具有冗余回油回路的提升機液壓制動系統設計

朱秀軍

（西山煤電鎮城底礦運輸科排矸隊，山西 古交 030203）

引言

礦井提升機是煤礦輔助運輸設備，聯系著井下與地面的物料、采煤設備、礦車、人員等，礦井提升機制動系統是其安全工作的核心部分。2016年發布的新版《煤礦安全規程》中規定[1-2]，提升機液壓制動系統的回油通道必須具有冗余設計，以提高提升機的安全性和可靠性。隨著新規定的實施，我國煤礦開始逐步對液壓站回油通道進行改造，使之滿足規定。因此，結合提升機制動液壓系統冗余改造的實際經驗，設計了一種基于并聯電磁閥的冗余性液壓制動系統，該系統具有兩套獨立的互為備用的自動回油通路，并增加了緊急情況下手動控制回路，采用傳統的恒力矩制動方式，分兩步實現手動安全制動。

1 液壓制動系統

1.1 功能作用

礦井提升機液壓制動系統由是由制動器、液壓站和電控系統構成的機電液綜合體，制動器是給滾筒施加制動力矩的執行機構，液壓站是給制動器提供油壓的動力裝置，電控系統是控制液壓管路通斷的控制元件。液壓站是制動器和電控系統的紐帶，是制動系統的重要組成部分。液壓站的作用貫穿于提升機正常開車、工作制動和安全制動過程中：正常開車時，液壓站向制動器內油缸供油完成開閘動作；工作制動時，液壓站將制動器油缸的油回入油箱完成合閘動作；在提升機發生掉電、油壓過高等故障時，液壓制動系統具有安全制動功能，為系統提供最后安全屏障，安全回路掉電后，提升機啟動一級制動或二級制動，一級制動是罐籠在井口到達規定減速度后液壓站施加全部制動力矩，二級制動是罐籠在井內達到規定減速度后液壓站施加全部制動力矩。

1.2 結構組成

液壓站由能源裝置、執行元件、控制元件、輔助元件和工作介質組成。液壓站的能源裝置指的是泵類元件，泵在電機的帶動下工作，在供油和回油過程中將機械能轉化為液壓能，為液壓站提供動力能源。液壓站的執行元件指的是盤式制動器，在液壓缸內沖壓和泄壓過程中將液壓能轉換為開閘和合閘的機械能。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，節流閥可控制液壓油流量。液壓站的輔助元件指的是過濾器、溫度計和油箱等。液壓站的工作介質指的是液壓油，性能優良的液壓油對提高液壓站的性能具有重要意義。

2 回路設計

制動液壓系統總回路如下頁圖1所示[4]，總體上分為一個手動控制回路和兩個自動控制回路，主副兩個自動控制回路的結構和功能相同，主回路在正常工作時運行，主回路檢修時投用副回路，保證煤炭開采作業不受影響。當自動回路失效時，司機可通過三位四通手動換向閥啟動手動回路，實現安全制動。自動控制回路可實現正常開車、工作制動和兩級安全制動，手動控制回路只能完成兩級安全制動。

圖1 制動液壓系統總回路

3 工作原理

3.1 正常開閘

電機啟動后，帶動恒壓變量泵轉動，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，液壓油進入B管，G33和G3并聯得電后，液壓油進入A管路。盤式制動器的油缸充油后開閘，完成正常開閘動作。在正常開閘同時，蓄能器完成充壓，蓄能器的預調壓力通過氮氣調節，電磁閥G4得電后將油壓入蓄能器，直到壓力等于預調壓力。正常開閘回路的設計重點在安全性和可靠性，例如溢流閥可保護制動液壓系統不受高壓損害，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[5-6]。

3.2 工作制動

電機啟動后，帶動恒壓變量泵轉動，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得電開通，盤式制動器油缸內的油分為兩路向油箱回油，此過程中，除比例溢流閥的電壓不同，系統內其他元件狀態均與正常開閘時相同。

3.3 安全制動

工作制動分為井口一級制動和井內二級制動。

井口一級制動的工作原理：電機失電后，恒壓變量泵失去動力，比例溢流閥的控制電壓為零，所有電磁閥失電，A管和B管液壓油分別經過G33、G3和G5、G55回油，盤式制動器的油壓降為零后合閘，井口一級制動完成。安全制動的安全性和可靠性由設計的冗余回路保證，4個電磁閥兩兩并聯形成兩個獨立的回油通路，如某個電磁閥故障后仍能回油合閘。

井內二級制動的工作原理：電機失電后，恒壓變量泵失去動力，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管油壓經過此回油管路回到油箱，此時電磁閥G5、G55不斷電，溢流閥兩端存在電壓差，溢流后B管的油壓降為一級制動油壓，蓄能器補油，經過時間一定時間后，電磁閥G5、G55才斷電，B管油壓經過電磁閥G5、G55回到油箱。通過A、B兩管前后分級回油，提升機的制動力矩分為兩個階段，第一階段施加部分制動力矩，第二階段施加全部制動力矩[7]。

4 結語

新型礦用提升機液壓制動系統滿足2016年新版《煤礦安全規程》中關于安全制動具有并聯回油通道之規定，A管和B管的回油通道均配置并聯的電磁閥，任意一個電磁閥卡閥后不影響制動系統工作，兩套自動控制回路互為備用，在斷電、差壓和超速等故障情況下，可實現手動控制二級制動功能，增大了減速緩沖，避免了滑繩事故。