礦井主提升機柔性制動控制系統(tǒng)的研究

高 峰

（太原市明仕達煤炭設(shè)計有限公司， 山西 太原 030001）

引言

據(jù)統(tǒng)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(xiàn)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(guān)系到煤礦物料運輸?shù)男屎妥鳂I(yè)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(fā)展，使系統(tǒng)在提升過程中的非線性變化愈加復(fù)雜，在制動時會產(chǎn)生嚴重的振動和沖擊，對礦井提升系統(tǒng)制動穩(wěn)定性產(chǎn)生了極大的影響，因提升機運行故障而導(dǎo)致的安全事故已經(jīng)成為僅次于巷道冒頂和瓦斯的第三大危險源[1]。因此應(yīng)對礦井提升機的提升控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，提升在高速、重載、緊急制動情況下的穩(wěn)定性。而采用三通比例減壓閥的礦井提升機控制系統(tǒng)可實現(xiàn)對提升機制動過程中的穩(wěn)定控制。

1 提升機制動控制系統(tǒng)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(xiàn)在短時間內(nèi)的制動，制動力矩過大則會導(dǎo)致制動時產(chǎn)生極大的制動沖擊，給提升機的機械結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、鋼絲繩等均造成巨大的沖擊，影響使用安全和設(shè)備的使用壽命，而恒減速制動控制可實現(xiàn)對提升機緊急制動情況下的柔性平穩(wěn)制動控制如圖1 所示[2]。

當系統(tǒng)接收到緊急制動的指令后立刻對提升驅(qū)動電機進行斷電處理，為了防止柔性鋼絲繩應(yīng)力突變而導(dǎo)致的制動速度偏離情況，在系統(tǒng)內(nèi)增加了滾筒轉(zhuǎn)速監(jiān)測傳感器，將滾筒運行時的轉(zhuǎn)速情況轉(zhuǎn)換為電流控制信號傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中，實現(xiàn)對滾筒轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制調(diào)節(jié)。系統(tǒng)內(nèi)的油液壓力傳感器和電液比例方向閥一體，共同構(gòu)成了壓力閉環(huán)控制，從而實現(xiàn)了對液壓系統(tǒng)工作壓力的閉環(huán)調(diào)控，進而能夠?qū)崿F(xiàn)對輸出制動壓力的精確調(diào)整，實現(xiàn)制動時的恒減速制動，為了充分確保制動系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)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(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 三通比例減壓閥工作原理

該控制系統(tǒng)中實現(xiàn)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(wěn)定性和可靠性直接關(guān)系到整個礦井提升機柔性制動系統(tǒng)的工作安全性，該三通比例減壓閥的整體結(jié)構(gòu)如圖2 所示[3]。

圖2 三通比例減壓閥結(jié)構(gòu)示意圖

該三通比例減壓閥的整體結(jié)構(gòu)包括電磁控制和減壓閥兩個部分，在非工作狀態(tài)下減壓閥的閥芯位于閥體的最左側(cè)，系統(tǒng)處于關(guān)閉的狀態(tài)，當左側(cè)的電磁控制部分得電后，產(chǎn)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(tǒng)的負載容腔內(nèi)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(wěn)定的狀態(tài)[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(fā)揮節(jié)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(diào)節(jié)，電磁力來自于恒減速制動系統(tǒng)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(tǒng)控制和三通比例減壓閥控制系統(tǒng)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(jié)果可知，當采用傳統(tǒng)的機械控制模式下，系統(tǒng)內(nèi)的壓力變化曲線在電磁閥換向的瞬間會產(chǎn)生一個極大的超調(diào)量，在該超調(diào)量的作用下系統(tǒng)會產(chǎn)生極大的壓力沖擊，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)和機械系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)受到損傷，影響減速控制系統(tǒng)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(tǒng)表現(xiàn)出了極高的穩(wěn)定性，在整個壓力調(diào)整的過程中未出現(xiàn)劇烈的波動，顯著提升了整個壓力調(diào)節(jié)控制過程中的平穩(wěn)性，避免了產(chǎn)生壓力沖擊和波動。

3 柔性控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果

以某礦主提升機控制系統(tǒng)為優(yōu)化對象，對其進行柔性控制系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)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(wěn)定性和效果進行研究，實際測試結(jié)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(jié)果可知，當采用傳統(tǒng)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(xù)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(tǒng)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(tǒng)的制動穩(wěn)定性和可靠性。

4 結(jié)論

1）采用三通比例減壓閥控制的情況下，系統(tǒng)表現(xiàn)出了極高的穩(wěn)定性，在整個壓力調(diào)整的過程中未出現(xiàn)劇烈的波動，顯著提升了整個壓力調(diào)節(jié)控制過程中的平穩(wěn)性，避免了產(chǎn)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(tǒng)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(tǒng)的制動穩(wěn)定性和可靠性。