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摘要：针对我国煤矿的具体特点，分析了下运带式输送机的制动工况与具体要求，对比论述了现有的用于下运带式输送机的液力制动、液压制动和盘式制动的优缺点，在此基础上提出盘式制动系统最适合于下运带式输送机，是未来下运大倾角带式输送机的理想制动系统。
关键词：下运带式输送机；制动；盘式制动系统
Abstract: according to the characteristics of the china coal mines, the braking condition and requirements of the downward belt conveyors are analyzed, the fluid brake, hydraulic brake and disc brake are comparatively analyzed. At last it points out that the disc brake is the best choice for downward belt conveyors and is the main brake equipments in the future.
Key words: Downward belt conveyor; brake; disc brake
中图分類号：X752 文献标识码：A 文章编号：
0 前言
我国煤矿倾斜煤层众多，16°~25°的倾斜煤层大量存在，采用下运带式输送机能够大大减少采区巷道的开掘工作量，降低基建费用，缩短施工工期，从而产生巨大的经济效益和社会效益[5]。
下运带式输送机在我国于80年代末开始用于倾斜煤层的开采，随着其相关关键技术的解决以及对倾斜煤层开采量的逐渐加大，大功率、高运速、大角度的下运带式输送机随着国民经济增长需求量加大。
图1为下运带式输送机传动原理图。
1-头部改向滚筒 2-驱动滚筒 3-增面滚筒
4-改向滚筒 5-拉紧滚筒 6-尾部改向滚筒
图1 下运带式输送机传动原理图
下运带式输送机的运输方向与水平面有一个夹角β，它在头部受料向下运输，在尾部卸料。因为倾角的存在，物料及输送带自身重力中平行于输送带的分力与输送机运行方向相同。
1 下运带式输送机制动工况
下运带式输送机采用电机为动力。电机的工作特性曲线如图2所示，水平轴为电机的输出扭矩，垂直轴为电机的转速。
图2 异步电机的工作特性曲线
图中坐标系第一象限中的曲线为电机电动状态下的工作特性曲线，第二象限中的曲线为电机发电状态下的工作特性曲线。起动扭矩A，电机最大扭矩P，电机额定扭矩B，同步转速H，发电状态下额定扭矩C，发电状态下最大扭矩Q。
通过分析下运带式输送机运行工况、特点及电机转速与扭矩特性曲线图可知，下运带式输送机的驱动有两种运行工况：(1)轻载时，以电动工况运行。(2)重载时，物料自重的下滑分力大于输送机的工作阻力，其合力产生加速力，使输送带速度不断加快，当电机超过同步转速之后，电机以发电工况运行，直至达到平衡后，电机维持在一个稳定转速下工作。
当输送机严重超载或发生停电时，电机制动力消失，此时输送机失控，如没有高可靠性能的制动器，可能出现飞车，后果难以想象。因此，输送机能否可靠运行取决于其制动器及控制系统的可靠性。
2 制动器的要求
制动器是下运带式输送机不可缺少的一部分，制动器性能的好坏，直接影响着输送机的可靠运行，对其有以下几点要求：
(1) 可控的制动力。下运大功率带式输送机，要求制动器提供可靠的制动力，其要求制动减加速度在-0.3~-0.1m/s2之间。
(2) 断电能可靠制动。发生断电时，制动器仍能可靠地工作。
(3) 具有驻车制动功能。
(4) 满足井下防爆要求。
(5) 结构紧凑、使用寿命长。
3 制动技术现状
国内的下运带式输送机制动器主要有：液压制动、液力制动以及盘式制动系统等。
(1) 液力制动
液力制动结构与液力耦合器类似。在下运带式输送机中，液力制动输出轴与减速机的输入轴相连。输送机正常工作时，工作腔内不充液；在制动时才向工作腔内充液，对下运带式输送机产生制动力。
其制动力矩的计算公式为：
(1)
式中 M——制动力矩,N·m；λ——扭矩系数,s2/(rad2·m)；g——当地重力加速度，m/s2；Dz——转子直径m；nz——输出轴转速，rad/s；, γ——传动媒介密度,kg/m3。
其主要特点：
1)制动扭矩M和输出轴转速nz的平方成正比，转速下降制动扭矩下降，当降低到工作速度的1/3时，制动失效，须机械辅助制动，此时会造成冲击和发热；
2) 工作时需要冷却；
3) 工作时，制动器内腔须立即充满工作介质，制动时间长；
