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帶式輸送機運輸系統的安全控制研究

文檔作者：朱履貝文檔來源：山西新景礦煤業有限責任公司		點擊數：	更新時間： 2025年10月03日
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引言
綜采工作面的運輸設備主要包括有帶式輸送
機、提升機以及絞車等。帶式輸送機與其他運輸設備
相比較具有運量大、運輸距離長等優勢，故被廣泛應
用于煤礦生產中。帶式輸送機的運輸效率和安全性
直接決定綜采工作面的運輸能力，從而影響整個綜
采工作面的生產能力。因此，實現帶式輸送機安全、
可靠的控制功能對保障工作面生產能力和效率具有
重要意義[1]。因此，以帶式輸送機下滑失速的問題為
出發點對其安全控制系統展開研究，并對應對其制
動系統提出優化方案。具體闡述如下：
1 帶式輸送機概述
本文所研究帶式輸送機的運輸能力為500 t/h，
所處工作面煤層的平均傾角為17°。經現場勘測，
在實際運輸過程中帶式輸送機所運輸煤料的密度為
0.95 t/m3，輸送帶寬度為1 m，輸送帶平均運輸速度
為2 m/s，輸送帶驅動輪的直徑為3 500 mm，導向滾筒
的直徑為2 500mm。為保證該帶式輸送機的運輸能力
能夠滿足實際運輸需求，為其配置兩臺電動機。
制動器為保證帶式輸送機安全、可靠運行的關
鍵部件。目前，應用于帶式輸送機制動器的類型包括
有瓦塊式制動器和盤式制動器[2]。其中，瓦塊式制動
器主要是通過瓦塊壓緊增強制動輪上的摩擦力實現
對設備的制動操作。盤式制動器為當前帶式輸送機
常用制動裝置，其主要通過液壓力提供了壓緊力將
閘瓦與制動盤壓緊，依靠摩擦力實現帶式輸送機的
制動[3]。根據盤式制動器的安裝位置將其分為前置
閘瓦制動器和后置閘瓦制動器，其結構分別如圖
1-1、1-2 所示。
2 帶式輸送機制動器現狀
本文所研究帶式輸送機驅動系統的核心為變頻
器與交流調速電機組成，為保證輸送帶兩側鋼絲繩
的張緊力處于相對平衡狀態，在輸送帶中間安裝機
械動式差動器。帶式輸送機所配置的驅動裝置的結
構如圖2所示。
目前，為該帶式輸送機所配置制動器的具體型
號為KZP2000-283-1，該制動器能夠為輸送帶提供
足夠的制動力。經核算可知，當設備在滿載狀態下正
常停機時需278.607 kN·m 的制動力，而所配置制動
器可提供的制動力為283 kN。
帶式輸送機運輸系統的安全控制研究
朱履貝
（山西新景礦煤業有限責任公司， 山西陽泉045000）
摘要：為保證帶式輸送機的運輸效率和安全性，針對當前運輸系統無法實時對其制動力進行調整控制的問
題，在分析帶式輸送機及其制動器簡要情況的基礎上，提出制動器的改造方案，并在提出的三種改造方案中優
選一種改造方案對設備制動系統進行改造，最后根據控制需求完成改造后帶式輸送機制動系統中液壓元器件
選型和對應速度控制流程的設計。
關鍵詞：帶式輸送機制動器溢流閥換向閥制動力
中圖分類號：TD528.1 文獻標識碼：A 文章編號：1003-773X（2021）04-0050-03
收稿日期：2020-12-15
作者簡介：朱履貝（1988—），男，江蘇淮安人，本科，畢業于
運城學院，機電工程師，研究方向為煤礦采掘技術、巷道加
固整修。
DOI:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2021.04.022
總第216 期
2021 年第4 期
機械管理開發
MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Total 216
No.4，2021
1-1 前置閘瓦制動器1-2 后置閘瓦制動器
1—盤式制動盤；2—閘瓦結構；3—壓緊活塞；4—彈簧裝置
圖1 前置和后置盤式制動器結構示意圖
1—交流調速電機；2—聯軸器；3—減速裝置；4—盤式制動裝
置；5—主動驅動輪；6—機械動式差動器；7—從動驅動輪
圖2 帶式輸送機驅動系統結構示意圖
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設計理論與方法
2021 年第4 期
當帶式輸送機運輸人員時，雖然該制動器制動
力能夠滿足穩定制動要求。但是，當輸送機由于運
輸人員過多時出現下滑失速的問題，只能通過調整
設備的制動力對運行速度進行調整，其效率非常低[4]。
