礦井提升機制動控制系統(tǒng)的優(yōu)化研究

郭 亮

（陽煤集團五礦， 山西 陽泉 045000）

引言

提升機作為井下物料進出的通道，其運行的穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)系到物料運輸?shù)男屎桶踩浴Ｓ捎阡摻z繩具有黏彈性特性，在制動的過程中存在巨大的動力沖擊，導(dǎo)致提升機出現(xiàn)打滑、機架振動等，給提升機的運行安全與穩(wěn)定造成了巨大的隱患，特別是隨著礦井深度的不斷增加，提升機的運行速度和制動穩(wěn)定性之間的對立關(guān)系越發(fā)嚴重，因此本文分析一種新的礦井提升機制動控制系統(tǒng)。

1 提升機制動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

礦井提升機的制動實際上是統(tǒng)控制信號對液壓制動系統(tǒng)發(fā)出控制指令，通過控制液壓系統(tǒng)電磁閥的開口度，實現(xiàn)對作用在制動盤上的制動力的控制，從而實現(xiàn)對提升機的恒減速平穩(wěn)制動控制，該控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示[1]。

由圖1 可知，該礦井提升機制動控制系統(tǒng)主要包括了液壓控制單元和電控單元，系統(tǒng)通過電控單元對液壓系統(tǒng)進行控制。當(dāng)提升機正常提升作業(yè)時，提升滾筒兩側(cè)的制動油缸打開，蓄能器內(nèi)存儲大量的高壓油液，同時系統(tǒng)進入間隔供油狀態(tài)，保持制動油缸的打開狀態(tài)，當(dāng)提升機接到制動信號后電磁換向閥得電換向，蓄能器內(nèi)的高壓油液通過比例溢流閥進入到制動油缸的無桿腔，開始對提升滾筒進行制動作業(yè)，此時設(shè)置在提升滾筒上的光電編碼器對提升機的實際運行速度進行聯(lián)系測定，將測量結(jié)果傳遞給微控制器，在微控制器內(nèi)對數(shù)據(jù)進行分析后，輸出電磁控制信號，由該電磁信號控制比例溢流閥的開口開度，從而實現(xiàn)對作用在提升滾筒上制動力的調(diào)節(jié)，滿足不同制動條件下的安全制動需求，提升在制動過程中的穩(wěn)定性和可靠性。

圖1 礦井提升機制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 提升機制動控制系統(tǒng)的檢測核心光電編碼器工作原理

為了解決傳統(tǒng)的提升機測速裝置在鋼絲繩振動、沖擊情況下監(jiān)測穩(wěn)定性差的難題，在該提升機制動系統(tǒng)上應(yīng)用一種以光電編碼器為核心的提升機運行速度檢測系統(tǒng)。該光電編碼器[2]設(shè)置在提升機的滾筒轉(zhuǎn)軸上，提升機滾筒在轉(zhuǎn)動過程中帶動編碼器碼盤一起轉(zhuǎn)動，隨著滾筒的轉(zhuǎn)動，光線將在編碼器的碼盤上形成一個扇形區(qū)域，該扇形區(qū)域包括了透明部分和不透明的部分，光線將從透明的部分穿過形成一個方形的脈沖波，同時電控部分將光電信號轉(zhuǎn)換為提升機的運行速度及速度變化情況，實現(xiàn)對提升機運行狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)控。光電編碼器的碼盤上分為兩個扇區(qū)，兩個扇區(qū)之間呈90°布置，不同扇區(qū)的信號包含有不同的數(shù)據(jù)信息，因此通過對光電信號的解讀即可獲取編碼器的轉(zhuǎn)動情況，統(tǒng)對計數(shù)過程中的脈沖信息數(shù)量的監(jiān)測即可實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速、加速度、運行方向等數(shù)據(jù)信息的連續(xù)性跟蹤處理，光電編碼器的基本結(jié)構(gòu)如圖2 所示[3]。

圖2 光電編碼器基本結(jié)構(gòu)示意圖

3 提升機制動系統(tǒng)控制邏輯

為了確保該提升機系統(tǒng)的制動穩(wěn)定性和可靠性，根據(jù)提升機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和制動流程，對該制動控制系統(tǒng)的控制邏輯進行了設(shè)計，其結(jié)構(gòu)如圖3 所示[4]。

圖3 提升機制動控制系統(tǒng)控制流程示意圖

由圖3 可知，該控制系統(tǒng)在工作時，首先通過光電編碼器對提升機工作時的實際運行速度進行檢測，然后將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)的微控制處理器內(nèi)，通過對控制中心的控制減速指令的對比，獲取實際速度和理論速度之間的偏差，系統(tǒng)輸出調(diào)整控制信號，信號經(jīng)過比例放大器放大后控制比例溢流閥的開度大小，控制作用在制動機構(gòu)上制動力的大小，通過該閉環(huán)反饋控制邏輯實現(xiàn)對提升機在不同工況下運行速度的合理調(diào)整和控制，實現(xiàn)恒減速的制動需求。

4 提升機制動控制系統(tǒng)的應(yīng)用

為了對該提升機制動系統(tǒng)的實際應(yīng)用效果進行分析，本文以JK-2.5×2.3P 提升機控制系統(tǒng)為改造對象，設(shè)置提升機的運行質(zhì)量為7.6 t，最大運行速度為4.0 m/s，在當(dāng)給制動系統(tǒng)一個制動信號后，對原控制方式和新的制動控制方式的制動效果進行跟蹤測量，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 不同制動控制方案下的制動效果

由圖4 可知，在舊的制動控制系統(tǒng)下，制動時的制動時間約0.61 s，而新制動系統(tǒng)的制動時間僅0.3 s，比優(yōu)化前降低了50.8%。舊制動系統(tǒng)下的制動距離約為3.2 m，新制動系統(tǒng)下的制動距離約為2.6 m，比優(yōu)化前降低了18.8%，且在整個制動過程中未出現(xiàn)振動、沖擊，制動穩(wěn)定性得到了顯著提升，極大地提升了制動系統(tǒng)的制動可靠性和穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

1）光電編碼器測速裝置能夠有效克服提升機運行過程中的不穩(wěn)定性帶來的測速失真，能夠?qū)崿F(xiàn)對轉(zhuǎn)速、加速度、運行方向等數(shù)據(jù)信息的連續(xù)性跟蹤處理，此裝置精度高，穩(wěn)定性好；

2）新的制動系統(tǒng)制動時間僅0.3 s，比優(yōu)化前降低了50.8%，制動距離約為2.6 m，比優(yōu)化前降低了18.8%，提升了制動系統(tǒng)的制動可靠性和穩(wěn)定性。