4)停电时，储能罐向制动器内腔充满工作介质，从而实现平稳制动；
(2) 液压制动
液压制动是通过改变排油的流量和压力，从而对下运带式输送机产生制动力，制动力可以进行无级调节。
其制动力矩的计算公式为：
(2)
式中p——工作压力，MPa；Q0——泵每转排油体积，m3；ηm——机械效率。
液压制动系统的主要特点是：
1)制动力矩M与工作油压p及系统排量Q0的积成正比，制动可靠，仍需用机械辅助制动；
2)工作时需要冷却系统冷却；
3)停电时，靠蓄电池来控制制动器平稳制动；
4)系统复杂，维护较高。
(3) 盘式制动
盘式制动的制动力是由制动盘与制动头摩擦产生。
其制动力矩的近似计算公式为：
(3)
式中Fd0——碟形弹簧预作用力，N；μm——闸衬与制动盘的摩擦系数；K——制动器副数，；Rm——等效制动半径，m； Ap——活塞受压面积，m2。
其主要特点是：
1)制动扭矩M与液压系统油压p成比例，可实现制动力无级调节；
2)单盘制动盘会使散热性变差；
3) 制动盘线速度高时易产生火花，存在安全隐患；
4)停电时，靠蓄电池来控制制动器平稳制动；
4 结论
比较以上三种制动系统，盘式制动系统的优点明显，其突出体现在：它可以实现一级制动，而不用像其它两者那样需要采用先减速再利用机械闸抱死的二级制动方法，从而大大简化了制动系统，使整机的造价大为降低；盘式制动器在煤矿应用非常广泛，对其特性有较深刻的认识，技术也较成熟，易制定正确的控制策略；其散热性能差，易产生火花的缺点通过结构和材料的研究改进已经得到有效的改善。因此，盘式制动系统有着比较广阔的应用前景,是未来下运带式输送机的主要制动装置。
参考文献
于学谦.矿山运输机械[M].徐州：中国矿业大学出版社，1987
张尊敬，汪甦.DTⅡ(A)型带式输送机设计手册[M].北京：冶金工业出版社，2003
荆栋.基于模糊控制的下运带式输送机液压制动系统的研究[D].西安科技大学硕士学位论文，2005
于岩，朱路群.大倾角下运带式输送机的控制与检测系统[J].连续输送技术，1991(1)：33-38
戴建立.煤矿下运带式输送机液力制动减速度控制系统研究[D].上海交通大学工程硕士学位论文，2002
杨育德，杨景山.下运带式输送机及其制动装置的应用[J].东北煤炭技术，1993(1)：47-50
范同勋.下运带式输送机制动方案的选择[J].煤矿机电，2004(4)：34-36
作者简介：张勇（1981—），男，江苏连云港人，助理工程师。现在徐州五洋科技股份有限公司从事技术工作。
关键词：下运带式输送机；制动；盘式制动系统
Abstract: according to the characteristics of the china coal mines, the braking condition and requirements of the downward belt conveyors are analyzed, the fluid brake, hydraulic brake and disc brake are comparatively analyzed. At last it points out that the disc brake is the best choice for downward belt conveyors and is the main brake equipments in the future.
Key words: Downward belt conveyor; brake; disc brake
中图分類号：X752 文献标识码：A 文章编号：
0 前言
我国煤矿倾斜煤层众多，16°~25°的倾斜煤层大量存在，采用下运带式输送机能够大大减少采区巷道的开掘工作量，降低基建费用，缩短施工工期，从而产生巨大的经济效益和社会效益[5]。
下运带式输送机在我国于80年代末开始用于倾斜煤层的开采，随着其相关关键技术的解决以及对倾斜煤层开采量的逐渐加大，大功率、高运速、大角度的下运带式输送机随着国民经济增长需求量加大。
图1为下运带式输送机传动原理图。
1-头部改向滚筒 2-驱动滚筒 3-增面滚筒
4-改向滚筒 5-拉紧滚筒 6-尾部改向滚筒
图1 下运带式输送机传动原理图
下运带式输送机的运输方向与水平面有一个夹角β，它在头部受料向下运输，在尾部卸料。因为倾角的存在，物料及输送带自身重力中平行于输送带的分力与输送机运行方向相同。
1 下运带式输送机制动工况
下运带式输送机采用电机为动力。电机的工作特性曲线如图2所示，水平轴为电机的输出扭矩，垂直轴为电机的转速。
图2 异步电机的工作特性曲线
