恒減速制動液壓站在礦井副井提升系統中的應用

胡斌

摘 要：ZK143D多通道智能恒減速閘控系統由恒減速液壓站E143D、恒減速閘控柜DE143D、制動器裝置及其他輔助裝置組成。其主要的作用是能夠在應急停車的狀況下，實施制動的減速度，并且在制動之后，能夠完全抱閘，同時監控提升機運行狀態并進行保護。E143D多通道恒減速液壓站，在應急制動的工況下，可以讓制動減速操作，不因負載變化和工況的變化而發生改變，一直按預設的標準減速值實施制動作業，有效提升了設備的運行可靠性。同時恒減速功能按多通路并聯設計，實現了安全制動回路的冗余和故障回路的自動隔離，保證了設備始終處于恒減速制動的保護下運行。

關鍵詞：恒減速；液壓站；提升系統

中圖分類號：TD534 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）02-0049-03

0 引言

在煤礦行業的生產工藝中，主副井提升設備的作用十分重要，其承擔著礦井下的物料運輸、與地上聯系的重要功能。礦井提升設備的制動系統有兩種類型：一種是恒力矩制動，另一種是恒減速制動。恒力矩制動的工作原理，是通過制動機械，產生制動力矩，讓提升機的運行速度降低，從而達到安全制動的目的。

但在實際運行環節，恒力矩制動有著很多隱患之處，例如：纏繞式提升設備會因為鋼絲結構的質量張力過大，導致提升設備運行速度快，減幅速度太快，對提升設備造成很嚴重的沖擊。相比于前者，恒減速制動能夠做到速度的實時監測，從而把控提升系統的減速過程，并且能夠實時調整油壓，防止系統的實際運行減速和預設值誤差過大。因此，恒減速制動可以有效防止負載對于提升設備制動的不利干擾，減少對提升設備的沖擊。

1 提升機恒減速制動要求

制動力矩的標準：礦井提升設備制動作業時，所產生的力矩和實際提升最大靜荷重旋轉力矩之比，不能低于3，即：MZ＞Mjmax，其中MZ為靜態工作狀態下的最高制動力矩，Mjmax為提升設備的極限載荷力矩。

計算Mjmax根據公式（1）：

Mjmax=QcmaxR ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

其中，Qcmax為提升設備的極限靜張力；R為提升設備的卷筒半徑。

為確保提升設備的安全運行，減緩提升設備的工作速度，恒減速制動液壓標準需要符合以下6點。

第一，制動的訊號輸出直至提升設備接收并穩定，這一時間需要把控在0.8 s之內，即T＜0.8 s。

第二，盤閘的空荷載時間需要把控在0.3 s之內，即t1＜0.3 s。

第三，盤閘的殘壓需把控在0.5 MPa之內，即P＜0.5 MPa。

第四，制動的訊號調整油壓的時間需要把控在0.15 s之內，即t2＜0.15 s。

第五，電壓和油壓的線性關系確保良好。

第六，過濾設備的精度，不超過10 μm。

緊急制動的加速標準是自然減速時，Ac=g（sinθ+fcosθ），其中，Ac為自然減速；g為重力加速；θ為巷道傾角；f為阻力的參數（通常在0.01～0.015）。

如果提升系統需要向上進行提升重載，那么制動減速A需要符合A＜Ac（0°≤θ≤30°）或A＜5（θ＞30°）。如果提升系統需要向下下放重載，那么制動減速A需要符合A≥0.75（θ＜15°）、A≥0.3Ac（15°≤θ≤30°）、A≥1.5Ac（θ＞30°）[1]。

制動系統的殘壓標準中殘壓P0需符合：P0≤0.5 MPa（Pmax=6.3 MPa）、P0≤1.0 MPa（Pmax=14 MPa或21 MPa）。

2 提升機提升機恒減速制動液壓站的設計

2.1 提升機恒減速制動液壓站的設計工作原理

系統工作原理參考圖1。

2.1.1 正常工作

待機狀態下，系統通過壓力傳感器11.3和11.4判斷蓄能器充壓壓力，如果其值小于設定值，閥18失電，油泵啟動，比例溢流閥10的控制信號由0增加到Vmax，油泵泵出的油液全部進入蓄能器進行充壓。當壓力值達到設定壓力后，比例閥信號由Vmax降到0，控制油壓從Pmax降到系統殘壓，電磁閥18得電，系統轉為備妥狀態；在備妥狀態。系統給出開閘命令，油泵電機運轉，比例溢流閥10的控制信號由0增加到Vmax，壓力油進入閘盤油缸。隨著閘盤打開壓力由零升至Pmax。需要合閘時，閘信號由Vmax降到0，控制比例溢流閥壓力從Pmax降到系統殘壓，實現合閘[2]。

