煤礦帶式輸送機中常用的機械摩擦式制動器僅適用于水平或上運帶式輸送機，它不宜在下運帶式輸送機中作為一級制動方式使用。盤式制動器是一種制動力沿閘端面作用的制動器，它與塊式制動器相比，具有慣量小、動作迅速及散熱性能好等優(yōu)點，主要應(yīng)用于采區(qū)上山（下運）帶式輸送機，是為解決當(dāng)前煤礦下運帶式輸送機制動時存在的滾料、飛車、打滑、冒火花等問題而研制的，也是目前下運帶式輸送機急需解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。經(jīng)過近幾年的研究、試驗和應(yīng)用，已達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)和要求，滿足了煤礦下運帶式輸送機對制動器的技術(shù)條件和要求。本文對自冷盤式制動器的關(guān)鍵技術(shù)問題及解決方法作主要介紹。
1、盤式制動器的技術(shù)關(guān)鍵
    (1)下運輸送機的制動問題
    帶式輸送機制動時，制動器所吸收的能量為整個輸送機及物料的動能和克服輸送機及物料的阻力矩所做的功。在向上運輸、水平運輸及向下運輸?shù)碾妱訖C工況下，阻力矩是幫助輸送機制動的，故即使不設(shè)制動器，電機斷電后，輸送機也將自動減速與停車；在向下運輸?shù)陌l(fā)電機工況，阻力矩成為輸送機及物料的動力矩，制動器所吸收的能量比上述幾種工況時大得多，而且制動時間越長此能量越大，其機械能轉(zhuǎn)化為熱能，使制動器溫度升高。如僅使用塊閘式制動器，制動輪表面熱量集中，制動時間短，熱量不能及時散出，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器僅能適用于水平或上運輸送機，對下運輸送機只能作為二級制動或備用制動用。對此，國內(nèi)曾專題研究了下運輸送機的制動系統(tǒng)（如液力、液壓等制動方式），但它們都是作為初級制動，起吸收大部分制動能量、使速度降低的作用，最后仍然靠機械制動器剎停。由于這種制動系統(tǒng)復(fù)雜、造價高，使推廣應(yīng)用范圍受到一定限制。本文重點以一級制動代替二級制動的要求，在達(dá)到同樣制動性能的前提下，實現(xiàn)安全、可靠地制動，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的摩擦副材料及其經(jīng)驗數(shù)據(jù)資料。因而，研究對制動及閘襯的材料、摩擦副對偶性能及其穩(wěn)定等問題是解決下運輸送機盤式制動器的技術(shù)關(guān)鍵之一。
    此外，下運輸送機上物料的下滑分力與制動時產(chǎn)生的慣性力方向相同，兩者疊加易造成滾料現(xiàn)象，故要求制動器能平穩(wěn)地制動，即制動減速度應(yīng)限制應(yīng)在～定的范圍內(nèi)，同時要求制動器的制動力矩隨輸送機負(fù)載大小的不同而自動調(diào)節(jié)；且當(dāng)采區(qū)發(fā)生停電事故此情況下，制動器也必須能自動投入緊急制動，并保證制動的平穩(wěn)性和安全性。
    (2)制動盤的散熱問題
    制動器在制過程中，把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮�，制動盤吸收其中95%以上的熱量，引起制動盤急劇升溫，摩擦系數(shù)降低，制動閘襯磨損增加，并可能導(dǎo)致制動盤疲勞破壞，如目前使用的塊閘式制動器經(jīng)常發(fā)生制動輪超溫、冒炎花、打滑、飛車等事故。如何提高制動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
    煤礦井下的制動設(shè)備應(yīng)具有可靠的防爆性能，嚴(yán)禁制動器在制動過程中出現(xiàn)火花現(xiàn)象。由于目前普遍使用的制動器系列產(chǎn)品因制動輪（或制動盤）超溫、閘襯易冒火花等問題得不到解決而不宜用作下運輸送機的制動，以防其在制動過程中產(chǎn)生高溫、火花而引起井下瓦斯爆炸。盤式制動是通過閘襯與制動盤的摩擦產(chǎn)生制動力矩的，由于閘襯的磨損會使額定制動力矩降低而影響制動的可靠性，因此，必須提高閘襯的耐磨性，在確保制動盤的溫升不超過允許溫度的條件下，解決制動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)制動及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)
    防爆型自冷盤式制動器，采用夾鉗式雙面對稱閘瓦液壓控制方式，制動力矩大、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈活，并能同時與輸送機滾筒或減速器配套使用。它與塊閘式制動器相比，具有散熱性能好、無熱衰退現(xiàn)象、轉(zhuǎn)動慣量小、動作迅速及零件通用性大等優(yōu)點；與現(xiàn)有的液力制動系統(tǒng)相對比，它用一級制動代替了二級制動，大大簡化了制動系統(tǒng)，從而使制造成本大為減小。