因此，急需對帶式輸送機運輸系統的制動器進行
改造。
3 帶式輸送機制動器改造
鑒于帶式輸送機運輸過程中出現下滑失速問題
只能通過停機調整制動力解決失速的問題。因此，本
節將對制動器的液壓制動系統進行改造。
針對上述問題，本節針對性的提出三種改造方
案，具體闡述如下：
制動改造方案一：為原帶式輸送機制動器的液
壓控制系統增設三位四通電磁換向閥和電磁比例溢
流閥實現對設備在制動階段制動力的實時調整和控
制，以確保設備平穩停機。
制動改造方案二：在原帶式輸送機制動液壓控
制系統現狀的基礎上為其增加二位三通電磁換向閥
和二位四通換向閥實現對帶式輸送機運行工況的實
時切換，并通過電磁比例溢流閥介質流速的控制實
現對輸送帶運行速度的直接控制。
制動方案三：在原帶式輸送機制動液壓控制系
統的基礎上為其增加二位三通電磁換向閥和二位四
通電磁換向閥實現對帶式輸送機運行工況的實時切
換，并通過電磁比例溢流閥對盤式制動器閘瓦壓緊
力進行控制，從而實現對制動系統制動力的實時調
整控制的目的，最終實現對輸送帶速度的實時控制。
對比上述三種改造方案可知，改造方案一主要
采用三位四通換向閥對設備進行改造控制，而方案
二、方案三采用二位換向閥對設備進行改造控制，考
慮到二位換向閥的可靠性高于三位換向閥，首先排
除采用改造方案一對帶式輸送機液壓制動系統進行
改造。
對比方案二、方案三可知：方案二中采用壓力表
對液壓系統中的壓力進行控制；而方案三種采用專
用蓄能器為系統提供介質，從而在系統進行制動操
作時也可保證整個系統壓力平衡[5]。考慮到，專用蓄
能器充液的便捷性和穩定性。最終選擇方案三對當
前制動器液壓系統進行改造，其對應的液壓原理如
圖3所示。
結合帶式輸送機制動需求及核算，為對關鍵液
壓元件進行選型設計。
1）液壓泵的選型。液壓泵的主要功能是為系統
閘瓦制動器提供足夠的液壓油，保證系統具有足夠
的制動力。根據當前帶式輸送所選型制動器的相關
參數，其在正常制動過程中所需液壓油的體積為
115 mL。為了保證帶式輸送機制動器的響應速度滿
足制動要求，避免制動滯后或延時導致事故的發生，
要求液壓油在很短的時間內充滿制動器，一般要求
液壓油充滿時間不得超過1 s。因此，要求液壓泵的
流量最小為115 mL/s。
結合上述要求，并與市面液壓泵的參數相比對
擬選用型號為1PF2G2-4X 的液壓齒輪泵，該齒輪泵
的設計排量值為5.5 mL/r，額定轉速為1 500 r/min，
根據如式（1）所示的公式計算該液壓齒輪泵的額定
流量：
q=Vn濁. （1）
式中：q 為液壓齒輪泵的額定流量；V 為液壓齒輪泵
的排量，取5.5 mL/r；n 為液壓齒輪泵的額定轉速，取
1 500 r/min；濁為液壓齒輪泵的容積效率，取90%。
經計算可得，所選型液壓齒輪泵的額定流量為
123.75 mL/s，滿足最小流量為115 mL/s的要求。
2）溢流閥的選型。帶式輸送機安全控制系統溢
流閥的主要作用是限壓保護，其避免系統在超過額
定壓力運行導致事故的發生。本文主要對整個系統
中發揮限壓保護和對蓄能器發揮限壓保護的溢流閥
進行選型。經分析整個系統的工作壓力和蓄能器的
工作壓力，選用溢流閥的具體型號為DBDS6G，該型
號溢流閥由北京華德公司生產，其工作時所調定的
額定壓力為10 MPa，對應所能保護的最大壓力為
31.5 MPa。
3）換向閥的選型。根據系統要求，換向閥的種類
包括有二位三通換向閥和二位四通換向閥。其中，對
于二位三通換向閥其對應腔體的壓力為16 MPa，對
于二位四通換向閥其對應腔體的壓力為14 MPa。結
1—液壓油箱；2—粗過濾器；3—液壓油泵；4—沖液法；
5—精過濾器；6—壓力表；7、10；11—溢流閥；8—節流閥；
9、12—電磁換向閥；13—制動裝置；14—專用蓄能器
圖3 制動液壓系統原理圖
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朱履貝：帶式輸送機運輸系統的安全控制研究 ·51·
機械管理開發 第 36 卷
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合當前市面換向閥的產品參數，為方便產品采購二
位三通和二位四通換向閥均選用3WE6A50 系列換
向閥。
除此之外，蓄能器和沖液閥為配套使用的兩個
液壓元器件。根據整個系統的壓力需求，所選用蓄能
器的型號為NXQ-B；對應沖液閥的具體型號為
LTO6-A06。
綜上所述，對應液壓元件的選型結果如表1所示：