2.1.2 安全制動

提升系統發生重故障時，系統安全回路斷開，閘控系統液壓站油泵電機立即斷電，比例溢流閥斷電，油泵停止供油。G1閥斷電，制動器回路切入蓄能器24和比例方向閥17、溢流閥19組成的恒減速制動回路。制動系統油壓降至溢流閥19設定值——即貼閘壓力，在此過程閘間隙降為零。同時，DSP數字恒減速控制板，根據安裝于提升機主軸端的測速機和編碼器反饋的容器位置和速度參數，開始調節比例方向閥控制信號，以控制制動器油壓。快速連續調節制動力矩，直至提升機速度降至接近于零，最終達到按恒定減速度減速停車的效果。調整結束后，G3、G4閥帶電，系統完全卸荷，制動器以大于3倍靜張力差的力矩完全抱閘。

2.2 提升機恒減速制動液壓站的主要結構設計

2.2.1 油箱

油箱是用于存儲液壓介質，與外界進行熱交換對油液進行自然冷卻，同時析出氣體，沉淀雜質。

液位控制器用于控制油液泄露。較高的液位開關設定點表示油液少量流失，當油箱液面降低到此液位時它向控制系統發出油液泄露報警信號，系統做輕故障處理。液位低，標明油箱液位低限，低于此液位極有可能導致作異常、油泵損壞，液位控制器向控制系統發送一個中斷重信號，做故障處理。液位控制器也可根據液位信號進行其他方式控制。

溫度傳感器用來檢測油液溫度，并用來進行系統控制和保護。控制系統共有4擋溫度設定值：溫度10℃時，不允許啟動油泵，避免設備損壞導致不能啟動油泵；溫度15℃時，電加熱器停止；溫度45℃時，冷卻系統運行；溫度40℃時，冷卻系統停止；溫度60℃時，表示系統溫升異常或處于非正常環境和條件下工作，此時提升系統可繼續工作，但需對系統進行仔細檢查，并注意觀察溫升情況；溫度65℃時，液壓系統不能正常工作保證制動系統的安全，提升機必須停機。系統允許一次提升，在油溫降到正常溫度之前不允許重新啟動系統。

2只電加熱器安裝于接近油箱底部的側壁，用于低溫（<10℃）環境下油液的加熱。該加熱器配合溫度傳感器受PLC程序自動控制；也可手動開啟和關閉。液位計位于油箱正前側壁，可直接觀察油箱液位和溫度。

泵裝置由電機、主變量泵和循環泵組成。一個7.5 kW的油泵電機通過聯軸器連接變量油泵。變量泵自帶一個調壓閥設定油泵最大供油壓力，即最大開閘壓力。循環泵串聯在主油泵后。主泵為斜盤式軸向柱塞變量泵，采用恒壓變量工作方式。在制動器打開過程全流量輸出，實現快速開閘；循環泵用來向過濾冷卻裝置提供循環油液，用以改善系統工作介質狀態。

2.2.2 主閥組

主閥組是系統核心控制部件。主要有電磁方向閥18、比例方向閥17、比例溢流閥10、溢流閥19及壓力傳感器11和繼電器13等元件安裝在一個集成油路塊上構成。多個控制元件集成安裝于一個油路塊上，避免滲漏油液，減少了空間占用。

