煤礦帶式輸送機(jī)中常用的機(jī)械摩擦式制動(dòng)器僅適用于水平或上運(yùn)帶式輸送機(jī)，它不宜在下運(yùn)帶式輸送機(jī)中作為一級(jí)制動(dòng)方式使用。盤式制動(dòng)器是一種制動(dòng)力沿閘端面作用的制動(dòng)器，它與塊式制動(dòng)器相比，具有慣量小、動(dòng)作迅速及散熱性能好等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于采區(qū)上山（下運(yùn)）帶式輸送機(jī)，是為解決當(dāng)前煤礦下運(yùn)帶式輸送機(jī)制動(dòng)時(shí)存在的滾料、飛車、打滑、冒火花等問題而研制的，也是目前下運(yùn)帶式輸送機(jī)急需解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。經(jīng)過近幾年的研究、試驗(yàn)和應(yīng)用，已達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)和要求，滿足了煤礦下運(yùn)帶式輸送機(jī)對(duì)制動(dòng)器的技術(shù)條件和要求。本文對(duì)自冷盤式制動(dòng)器的關(guān)鍵技術(shù)問題及解決方法作主要介紹。
1、盤式制動(dòng)器的技術(shù)關(guān)鍵
(1)下運(yùn)輸送機(jī)的制動(dòng)問題
帶式輸送機(jī)制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)器所吸收的能量為整個(gè)輸送機(jī)及物料的動(dòng)能和克服輸送機(jī)及物料的阻力矩所做的功。在向上運(yùn)輸、水平運(yùn)輸及向下運(yùn)輸?shù)碾妱?dòng)機(jī)工況下，阻力矩是幫助輸送機(jī)制動(dòng)的，故即使不設(shè)制動(dòng)器，電機(jī)斷電后，輸送機(jī)也將自動(dòng)減速與停車；在向下運(yùn)輸?shù)陌l(fā)電機(jī)工況，阻力矩成為輸送機(jī)及物料的動(dòng)力矩，制動(dòng)器所吸收的能量比上述幾種工況時(shí)大得多，而且制動(dòng)時(shí)間越長此能量越大，其機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，使制動(dòng)器溫度升高。如僅使用塊閘式制動(dòng)器，制動(dòng)輪表面熱量集中，制動(dòng)時(shí)間短，熱量不能及時(shí)散出，溫度急劇升高，超溫和閘瓦磨損互為因果，導(dǎo)致冒火花、飛車等事故。因而，目前使用的塊閘式制動(dòng)器僅能適用于水平或上運(yùn)輸送機(jī)，對(duì)下運(yùn)輸送機(jī)只能作為二級(jí)制動(dòng)或備用制動(dòng)用。對(duì)此，國內(nèi)曾專題研究了下運(yùn)輸送機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)（如液力、液壓等制動(dòng)方式），但它們都是作為初級(jí)制動(dòng)，起吸收大部分制動(dòng)能量、使速度降低的作用，最后仍然靠機(jī)械制動(dòng)器剎停。由于這種制動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜、造價(jià)高，使推廣應(yīng)用范圍受到一定限制。本文重點(diǎn)以一級(jí)制動(dòng)代替二級(jí)制動(dòng)的要求，在達(dá)到同樣制動(dòng)性能的前提下，實(shí)現(xiàn)安全、可靠地制動(dòng)，它涉及到基礎(chǔ)材料的研究及制造工藝的水平。到目前為止，國內(nèi)還沒有適宜高速制動(dòng)的摩擦副材料及其經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)資料。因而，研究對(duì)制動(dòng)及閘襯的材料、摩擦副對(duì)偶性能及其穩(wěn)定等問題是解決下運(yùn)輸送機(jī)盤式制動(dòng)器的技術(shù)關(guān)鍵之一。
