具有冗余回油回路的提升機(jī)液壓制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

朱秀軍

（西山煤電鎮(zhèn)城底礦運(yùn)輸科排矸隊(duì)，山西 古交 030203）

引言

礦井提升機(jī)是煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)備，聯(lián)系著井下與地面的物料、采煤設(shè)備、礦車(chē)、人員等，礦井提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)是其安全工作的核心部分。2016年發(fā)布的新版《煤礦安全規(guī)程》中規(guī)定[1-2]，提升機(jī)液壓制動(dòng)系統(tǒng)的回油通道必須具有冗余設(shè)計(jì)，以提高提升機(jī)的安全性和可靠性。隨著新規(guī)定的實(shí)施，我國(guó)煤礦開(kāi)始逐步對(duì)液壓站回油通道進(jìn)行改造，使之滿(mǎn)足規(guī)定。因此，結(jié)合提升機(jī)制動(dòng)液壓系統(tǒng)冗余改造的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一種基于并聯(lián)電磁閥的冗余性液壓制動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有兩套獨(dú)立的互為備用的自動(dòng)回油通路，并增加了緊急情況下手動(dòng)控制回路，采用傳統(tǒng)的恒力矩制動(dòng)方式，分兩步實(shí)現(xiàn)手動(dòng)安全制動(dòng)。

1 液壓制動(dòng)系統(tǒng)

1.1 功能作用

礦井提升機(jī)液壓制動(dòng)系統(tǒng)由是由制動(dòng)器、液壓站和電控系統(tǒng)構(gòu)成的機(jī)電液綜合體，制動(dòng)器是給滾筒施加制動(dòng)力矩的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，液壓站是給制動(dòng)器提供油壓的動(dòng)力裝置，電控系統(tǒng)是控制液壓管路通斷的控制元件。液壓站是制動(dòng)器和電控系統(tǒng)的紐帶，是制動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分。液壓站的作用貫穿于提升機(jī)正常開(kāi)車(chē)、工作制動(dòng)和安全制動(dòng)過(guò)程中：正常開(kāi)車(chē)時(shí)，液壓站向制動(dòng)器內(nèi)油缸供油完成開(kāi)閘動(dòng)作；工作制動(dòng)時(shí)，液壓站將制動(dòng)器油缸的油回入油箱完成合閘動(dòng)作；在提升機(jī)發(fā)生掉電、油壓過(guò)高等故障時(shí)，液壓制動(dòng)系統(tǒng)具有安全制動(dòng)功能，為系統(tǒng)提供最后安全屏障，安全回路掉電后，提升機(jī)啟動(dòng)一級(jí)制動(dòng)或二級(jí)制動(dòng)，一級(jí)制動(dòng)是罐籠在井口到達(dá)規(guī)定減速度后液壓站施加全部制動(dòng)力矩，二級(jí)制動(dòng)是罐籠在井內(nèi)達(dá)到規(guī)定減速度后液壓站施加全部制動(dòng)力矩。

1.2 結(jié)構(gòu)組成

液壓站由能源裝置、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和工作介質(zhì)組成。液壓站的能源裝置指的是泵類(lèi)元件，泵在電機(jī)的帶動(dòng)下工作，在供油和回油過(guò)程中將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能，為液壓站提供動(dòng)力能源。液壓站的執(zhí)行元件指的是盤(pán)式制動(dòng)器，在液壓缸內(nèi)沖壓和泄壓過(guò)程中將液壓能轉(zhuǎn)換為開(kāi)閘和合閘的機(jī)械能。液壓站的控制元件指的是控制液壓油方向、壓力和流量的各類(lèi)閥，減壓閥和溢流閥可控制油壓，單向閥和換向閥可控制油方向，節(jié)流閥可控制液壓油流量。液壓站的輔助元件指的是過(guò)濾器、溫度計(jì)和油箱等。液壓站的工作介質(zhì)指的是液壓油，性能優(yōu)良的液壓油對(duì)提高液壓站的性能具有重要意義。

2 回路設(shè)計(jì)

制動(dòng)液壓系統(tǒng)總回路如下頁(yè)圖1所示[4]，總體上分為一個(gè)手動(dòng)控制回路和兩個(gè)自動(dòng)控制回路，主副兩個(gè)自動(dòng)控制回路的結(jié)構(gòu)和功能相同，主回路在正常工作時(shí)運(yùn)行，主回路檢修時(shí)投用副回路，保證煤炭開(kāi)采作業(yè)不受影響。當(dāng)自動(dòng)回路失效時(shí)，司機(jī)可通過(guò)三位四通手動(dòng)換向閥啟動(dòng)手動(dòng)回路，實(shí)現(xiàn)安全制動(dòng)。自動(dòng)控制回路可實(shí)現(xiàn)正常開(kāi)車(chē)、工作制動(dòng)和兩級(jí)安全制動(dòng)，手動(dòng)控制回路只能完成兩級(jí)安全制動(dòng)。