2.2.3 出口閥組

出口閥組包括球閥21、電磁插裝閥16及用于制動回路的壓力傳感器和壓力繼電器。出口球閥用于系統維護和檢修時斷開液壓站和閘盤制動器之間油路。

2.2.4 蓄能器組

2個4L皮囊蓄能器組安裝于油箱左側底座上，用于在安全制動時向系統提供壓力油，保證恒減速功能正常實施。

2.2.5 電液連接

在液壓站后側壁上方安裝有一個接線箱，液壓站除電機和電加熱器外所有控制信號均駁接于此。

2.3 提升機恒減速制動系統調試

E143D型恒減速液壓站安裝定位后，重點液壓站的各項功能進行調試。在正常工作時壓力穩定、溫升正常，升降壓過程順暢。在緊急制動時，要求能實現恒減速控制，在其中一個恒減速通道發生故障時其他通道仍能正常工作，且滿足《礦井提升機和礦用絞車液壓站》標準，符合上述標準即可正常運行。

2.3.1 工作制動部分的調試

除了需要帶車的聯動實驗以外，液壓系統的全部調試作業，皆需要在液壓關閉的狀況下實施，全部的電磁鐵不能帶電。

將電液比例溢流閥的安全閥門擰松，開啟油泵發電設備，需要將溢流閥電壓調為最大，并觀察油壓儀表上顯示的參數，再旋轉其安全閥門，讓油壓升至超過正常工作狀態時的油壓Pmax，大約1至2 MPa，之后再調整溢流閥，讓油壓下降至正常工作狀態時的油壓Pmax。

查看最小的殘壓參數。將溢流閥電壓調整為0，查看殘壓能否低于1.0 MPa。按一定規律調整溢流閥的電壓，即可獲取有規律的油壓變化，把電壓和油壓相對的變化規律與參數記錄好，繪制曲線[3]。

2.3.2 安全制動部分的調試

在提升機鎖定狀態下打開液壓站出口球閥，系統啟動，電磁鐵G1、G3、G4通電，壓力油進入盤形制動器油缸。在殘壓狀態或小于2 MPa油壓下通過測壓接頭對制動器油缸進行排氣，直至有連續透明的油液流出。油壓需要分成3次，調整到工作油壓Pmax，調整環節需要查看液壓站的閥門與管道是否有滲漏問題。如果發現滲漏，需要馬上處理。查看盤形制動設備的操作是否有不規范的現象，然后將閘瓦的間隙整改成預設值。

將盤形制動設備的閘瓦，和制動盤中的間隙調整成0，連接電磁鐵G1、G3、G4的電路，調節制動設備為全制動形式，閉合剩余盤形制動設備的液壓，之后將液壓站的壓力調整到開閘的壓力，再把未關停的盤形制動設備間隙調整好。液壓壓力歸零后，再閉合調整完畢的盤形制動設備開關。將電磁鐵G1、G3、G4的電路閉合，讓制動設備為全制動模式。

2.3.3 恒減速制動的調試

將球閥28閉合，把G3、G4電磁鐵連電，將電磁換向閥17.1連電、17.2閉合，開啟油泵，溢流閥將電壓調整到極限，之后再緩慢調整溢流閥的19手柄位置，在壓力儀表顯示的壓力數值，小于P貼值。

比例方向閥試驗：溢流閥19調整完畢之后，將電磁鐵G1閉合，按下電控柜“右移”的按鍵，壓力儀表顯示的數值為0，然后按下電控柜“停止”的按鍵，壓力儀表顯示依舊是0，再按下電控柜“左移”的按鍵。壓力儀表顯示的數值，需要和蓄能設備儀表相同。恒減速制動試時，可以修正電氣調節參數（如圖2所示），使其達到要求值即可[4]。

3 結語

依托煤礦行業中提升設備恒減速制動的相關標準，本文提出一種恒減速制動液壓的設計方案，完善了副井提升設備的不足，使其維護作業量減少，優化提升系統的可靠性。恒減速功能按多通路并聯設計，實現了安全制動回路的冗余和故障回路的自動隔離，保證了設備始終處于恒減速制動的保護下運行。

參考文獻

[1] 甘彪彪.煤礦提升系統改造及應用[J].機械管理開發，2019，34 （2）：197-198+243.

[2] 胡昔兵.一種礦井提升機恒減速安全制動系統設計研究[J].有色設備，2018（2）：4-7.

[3] AQ1033－2007，煤礦用JTP型提升絞車－安全檢驗規范[S].

[4] JB/T3277－2004，礦井提升機和礦用提升絞車液壓站[S].