礦井主提升機柔性制動控制系統的研究

高 峰

（太原市明仕達煤炭設計有限公司， 山西 太原 030001）

引言

據統計我國礦井中70%以上均屬于井工礦，需要通過礦井提升機來實現人員和物料的運輸，因此礦井提升機的運行速度、安全性直接關系到煤礦物料運輸的效率和作業安全性，隨著礦井深度的不斷增加，提升機逐漸向著大深度、高速度、重載荷的方向發展，使系統在提升過程中的非線性變化愈加復雜，在制動時會產生嚴重的振動和沖擊，對礦井提升系統制動穩定性產生了極大的影響，因提升機運行故障而導致的安全事故已經成為僅次于巷道冒頂和瓦斯的第三大危險源[1]。因此應對礦井提升機的提升控制系統進行優化，提升在高速、重載、緊急制動情況下的穩定性。而采用三通比例減壓閥的礦井提升機控制系統可實現對提升機制動過程中的穩定控制。

1 提升機制動控制系統恒減速制動原理

由于提升機在緊急制動過程中必須維持一定的制動力矩才能進行有效的制動，但制動力矩如果不足就無法實現在短時間內的制動，制動力矩過大則會導致制動時產生極大的制動沖擊，給提升機的機械結構、液壓系統、鋼絲繩等均造成巨大的沖擊，影響使用安全和設備的使用壽命，而恒減速制動控制可實現對提升機緊急制動情況下的柔性平穩制動控制如圖1 所示[2]。

當系統接收到緊急制動的指令后立刻對提升驅動電機進行斷電處理，為了防止柔性鋼絲繩應力突變而導致的制動速度偏離情況，在系統內增加了滾筒轉速監測傳感器，將滾筒運行時的轉速情況轉換為電流控制信號傳輸到控制系統中，實現對滾筒轉速的閉環控制調節。系統內的油液壓力傳感器和電液比例方向閥一體，共同構成了壓力閉環控制，從而實現了對液壓系統工作壓力的閉環調控，進而能夠實現對輸出制動壓力的精確調整，實現制動時的恒減速制動，為了充分確保制動系統的可靠性，系統采用了雙制動控制回路，一用一備，確保制動安全。

圖1 礦井提升機恒制動減速控制系統結構示意圖

2 三通比例減壓閥工作原理

該控制系統中實現對制動壓力的精確控制主要依賴于三通比例減壓閥，其工作時的穩定性和可靠性直接關系到整個礦井提升機柔性制動系統的工作安全性，該三通比例減壓閥的整體結構如圖2 所示[3]。

圖2 三通比例減壓閥結構示意圖

該三通比例減壓閥的整體結構包括電磁控制和減壓閥兩個部分，在非工作狀態下減壓閥的閥芯位于閥體的最左側，系統處于關閉的狀態，當左側的電磁控制部分得電后，產生磁力，將閥芯向右推，使進油口P 和出油口A 相互連通，液壓控制系統的負載容腔內的壓力開始不斷增加，當作用在閥芯上的電磁推力和負載壓力相平衡時，閥芯處于一個穩定的狀態[4]。此時如果迅速增加負載壓力，則閥芯將在作用力下迅速左移，使管口T 和出油口A 相通過，使三通比例減壓閥開始發揮節流和溢流作用，滿足不同控制需求下的恒壓力控制效果，該比例減壓閥的壓力控制主要通過電磁控制部分的電磁力來調節，電磁力來自于恒減速制動系統所輸出的恒減速制動控制信號。

為了對三通比例減壓閥的壓力控制效果進行分析，建立了不同控制模式下的壓力控制分析模型，傳統控制和三通比例減壓閥控制系統的壓力信號變化曲線如圖3 所示。

圖3 不同控制模式下的壓力控制曲線

由仿真分析結果可知，當采用傳統的機械控制模式下，系統內的壓力變化曲線在電磁閥換向的瞬間會產生一個極大的超調量，在該超調量的作用下系統會產生極大的壓力沖擊，導致液壓系統和機械系統整體結構受到損傷，影響減速控制系統的實際使用安全和壽命。當采用三通比例減壓閥控制的情況下，系統表現出了極高的穩定性，在整個壓力調整的過程中未出現劇烈的波動，顯著提升了整個壓力調節控制過程中的平穩性，避免了產生壓力沖擊和波動。

3 柔性控制系統的應用效果

以某礦主提升機控制系統為優化對象，對其進行柔性控制系統優化調整，對提升機載重25 t，運行速度為10 m/s 情況下的緊急制動穩定性和效果進行研究，實際測試結果如圖4 所示。

圖4 不同控制模式下的制動性能曲線

由實際測試結果可知，當采用傳統控制模式時，制動時間約為9 s，且制動過程中提升機的制動減速度持續波動，給提升機的控制帶來了嚴重的沖擊和振動。當采用柔性控制模式后，其制動時的實際時間約為5 s，比傳統控制模式降低了44.4%，而且制動過程中的制動加速度恒定，能夠確保制動系統的制動穩定性和可靠性。

4 結論

1）采用三通比例減壓閥控制的情況下，系統表現出了極高的穩定性，在整個壓力調整的過程中未出現劇烈的波動，顯著提升了整個壓力調節控制過程中的平穩性，避免了產生壓力沖擊和波動。

2）采用柔性控制模式后，其制動時的實際時間約為5 s，比傳統控制模式降低了44.4%，而且制動過程中的制動加速度恒定，能夠確保制動系統的制動穩定性和可靠性。