或导致制动装置损坏，甚至造成输送机系统受损，影响煤矿正常安全生产。因此，结合本矿的实际情况，本文首先阐述了带式输送机制动装置和制动方式；其次，介绍了盘式制动器的结构及工作原理；进而，分析了盘式制动器制动力矩影响因素。最后，提出了提高盘式制动器工作效果的技术措施。

一、带式输送机制动装置和制动方式

1、制动装置的选择应遵循的条件

（1）对于下行带式输送机，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》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。

2、带式输送机的制动方式

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

步在我矿得到推广应用，并对原闸瓦式制动系统进行技术改造，提高制动性能。

二、盘式制动器的组成及工作原理

1、盘式制动器结构

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、盘式制动器制动头的原理

盘式制动器制动头原理见图1。

（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。

三、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P max 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：

P max A=KXmax (1)

式中，P max 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：mm 2；K 为碟形弹簧的刚度，单位：MPa ；X max 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：

F max = KX min - P e A (2)

式中，F max 为最大制动力，单位：N ；X 为碟形弹簧的最小压缩量，

单位：mm ；P e 为系统的残压，单位：MPa 。

当系统油压力P 在P e ≤P ≤P max 之间变化，碟形弹簧的压缩量x 在

X min ≤X ≤X max 时，产生的制动力为：

F b =KX - PA (3)

式中，F b 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：

M max =2nμ Fmax Ra (4)

其中，M max 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；R a 为平均摩擦半径，单位：mm 。

将(2)代入(4)可得制动力矩：

M max =2nμR a (KXmin — Pe A) (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R a 成正比，与碟形弹簧的刚度K

成正相关。

四、带式输送机制动力的提高

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。

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及盘式制动器在我矿主运输大巷试验成功，并在今后采区巷道中加以推广应用。矿用带式输送机中盘式制动器的使用会更加广泛。

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