改造完成后帶式輸送機液壓制動系統對輸送帶
速度控制流程圖如圖4所示。
4 結語
帶式輸送機為綜采工作面關鍵運輸系統，某些
帶式輸送機除了承擔正常的運煤任務外，還需對工
作面作業人員進行運送。為解決傳統帶式輸送機制
動器制動力無法實施調整控制，導致運送人員出現
下滑失速問題時僅能通過停機保證運輸的安全性，
在很大程度上影響設備的運輸效率。為此，采用二
位三通、二位四通換向閥、溢流閥、蓄能器對原設備
的液壓控制系統進行改造，并完成相應速度控制流
程設計保證設備制動力能夠實時調整控制，在提
升運輸效率的同時大大保證了工作面生產的安
全性。
參考文獻
[1] 榮和芳.煤礦帶式輸送機安全保護裝置安裝及檢驗方式[J].煤
礦開采，2013，18（1）：33-35.
[2] 李輝，趙娟，劉廷明.帶式輸送機張緊保護裝置的研究設計[J].
煤炭工程,2007（5）：102-103.
[3] 沈樹國，孫益.井下帶式輸送機綜合保護控制裝置[J].煤炭技
術，2002（8）：20-21.
[4] 韓東巖，劉艷婷，呂小兵.煤礦井下帶式輸送機控制保護裝置
BSY_2-36系統的應用[J].煤炭技術，1999（6）：18.
[5] 藺素宏，安高成，毋嘉豪，等.帶式輸送機電液伺服張緊裝置張
緊力控制研究[J].煤炭技術，2019，38（5）：144-147.
（編輯：王慧芳）
元器件類型型號參數
液壓泵1PF2G2-4X 排量為5.5 mL/r，轉速為1 500 r/min，
工作壓力為25 MPa
溢流閥DBDS6G 調定壓力為10 MPa，最大壓力為31.5 MPa
換向閥3WE6A50 通徑為6 mm，最大工作壓力為31.5 MPa，
腔內壓力為16 MPa
沖液閥LTO6-A06 流量為17 L/min；切斷壓力為10 MPa，
接通壓力為8 MPa
蓄能器NXQ-B 工作壓力為14 MPa，額定容量為0.6 L
表1 液壓元器件選型
n—通過變頻器電壓轉換計算所得電機的理論轉速；
n0—采用測速傳感器實際測得電機的轉速
圖4 輸送帶速度控制流程圖
Study on Safety Control of Belt Conveyor Transport System
Zhu Lyubei
（Shanxi Xinjing Coal Industry Co., Ltd., Yangquan Shanxi 045000）
Abstract: In order to ensure the transportation efficiency and safety of belt conveyor, in view of the problem that the
current transportation system can not adjust and control its braking force in real time, reform plans of brakes were
carried on the basis of analyzing the brief situation of belt conveyor and its brake. One of the three schemes is selected
to transform the braking system of the equipment. Finally, according to the control requirements, the selection of
hydraulic components and the design of the corresponding speed control flow in the dynamic system of the belt
conveyor mechanism are completed.
Key words: belt conveyor; brake; relief valve; reversing valve; braking force
變頻器電機制動器
變頻器模擬
電壓Vn
測速傳感器
n0
A/D轉換器
n D/A 轉換
器模擬
電壓Vn0
單片機
比較
e=n-n0<0
電磁比例溢
流閥斷電
N
Y
電磁比例溢
流閥接通
將模擬量Vn和Vn0輸
入到放大器
電磁比例溢
流閥調節制
動壓力P
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