    盤式制動裝置主要有制動器（包括制動器底座、制動盤、制動閘等部件）、油壓站及微機控制器等組成，如圖1所示。該制動器與微機控制器有機地結(jié)合，構(gòu)成了自動調(diào)節(jié)制動系統(tǒng)。其基本工作原理為：當(dāng)制動器制動時，控制器通過轉(zhuǎn)速傳感器輸入的轉(zhuǎn)速信號，經(jīng)控制內(nèi)部電路放大整形后，送人微處理器，經(jīng)運算比較后自動調(diào)節(jié)電液比例閥，以控制輸送機的制動減速度在0.1～0. 3Hi]S2范圍內(nèi)，從而平穩(wěn)地將輸送機從制動初始轉(zhuǎn)速制動至零，并能自動補償制動閘的閘村磨損，以確保制動的安全、可靠性。
    2)制動盤散熱性能的研究
    a．制動盤的散熱及其理論
    制動盤的散熱是通過輻射、傳導(dǎo)和對流方式將熱量大量散發(fā)，其中主要的為對流散熱。當(dāng)制動盤回轉(zhuǎn)時，氣流縱向流過通風(fēng)道表面，從而產(chǎn)生強迫對流散熱。影響對流散熱的主要因素是氣流的流速，制動盤的材料及通風(fēng)道的設(shè)計等。增大冷卻空氣在制動盤表面的速度，減小流動邊界層或?qū)恿鞯讓拥暮穸�，是提高制動盤散系數(shù)的主要方法。
    制動盤的熱負(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)選用熱強度高、與對偶（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盤。
    制動盤內(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)的運動狀態(tài)影響制動盤的散熱性能。經(jīng)實驗證明：散熱良好的通風(fēng)道應(yīng)該是通風(fēng)道內(nèi)氣體相對速度高、氣體附面層薄。因此，把通風(fēng)道設(shè)計成加速狀態(tài)有利于散熱。
    b．制動盤的研制與試驗結(jié)果
    通過理論研究和模擬試驗，先后設(shè)計、制造了多種不同材料和不同結(jié)構(gòu)型式的制動盤，并對其進(jìn)行了試驗和測試。其中硅青銅制動盤是采用了國內(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化合金，具有較高的強度、硬度和良好的熱穩(wěn)定性及耐磨性，且與對偶材料高速摩擦不易發(fā)生火花；在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，借鑒離心風(fēng)機的設(shè)計理論，在制動盤內(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，為防止制動盤表面的瞬時熱量集中，發(fā)生過熱現(xiàn)象，在制動盤表面內(nèi)圈增設(shè)了散熱葉片，確保制動盤表面的最高溫度≤150℃，經(jīng)臺架試驗、檢測：硅青銅、曲線型葉片制動盤在相對速度較高的條件下，散熱能力強，制動盤表面與對偶連續(xù)制動時無超溫、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)制動盤與硅青銅制動盤相比，則結(jié)構(gòu)簡單、制造方便實用、價格低廉，并符合起重運輸機械用盤式制動器制動盤的基本參數(shù)、技術(shù)要求和檢驗規(guī)則等。經(jīng)試驗室臺架試驗和測定，制動盤的強度、熱穩(wěn)定性和摩擦、磨損性能等均達(dá)到設(shè)計要求，但制動盤在高轉(zhuǎn)速制動時，制動盤表面與閘村之間有火花現(xiàn)象。因此，直線型鋼結(jié)構(gòu)制動盤在煤礦井下使用時通常以制動盤轉(zhuǎn)速小于700 r/min為宜，而與通用制動閘襯對偶，其相對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
    制動閘襯的火花問題與對偶材料的摩擦性能及摩擦線速度密切相關(guān)。在試驗國內(nèi)剎車片制動牲能的同時，協(xié)同材料保護研究所共同研制了十多種不同材料成份的閘襯試驗樣品，并先后在臺架上作了樣機試驗，以檢驗閘襯的技術(shù)參數(shù)是否達(dá)到要求。通過試驗比較，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)研究和試驗證實：因限于國內(nèi)目前的材料及工藝水平，當(dāng)閘襯中心相對制動盤表面的摩擦線速度≥30m/s時，閘襯火花問題仍難于解決。因此，本制動器產(chǎn)品系列在防爆場合下使用，仍適宜輸送機的低速級制動。
    綜上所述，采用自冷盤式制動器解決下運帶式輸送機的制動問題是切實可行的。
    (2)自冷盤式制動器主要特點
    1)散熱性能好，防爆易解決