此外，下運(yùn)輸送機(jī)上物料的下滑分力與制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力方向相同，兩者疊加易造成滾料現(xiàn)象，故要求制動(dòng)器能平穩(wěn)地制動(dòng)，即制動(dòng)減速度應(yīng)限制應(yīng)在～定的范圍內(nèi)，同時(shí)要求制動(dòng)器的制動(dòng)力矩隨輸送機(jī)負(fù)載大小的不同而自動(dòng)調(diào)節(jié)；且當(dāng)采區(qū)發(fā)生停電事故此情況下，制動(dòng)器也必須能自動(dòng)投入緊急制動(dòng)，并保證制動(dòng)的平穩(wěn)性和安全性。
(2)制動(dòng)盤的散熱問題
制動(dòng)器在制過程中，把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽苿?dòng)盤吸收其中95%以上的熱量，引起制動(dòng)盤急劇升溫，摩擦系數(shù)降低，制動(dòng)閘襯磨損增加，并可能導(dǎo)致制動(dòng)盤疲勞破壞，如目前使用的塊閘式制動(dòng)器經(jīng)常發(fā)生制動(dòng)輪超溫、冒炎花、打滑、飛車等事故。如何提高制動(dòng)盤的散熱性能來解決上述溫升引起的一系列問題也是所研究的關(guān)鍵技術(shù)問題。
(3)無火花閘襯及其磨損問題
煤礦井下的制動(dòng)設(shè)備應(yīng)具有可靠的防爆性能，嚴(yán)禁制動(dòng)器在制動(dòng)過程中出現(xiàn)火花現(xiàn)象。由于目前普遍使用的制動(dòng)器系列產(chǎn)品因制動(dòng)輪（或制動(dòng)盤）超溫、閘襯易冒火花等問題得不到解決而不宜用作下運(yùn)輸送機(jī)的制動(dòng)，以防其在制動(dòng)過程中產(chǎn)生高溫、火花而引起井下瓦斯爆炸。盤式制動(dòng)是通過閘襯與制動(dòng)盤的摩擦產(chǎn)生制動(dòng)力矩的，由于閘襯的磨損會(huì)使額定制動(dòng)力矩降低而影響制動(dòng)的可靠性，因此，必須提高閘襯的耐磨性，在確保制動(dòng)盤的溫升不超過允許溫度的條件下，解決制動(dòng)閘襯材料的無火花問題，并保證其良好的耐磨性能。
2、主要研究內(nèi)容及結(jié)果
(1)主要研究內(nèi)容
1)制動(dòng)及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)
防爆型自冷盤式制動(dòng)器，采用夾鉗式雙面對(duì)稱閘瓦液壓控制方式，制動(dòng)力矩大、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈活，并能同時(shí)與輸送機(jī)滾筒或減速器配套使用。它與塊閘式制動(dòng)器相比，具有散熱性能好、無熱衰退現(xiàn)象、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、動(dòng)作迅速及零件通用性大等優(yōu)點(diǎn)；與現(xiàn)有的液力制動(dòng)系統(tǒng)相對(duì)比，它用一級(jí)制動(dòng)代替了二級(jí)制動(dòng)，大大簡化了制動(dòng)系統(tǒng)，從而使制造成本大為減小。
盤式制動(dòng)裝置主要有制動(dòng)器（包括制動(dòng)器底座、制動(dòng)盤、制動(dòng)閘等部件）、油壓站及微機(jī)控制器等組成，如圖1所示。該制動(dòng)器與微機(jī)控制器有機(jī)地結(jié)合，構(gòu)成了自動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)系統(tǒng)。其基本工作原理為：當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)時(shí)，控制器通過轉(zhuǎn)速傳感器輸入的轉(zhuǎn)速信號(hào)，經(jīng)控制內(nèi)部電路放大整形后，送人微處理器，經(jīng)運(yùn)算比較后自動(dòng)調(diào)節(jié)電液比例閥，以控制輸送機(jī)的制動(dòng)減速度在0.1～0. 3Hi]S2范圍內(nèi)，從而平穩(wěn)地將輸送機(jī)從制動(dòng)初始轉(zhuǎn)速制動(dòng)至零，并能自動(dòng)補(bǔ)償制動(dòng)閘的閘村磨損，以確保制動(dòng)的安全、可靠性。
2)制動(dòng)盤散熱性能的研究
