带式输送机软制动系统作为带式输送机的重要组成部分，在应用中存在物料下滑方向与软制动方向相同、共同产生的加速力超过软制动电机最大制动力矩、难以保障软制动稳定性等情况。当前，大多数带式输送机制动方法是将物料下滑重力和动力势能转换为制动力矩的能耗制动方式， 而相关制动方式对应的软制动系统较不成熟，存在制动控制器收敛速度慢、稳定性差等问题。对此，介绍一种基于改进BP神经网络灰色预测PID控制器及对应软制动系统设计架构，对现有问题进行有效解决，将具有一定的应用价值。

1  矿用带式输送机软制动需求分析

矿用带式输送机运输重物过程中，电机所产生的制动力矩与自动滚筒与物料的总阻力方向相反，而输送机的单位运输量是影响运输机制动过程的主要外部因素，其参数值处于动态变化过程中，所以输送机物料运输过程中输送带方向重力分力也存在一定的动态变化特征，进而导致电机产生的软制动驱动力持续动态变化。

具体来说，当带式输送机运输的物料较多时，物料重力分力大于滚筒产生的摩擦阻力，电机需改变输出功率产生对应的反向制动力矩，促使带式输送机下运速度满足运输要求。在此过程中，带式输送机主要设计启动、运行以及制动三种运行工况，以下主要以制动工况为研究侧重点。

带式输送机制动工况中，当输送带空载或者运输物料较少时，物料重力分力小于滚动产生的摩擦阻力，则输送 带下行主要驱动力由电动机提供，此时电动机处于电动运 行状态；当输送带重载或者运输物料较多时，物料重力分力大于滚筒产生的摩擦阻力，则输送带下行动力主要驱动 力为物料重力分力，此时电动机处于发电运行状态，其运行工作方式与发电机较为类似，产生电磁反力距，通过动态化调整输出力矩保持输送带稳定运行；当输送带严重超载时，物料产生的重力分力严重超出电动机提供的电磁反力距，则在物料重力分力的影响下，带式输送机运行速度持续加快，引发飞车事故。

根据以上特点，提出以下软制动系统设计需求：①软制动系统的制动力矩应超过常规制动力矩的 1.5 倍。②软制动系统具有停电制动功能，并且制动过程中减速度处于-0.1~0.4m/s2 区间内。③软制动系统必须具有定车和防爆功能。④软制动系统软制动过程中不能出现输送带打滑情况。

2  矿用带式输送机软制动系统设计

根据以上软制动系统设计要求，矿用带式输送机软制动系统主要包括软制动液压系统、软制动系统制动控制结构、超速调速制动与紧急安全制动控制、改进BP神经网络灰色预测PID控制器，具体设计如下：

软制动液压系统：软制动液压系统主要包括油箱、滤油器、变量泵、溢流阀、单向阀、电磁比例溢流阀、蓄能器、调速阀、压力传感器、压力继电器、盘式制动器液压控制元器件。具体结构如图1所示，图中各结构间顺序如上。

软制动系统制动控制结构：软制动液压系统控制原理如图1所示。系统中主控PLC 采用西门子 S7-1200-1214C型PLC数字量输入/输出模块采用两个SM1223，分别用于模拟量输入和输出，RS485 通信模块采用 CB1241。

带式输送机超速调速制动与紧急安全制动控制：当PLC监测到带式输送机带速为预设阈值 0.3m/s2的105%时，直接切换至安全制动程序。若是带速处于预设阈值的100%~105% 以内，则执行速度控制程序，按照给定减加速度持续实施减速控制，具体控制流程如图2所示。在带式输送机正常运行过程中，若是存在断电或者其他紧急情况，软制动系统自动向设备发出紧急制动控制指令。接到控制指令受，输送机停止上料，并且液压系统自动切换至安全制动回路，驱动天机停止运行，蓄能器释放油液回流至油 箱，确保后续带式输送机的正常稳定运行，具体紧急制动控制流程如图3所示。

改进BP神经网络灰色预测PID控制器：在现有BP神经网络的基础上引入动量项和惯性项，主要目的在于减小BP神经网络学习过程中振动阻尼和提高学习效率，避免BP神经网络求解中陷入局部极小值。另外，将改进后的BP神经网络与灰色预测器相结合，形成改进BP 神经网络灰色预测PID控制器。

3  矿用带式输送机软制动仿真分析

通过AMESim 软件构建矿用带式输送机软制动系统仿 真模型，通过Simulink 软件中的S-Function 函数，构建改进BP 神经网络灰色预测PID 控制器模块，并将软制动系统仿真模型与PID 控制模型相连接，实现仿真模型与控制器模块之间的数据交流。

具体仿真过程中，带式输送机带速、制动滚筒直径、减速比、制动盘直径等关键参数分别设置为 2.6m/s、1000mm、20:1、1800mm。同时根据现行规定要求，带式输送机紧急安全制度加速度需控制在-0.1~0.4m/s2区间内，综合分析后确定仿真中目标加速度为-0.2m2/s2。仿真分析后获取到以下仿真结果。

带式输送机紧急制动速度与减速度变化如图4所示。通过仿真结果可知，在带式输送机正常运行时间段内（0~5s），带式输送机以3.6m/s 的速度正常运行，而在5s时控制系统发出紧急安全制动控制信号，此后带式输送机0.2m/s2的减速度进行持续制动。在此过程中，系统紧急制动后，液压系统自动切换至安全制动回路，制动器进油腔内部油压持续下降，在5.7s 时内部油压降至贴闸油压，实际贴闸时间为0.7s，之后蓄能器开始自动为安全制动系统回路补充油液，于24s 时完成带式输送机整体软制动过程，之后油压通过伺服阀回流至油箱。整个带式输送机软制动共经历18.3s，实际制动时间和制动效果满足设计要求。

另外，为验证不同负载下带式输送机软制动系统的制动控制效果，分别采用线性变化负载、1000N/m 负载以及2000N/m负载进行仿真分析，具体仿真分析结果如图5所示。

通过仿真分析结果可知，随着负载力矩的持续增加， 软制动系统的制动力矩也在不断增大，并且为保障制动过 程的减速稳定性，软制动系统会将负载力矩与制动力矩之间的插值控制在800N/m。总体来说，不同负载力矩下软制动系统的制动控制效果较为优秀，可满足具体应用中软制动系统控制需求。

4  带式输送机软制动系统的工程应用

鉴于矿用带式输送机软制动过程存在一定的安全风险，所以工程应用分析主要采用试验分析来实现。具体实现布置如下：①根据软制动系统和带式输送机基本结构在实验室内组建小型模拟实验台。②测量各结构件温度后，启动电机使试验装置正常运行，在运行1h内实施10次正常制动模拟，每次制动过程均需记录制动所需时间、制动速度，制动结束后测量制动闸、制动盘等设备表面温度以及液压油油温。③依次模拟正常停车制动、超速制动、紧急安全制动等制动条件下软制动系统运行情况，根据上述过程采集关键数据。④为电机提供更大的负载力矩，促使软制动系统可控制电机输出对应的制动力矩，记录两种力矩变化过程。

调速制动下实验模拟结果如图6所示，对比仿真分析结果和试验分析结果发现，带式输送机软制动系统制动控制效果较为良好，确认其可以满足矿用带式输送机软制动控制需求。

5   结语

基于矿用带式输送机软制动需求，介绍一种带式带式输送机软制动系统设计架构。通过仿真模拟分析和工程实践分析，确认此软制动系统可满足矿用下运输送机软制动控制需求，具有较高的应用价值。