    制動盤經(jīng)合理的通風(fēng)道設(shè)計，可將制動功轉(zhuǎn)化的熱量迅速帶走，防止制動盤表面溫升過高。同時，無火花閘襯的研制成功，有效地解決了機械磨擦制動器的防爆問題。
    2)制動平穩(wěn)
    制動控制器通過轉(zhuǎn)速傳感器和電液比例閥對盤式制動器進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，可保證制動力矩隨負(fù)載大小而相應(yīng)變化，使制動減速度控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。
    3)采區(qū)事故停電時，由液壓站蓄能器自動投入制動，同樣保證制動的平穩(wěn)性。
    4)整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，易于功能擴展和自動化控制。
3、工業(yè)性應(yīng)用及推廣前景
    通過研究和試驗，KPZ防爆型自冷盤式制動器適用于下運帶式輸送機在傾角-3°～28°運行，該系列設(shè)計產(chǎn)品經(jīng)國家采煤機械質(zhì)檢中心檢驗，各項技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期的設(shè)計要求。目前該盤式制動裝置已投入批量生產(chǎn)，其中常用型號為KP2650，KP2850、KPZ1000、KP21200等，額定制動力矩為2500～16000N-m，并在許多礦井投入工業(yè)性使用和運行（典型實例如表1所示）。
 
    目前某公司在煤礦采掘、輔助運輸、輸配電、通風(fēng)、排水、洗選加工以及裝車，化驗等各個環(huán)節(jié)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用了自動化控制技術(shù)，并取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。自2000年以來，先后在大柳塔礦井、活雞兔礦井、榆家梁礦井及補連塔礦井等進(jìn)行了自動化改造。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)合自動化、信息、計算機、網(wǎng)絡(luò)、通訊的新理論和技術(shù)，采用世界先進(jìn)的自動化產(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)、管理的各個環(huán)節(jié)，統(tǒng)一在一個網(wǎng)絡(luò)平臺上。在生產(chǎn)規(guī)模、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)通訊、自動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)濟效益的目的。
    以大柳塔為例，2000年底實現(xiàn)礦井綜合自動化以后，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)的探索與實施
    在組織對國內(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、動態(tài)調(diào)整配件安全庫存、利庫功能、自動比價、采購計劃自動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劃、采購、倉儲等主要業(yè)務(wù)用信息技術(shù)整合到一起，形成了神東煤炭公司機電管理工作的統(tǒng)一信息技術(shù)平臺，滿足了公司機電管理當(dāng)前的業(yè)務(wù)的需求，完備了機電管理業(yè)務(wù)功能，實現(xiàn)了企業(yè)財富的便捷應(yīng)用和共享，實現(xiàn)了神東設(shè)備資產(chǎn)管理與國際規(guī)范的接軌，使神東機電管理整體水平實現(xiàn)跨越式提升。
    目前，已經(jīng)有16個單位（9礦、5中心、1廠）的機電工作全部在EAM系統(tǒng)中執(zhí)行，共涉及44個業(yè)務(wù)流程700多個流程結(jié)點，共管理設(shè)備資產(chǎn)10536臺價值46億元、配件物資20000多種價值7億元，底層數(shù)據(jù)270多萬條，數(shù)據(jù)信息1438萬個。通過以工單制為核心的設(shè)備全過程管理，實現(xiàn)機電管理規(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)備停機時間，延長設(shè)備運行壽命，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)展提供可靠的機電保障，對煤炭行業(yè)、對國家的煤炭行業(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。