a．制動(dòng)盤的散熱及其理論
制動(dòng)盤的散熱是通過輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流方式將熱量大量散發(fā)，其中主要的為對(duì)流散熱。當(dāng)制動(dòng)盤回轉(zhuǎn)時(shí)，氣流縱向流過通風(fēng)道表面，從而產(chǎn)生強(qiáng)迫對(duì)流散熱。影響對(duì)流散熱的主要因素是氣流的流速，制動(dòng)盤的材料及通風(fēng)道的設(shè)計(jì)等。增大冷卻空氣在制動(dòng)盤表面的速度，減小流動(dòng)邊界層或?qū)恿鞯讓拥暮穸龋翘岣咧苿?dòng)盤散系數(shù)的主要方法。
制動(dòng)盤的熱負(fù)荷能力是其散熱性能和蓄熱能力的綜合指標(biāo)，合理選擇制動(dòng)盤的材料可提高其散熱和蓄熱能力。如材料的導(dǎo)熱系數(shù)高、可降低制動(dòng)盤摩擦表面的最高溫度；比熱容和密度大，則蓄熱能力高。因此，應(yīng)選用熱強(qiáng)度高、與對(duì)偶（即閘襯）的摩擦、磨損性能好、線膨脹系數(shù)小、比熱容和密度大、導(dǎo)熱性好的材料研制制動(dòng)盤。
制動(dòng)盤內(nèi)開設(shè)通風(fēng)道是提高其散熱性能的有效方法。氣流在通風(fēng)道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)影響制動(dòng)盤的散熱性能。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明：散熱良好的通風(fēng)道應(yīng)該是通風(fēng)道內(nèi)氣體相對(duì)速度高、氣體附面層薄。因此，把通風(fēng)道設(shè)計(jì)成加速狀態(tài)有利于散熱。
b．制動(dòng)盤的研制與試驗(yàn)結(jié)果
通過理論研究和模擬試驗(yàn)，先后設(shè)計(jì)、制造了多種不同材料和不同結(jié)構(gòu)型式的制動(dòng)盤，并對(duì)其進(jìn)行了試驗(yàn)和測試。其中硅青銅制動(dòng)盤是采用了國內(nèi)較少使用的硅青銅材料，它是銅一鎳
硅錳系列的可熱處理強(qiáng)化合金，具有較高的強(qiáng)度、硬度和良好的熱穩(wěn)定性及耐磨性，且與對(duì)偶材料高速摩擦不易發(fā)生火花；在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，借鑒離心風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)理論，在制動(dòng)盤內(nèi)開設(shè)曲線通風(fēng)道，并使冷卻空氣在通風(fēng)道內(nèi)呈加速紊流狀態(tài)，以有利于散熱，考慮到制造的方便，曲線通風(fēng)道采用圓弧形葉片，葉片總數(shù)為24。此外，為防止制動(dòng)盤表面的瞬時(shí)熱量集中，發(fā)生過熱現(xiàn)象，在制動(dòng)盤表面內(nèi)圈增設(shè)了散熱葉片，確保制動(dòng)盤表面的最高溫度≤150℃，經(jīng)臺(tái)架試驗(yàn)、檢測：硅青銅、曲線型葉片制動(dòng)盤在相對(duì)速度較高的條件下，散熱能力強(qiáng)，制動(dòng)盤表面與對(duì)偶連續(xù)制動(dòng)時(shí)無超溫、火花現(xiàn)象，允許最高轉(zhuǎn)速達(dá)到1000r/min。而直線型鋼結(jié)構(gòu)制動(dòng)盤與硅青銅制動(dòng)盤相比，則結(jié)構(gòu)簡單、制造方便實(shí)用、價(jià)格低廉，并符合起重運(yùn)輸機(jī)械用盤式制動(dòng)器制動(dòng)盤的基本參數(shù)、技術(shù)要求和檢驗(yàn)規(guī)則等。經(jīng)試驗(yàn)室臺(tái)架試驗(yàn)和測定，制動(dòng)盤的強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和摩擦、磨損性能等均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但制動(dòng)盤在高轉(zhuǎn)速制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)盤表面與閘村之間有火花現(xiàn)象。因此，直線型鋼結(jié)構(gòu)制動(dòng)盤在煤礦井下使用時(shí)通常以制動(dòng)盤轉(zhuǎn)速小于700 r/min為宜，而與通用制動(dòng)閘襯對(duì)偶，其相對(duì)磨擦中心的線速度一般不宜超過7.5m/s，宜安裝在減速器的低速軸上使用。