图中坐标系第一象限中的曲线为电机电动状态下的工作特性曲线，第二象限中的曲线为电机发电状态下的工作特性曲线。起动扭矩A，电机最大扭矩P，电机额定扭矩B，同步转速H，发电状态下额定扭矩C，发电状态下最大扭矩Q。
通过分析下运带式输送机运行工况、特点及电机转速与扭矩特性曲线图可知，下运带式输送机的驱动有两种运行工况：(1)轻载时，以电动工况运行。(2)重载时，物料自重的下滑分力大于输送机的工作阻力，其合力产生加速力，使输送带速度不断加快，当电机超过同步转速之后，电机以发电工况运行，直至达到平衡后，电机维持在一个稳定转速下工作。
当输送机严重超载或发生停电时，电机制动力消失，此时输送机失控，如没有高可靠性能的制动器，可能出现飞车，后果难以想象。因此，输送机能否可靠运行取决于其制动器及控制系统的可靠性。
2 制动器的要求
制动器是下运带式输送机不可缺少的一部分，制动器性能的好坏，直接影响着输送机的可靠运行，对其有以下几点要求：
(1) 可控的制动力。下运大功率带式输送机，要求制动器提供可靠的制动力，其要求制动减加速度在-0.3~-0.1m/s2之间。
(2) 断电能可靠制动。发生断电时，制动器仍能可靠地工作。
(3) 具有驻车制动功能。
(4) 满足井下防爆要求。
(5) 结构紧凑、使用寿命长。
3 制动技术现状
国内的下运带式输送机制动器主要有：液压制动、液力制动以及盘式制动系统等。
(1) 液力制动
液力制动结构与液力耦合器类似。在下运带式输送机中，液力制动输出轴与减速机的输入轴相连。输送机正常工作时，工作腔内不充液；在制动时才向工作腔内充液，对下运带式输送机产生制动力。
其制动力矩的计算公式为：
(1)
式中 M——制动力矩,N·m；λ——扭矩系数,s2/(rad2·m)；g——当地重力加速度，m/s2；Dz——转子直径m；nz——输出轴转速，rad/s；, γ——传动媒介密度,kg/m3。
其主要特点：
1)制动扭矩M和输出轴转速nz的平方成正比，转速下降制动扭矩下降，当降低到工作速度的1/3时，制动失效，须机械辅助制动，此时会造成冲击和发热；
2) 工作时需要冷却；
3) 工作时，制动器内腔须立即充满工作介质，制动时间长；
4)停电时，储能罐向制动器内腔充满工作介质，从而实现平稳制动；
(2) 液压制动
液压制动是通过改变排油的流量和压力，从而对下运带式输送机产生制动力，制动力可以进行无级调节。
其制动力矩的计算公式为：
(2)
式中p——工作压力，MPa；Q0——泵每转排油体积，m3；ηm——机械效率。
液压制动系统的主要特点是：
1)制动力矩M与工作油压p及系统排量Q0的积成正比，制动可靠，仍需用机械辅助制动；
2)工作时需要冷却系统冷却；
3)停电时，靠蓄电池来控制制动器平稳制动；
4)系统复杂，维护较高。
(3) 盘式制动
盘式制动的制动力是由制动盘与制动头摩擦产生。
其制动力矩的近似计算公式为：
(3)
式中Fd0——碟形弹簧预作用力，N；μm——闸衬与制动盘的摩擦系数；K——制动器副数，；Rm——等效制动半径，m； Ap——活塞受压面积，m2。
其主要特点是：
1)制动扭矩M与液压系统油压p成比例，可实现制动力无级调节；
2)单盘制动盘会使散热性变差；
3) 制动盘线速度高时易产生火花，存在安全隐患；
4)停电时，靠蓄电池来控制制动器平稳制动；
4 结论
比较以上三种制动系统，盘式制动系统的优点明显，其突出体现在：它可以实现一级制动，而不用像其它两者那样需要采用先减速再利用机械闸抱死的二级制动方法，从而大大简化了制动系统，使整机的造价大为降低；盘式制动器在煤矿应用非常广泛，对其特性有较深刻的认识，技术也较成熟，易制定正确的控制策略；其散热性能差，易产生火花的缺点通过结构和材料的研究改进已经得到有效的改善。因此，盘式制动系统有着比较广阔的应用前景,是未来下运带式输送机的主要制动装置。
参考文献
于学谦.矿山运输机械[M].徐州：中国矿业大学出版社，1987
张尊敬，汪甦.DTⅡ(A)型带式输送机设计手册[M].北京：冶金工业出版社，2003
荆栋.基于模糊控制的下运带式输送机液压制动系统的研究[D].西安科技大学硕士学位论文，2005
于岩，朱路群.大倾角下运带式输送机的控制与检测系统[J].连续输送技术，1991(1)：33-38
戴建立.煤矿下运带式输送机液力制动减速度控制系统研究[D].上海交通大学工程硕士学位论文，2002
杨育德，杨景山.下运带式输送机及其制动装置的应用[J].东北煤炭技术，1993(1)：47-50
范同勋.下运带式输送机制动方案的选择[J].煤矿机电，2004(4)：34-36
作者简介：张勇（1981—），男，江苏连云港人，助理工程师。现在徐州五洋科技股份有限公司从事技术工作。