圖1 制動(dòng)液壓系統(tǒng)總回路

3 工作原理

3.1 正常開(kāi)閘

電機(jī)啟動(dòng)后，帶動(dòng)恒壓變量泵轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將液壓油壓入管路，比例溢流閥的電壓增大到最大工作電壓，液壓油分為兩路，電磁閥G4得電后，液壓油進(jìn)入B管，G33和G3并聯(lián)得電后，液壓油進(jìn)入A管路。盤(pán)式制動(dòng)器的油缸充油后開(kāi)閘，完成正常開(kāi)閘動(dòng)作。在正常開(kāi)閘同時(shí)，蓄能器完成充壓，蓄能器的預(yù)調(diào)壓力通過(guò)氮?dú)庹{(diào)節(jié)，電磁閥G4得電后將油壓入蓄能器，直到壓力等于預(yù)調(diào)壓力。正常開(kāi)閘回路的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在安全性和可靠性，例如溢流閥可保護(hù)制動(dòng)液壓系統(tǒng)不受高壓損害，在元件選型方面，選用的恒壓變量軸向柱塞泵和阿托斯比例溢流閥可靠性較強(qiáng)[5-6]。

3.2 工作制動(dòng)

電機(jī)啟動(dòng)后，帶動(dòng)恒壓變量泵轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將液壓油壓入管路，比例溢流閥的電壓從最大工作電壓降為零，電磁閥G4和G33、G3得電開(kāi)通，盤(pán)式制動(dòng)器油缸內(nèi)的油分為兩路向油箱回油，此過(guò)程中，除比例溢流閥的電壓不同，系統(tǒng)內(nèi)其他元件狀態(tài)均與正常開(kāi)閘時(shí)相同。

3.3 安全制動(dòng)

工作制動(dòng)分為井口一級(jí)制動(dòng)和井內(nèi)二級(jí)制動(dòng)。

井口一級(jí)制動(dòng)的工作原理：電機(jī)失電后，恒壓變量泵失去動(dòng)力，比例溢流閥的控制電壓為零，所有電磁閥失電，A管和B管液壓油分別經(jīng)過(guò)G33、G3和G5、G55回油，盤(pán)式制動(dòng)器的油壓降為零后合閘，井口一級(jí)制動(dòng)完成。安全制動(dòng)的安全性和可靠性由設(shè)計(jì)的冗余回路保證，4個(gè)電磁閥兩兩并聯(lián)形成兩個(gè)獨(dú)立的回油通路，如某個(gè)電磁閥故障后仍能回油合閘。

井內(nèi)二級(jí)制動(dòng)的工作原理：電機(jī)失電后，恒壓變量泵失去動(dòng)力，比例溢流閥的控制電壓為零，首先斷電的電磁閥是G3、G33、G4，A管油壓經(jīng)過(guò)此回油管路回到油箱，此時(shí)電磁閥G5、G55不斷電，溢流閥兩端存在電壓差，溢流后B管的油壓降為一級(jí)制動(dòng)油壓，蓄能器補(bǔ)油，經(jīng)過(guò)時(shí)間一定時(shí)間后，電磁閥G5、G55才斷電，B管油壓經(jīng)過(guò)電磁閥G5、G55回到油箱。通過(guò)A、B兩管前后分級(jí)回油，提升機(jī)的制動(dòng)力矩分為兩個(gè)階段，第一階段施加部分制動(dòng)力矩，第二階段施加全部制動(dòng)力矩[7]。

4 結(jié)語(yǔ)

新型礦用提升機(jī)液壓制動(dòng)系統(tǒng)滿(mǎn)足2016年新版《煤礦安全規(guī)程》中關(guān)于安全制動(dòng)具有并聯(lián)回油通道之規(guī)定，A管和B管的回油通道均配置并聯(lián)的電磁閥，任意一個(gè)電磁閥卡閥后不影響制動(dòng)系統(tǒng)工作，兩套自動(dòng)控制回路互為備用，在斷電、差壓和超速等故障情況下，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制二級(jí)制動(dòng)功能，增大了減速緩沖，避免了滑繩事故。