3)無火花閘襯的研制
制動(dòng)閘襯的火花問題與對(duì)偶材料的摩擦性能及摩擦線速度密切相關(guān)。在試驗(yàn)國內(nèi)剎車片制動(dòng)牲能的同時(shí)，協(xié)同材料保護(hù)研究所共同研制了十多種不同材料成份的閘襯試驗(yàn)樣品，并先后在臺(tái)架上作了樣機(jī)試驗(yàn)，以檢驗(yàn)閘襯的技術(shù)參數(shù)是否達(dá)到要求。通過試驗(yàn)比較，研制成功了以酚醛樹脂為基體，附加多種添加劑（如潤滑劑、阻燃劑等）配制的無火花閘襯。根據(jù)研究和試驗(yàn)證實(shí)：因限于國內(nèi)目前的材料及工藝水平，當(dāng)閘襯中心相對(duì)制動(dòng)盤表面的摩擦線速度≥30m/s時(shí)，閘襯火花問題仍難于解決。因此，本制動(dòng)器產(chǎn)品系列在防爆場合下使用，仍適宜輸送機(jī)的低速級(jí)制動(dòng)。
綜上所述，采用自冷盤式制動(dòng)器解決下運(yùn)帶式輸送機(jī)的制動(dòng)問題是切實(shí)可行的。
(2)自冷盤式制動(dòng)器主要特點(diǎn)
1)散熱性能好，防爆易解決
制動(dòng)盤經(jīng)合理的通風(fēng)道設(shè)計(jì)，可將制動(dòng)功轉(zhuǎn)化的熱量迅速帶走，防止制動(dòng)盤表面溫升過高。同時(shí)，無火花閘襯的研制成功，有效地解決了機(jī)械磨擦制動(dòng)器的防爆問題。
2)制動(dòng)平穩(wěn)
制動(dòng)控制器通過轉(zhuǎn)速傳感器和電液比例閥對(duì)盤式制動(dòng)器進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，可保證制動(dòng)力矩隨負(fù)載大小而相應(yīng)變化，使制動(dòng)減速度控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。
3)采區(qū)事故停電時(shí)，由液壓站蓄能器自動(dòng)投入制動(dòng)，同樣保證制動(dòng)的平穩(wěn)性。
4)整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，易于功能擴(kuò)展和自動(dòng)化控制。
3、工業(yè)性應(yīng)用及推廣前景
通過研究和試驗(yàn)，KPZ防爆型自冷盤式制動(dòng)器適用于下運(yùn)帶式輸送機(jī)在傾角-3°～28°運(yùn)行，該系列設(shè)計(jì)產(chǎn)品經(jīng)國家采煤機(jī)械質(zhì)檢中心檢驗(yàn)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。目前該盤式制動(dòng)裝置已投入批量生產(chǎn)，其中常用型號(hào)為KP2650，KP2850、KPZ1000、KP21200等，額定制動(dòng)力矩為2500～16000N-m，并在許多礦井投入工業(yè)性使用和運(yùn)行（典型實(shí)例如表1所示）。
目前某公司在煤礦采掘、輔助運(yùn)輸、輸配電、通風(fēng)、排水、洗選加工以及裝車，化驗(yàn)等各個(gè)環(huán)節(jié)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用了自動(dòng)化控制技術(shù)，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。自2000年以來，先后在大柳塔礦井、活雞兔礦井、榆家梁礦井及補(bǔ)連塔礦井等進(jìn)行了自動(dòng)化改造。根據(jù)現(xiàn)代集成制造以及管控一體化的思想，以三層網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，結(jié)合自動(dòng)化、信息、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通訊的新理論和技術(shù)，采用世界先進(jìn)的自動(dòng)化產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和工業(yè)控制軟件、數(shù)據(jù)庫軟件，將公司煤礦生產(chǎn)、管理的各個(gè)環(huán)節(jié)，統(tǒng)一在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上。在生產(chǎn)規(guī)模、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)通訊、自動(dòng)化覆蓋范圍等方面達(dá)到了世界先進(jìn)水平。用高新技術(shù)達(dá)到了減員增效、提高礦井生產(chǎn)能力，增加經(jīng)濟(jì)效益的目的。
以大柳塔為例，2000年底實(shí)現(xiàn)礦井綜合自動(dòng)化以后，全礦人員由原來的365人進(jìn)一步減少到300人，全員工效提高了22%，達(dá)到120t/人．工。大柳塔礦與活雞兔礦合并，經(jīng)自動(dòng)化綜合改造后，年生產(chǎn)能力今年將達(dá)到1900萬t，定員卻只有480人，刨世界記錄。
(2)企業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)的探索與實(shí)施
在組織對(duì)國內(nèi)外相關(guān)企業(yè)進(jìn)行調(diào)研、分析和論證基礎(chǔ)上實(shí)施了企業(yè)資產(chǎn)管理(EAM)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有設(shè)備有償使用管理、設(shè)備維修管理、設(shè)備跟蹤管理、動(dòng)態(tài)調(diào)整配件安全庫存、利庫功能、自動(dòng)比價(jià)、采購計(jì)劃自動(dòng)生成及合同跟蹤等主要功能。將設(shè)備的購置、跟蹤、維修、處置的全過程以及物資的計(jì)劃、采購、倉儲(chǔ)等主要業(yè)務(wù)用信息技術(shù)整合到一起，形成了神東煤炭公司機(jī)電管理工作的統(tǒng)一信息技術(shù)平臺(tái)，滿足了公司機(jī)電管理當(dāng)前的業(yè)務(wù)的需求，完備了機(jī)電管理業(yè)務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)財(cái)富的便捷應(yīng)用和共享，實(shí)現(xiàn)了神東設(shè)備資產(chǎn)管理與國際規(guī)范的接軌，使神東機(jī)電管理整體水平實(shí)現(xiàn)跨越式提升。
目前，已經(jīng)有16個(gè)單位（9礦、5中心、1廠）的機(jī)電工作全部在EAM系統(tǒng)中執(zhí)行，共涉及44個(gè)業(yè)務(wù)流程700多個(gè)流程結(jié)點(diǎn)，共管理設(shè)備資產(chǎn)10536臺(tái)價(jià)值46億元、配件物資20000多種價(jià)值7億元，底層數(shù)據(jù)270多萬條，數(shù)據(jù)信息1438萬個(gè)。通過以工單制為核心的設(shè)備全過程管理，實(shí)現(xiàn)機(jī)電管理規(guī)范化、流程化；提高設(shè)備維修水平，縮短大修周期，降低維修成本；減少設(shè)備停機(jī)時(shí)間，延長設(shè)備運(yùn)行壽命，提高資產(chǎn)使用效率。這些均為神東礦區(qū)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供可靠的機(jī)電保障，對(duì)煤炭行業(yè)、對(duì)國家的煤炭行業(yè)技術(shù)裝備的進(jìn)步起到不可估量的作用。
總之，在世界先進(jìn)采煤技術(shù)裝備的使用和科學(xué)化管理方面走過的路子，為我國煤炭企業(yè)不斷應(yīng)用機(jī)電一體化裝備做出了新的有益的嘗試。它的成功證明了建設(shè)現(xiàn)代化礦井，科技是根本，裝備是基礎(chǔ)，素質(zhì)是前提，管理是關(guān)鍵。將繼續(xù)探討新路子，為我國煤炭企業(yè)的發(fā)展譜寫更新的篇章。
