淺談恒減速制動在礦井提升控制中的應用

摘 要:礦井提升設備在煤炭開采的全過程中擔負著礦物、人員、材料及設備的上下和運輸工作，是保障礦井生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全的關(guān)鍵。隨著采掘技術(shù)的進步和工作面的不斷延伸，礦井作業(yè)對提升系統(tǒng)制動的安全性也提出了更高的要求，在這一背景下，恒減速制動模式的優(yōu)勢顯露出來，逐漸成為了礦井提升控制的主流發(fā)展趨勢。本文從恒減速制動系統(tǒng)的工作原理出發(fā)，分析了提升機恒減速制動的效果，并針對其設計使用中應注意的問題提出了富有針對性的控制策略。

關(guān)鍵詞:礦井提升 恒減速制動 機電控制

中圖分類號:TD44文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)07(a)-0085-01

1 礦井提升制動在煤炭安全生產(chǎn)中的作用

作為礦井作業(yè)中的關(guān)鍵機械，礦井提升設備在生產(chǎn)的全過程中擔負著礦物、人員、材料及設備的上下和運輸工作，對采礦效率具有重要影響。而提升系統(tǒng)一旦出現(xiàn)事故，常常會造成不可估量的生命財產(chǎn)損失。因此，必須對其制動系統(tǒng)進行精密和及時的控制，以便在發(fā)生緊急情況時，通過可靠的制動性能，減少和避免危險的發(fā)生，確保煤炭生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性。研究顯示，影響提升機制動效果的因素復雜，并可能根據(jù)不同的工況發(fā)生變化，而若在多變的工況下制動減速度變化過大，制動過程就會變得不平穩(wěn)，出現(xiàn)諸如鋼絲繩打滑等現(xiàn)象，使提升設備的安全性受到嚴重影響。目前，礦井提升機主要有一級制動、二級制動和恒減速制動等幾種制動模式，正常運行時，各種制動模式幾乎都可以滿足系統(tǒng)的工作要求，但隨著采掘技術(shù)的進步和工作面的不斷延伸，系統(tǒng)對提升制動的安全性要求不斷升高，恒減速制動模式的優(yōu)勢逐漸顯露出來，逐漸成為了礦井提升控制的主流發(fā)展趨勢。該方法通過自動調(diào)節(jié)油壓動力實現(xiàn)了減速度恒定的控制目標，讓提升設備可以按照事先設定減速度完成制動，使提升設備的安全性大大提高。

2 恒減速制動的工作原理

礦井提升機的運行流程為啟動→加速→勻速→減速→低速爬行→停車的循環(huán)過程。其中精確的“啟動→加速→勻速”過程在生產(chǎn)中較容易實現(xiàn)，而控制的關(guān)鍵在于對“減速→低速爬行→停車”階段的準確控制，恒減速制動能使提升機平穩(wěn)、安全地進入低速爬行階段，為精確的停車控制奠定了基礎(chǔ)。

由于制動力矩與減速度之間屬于非線性關(guān)系，受復雜的工況條件影響，很難從力的因素入手對減速度進行控制，因此，恒減速系統(tǒng)通常是通過液壓系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制的。首先，制動系統(tǒng)接收到由保護裝置發(fā)送的減速制動信號，此時液壓系統(tǒng)的油壓下降到某一設定值，提升機運行在磨閘皮狀態(tài)下。同時，安裝在滾筒的軸編碼器測量值進入可編程邏輯控制器(PLC)內(nèi)部進行計算，得出減速度值和已設定的減速度值相比較，經(jīng)數(shù)字處理器處理，由減速度偏差值得到一個與制動力矩相對應的電流值，并將此電流值作用在恒減速電液比例閥上，通過電磁閥的啟閉，使制動壓力處于增壓—保壓—減壓的狀態(tài)轉(zhuǎn)換中，從而使電機得到合適的制動力矩，使電機按照恒定的減速度停車。恒減速系統(tǒng)極大地減小了減速環(huán)節(jié)對設備的沖擊，可克服由安全制動引起的多繩摩擦提升機的鋼絲繩滑動問題和斜井提升機的鋼絲繩損傷與掉道問題，還能改善纏繞式提升機因不平衡載荷而產(chǎn)生的制動性能問題。

3 提升機恒減速制動在設計使用中應注意的問題

3.1 恒減速制動模糊控制器的設計

礦井提升設備組成了一個大慣量閉環(huán)，其制動部分則是一個結(jié)構(gòu)復雜的機、電、液一體化系統(tǒng)，工作中充滿了各種不確定性因素，阻尼與摩擦、制動襯片彈性以及各元件間隙等的變化，都可能使制動相應表現(xiàn)出死區(qū)、滯環(huán)、飽和等多種強非線性動態(tài)特征，給恒減速控制算法的動態(tài)模型建設制造困難。而模糊控制器模擬人的思想和控制經(jīng)驗進行決策，不需建立完整的數(shù)學模型，僅需以模糊控制算法，模擬執(zhí)行元件在電機閘盤上對制動力矩作用進行控制，實踐中具有良好的靈活性和魯棒性。

模糊控制器的設計首先由確定其輸入、輸出語言變量開始，通常選取與實際減速度有關(guān)的變量作為輸入語言變量，而輸出語言則選擇與油壓有關(guān)的變量。其次應將模糊控制器輸入、輸出變量之間的經(jīng)驗關(guān)系通過邏輯推理表現(xiàn)出來，建立控制器的控制規(guī)則集。在模糊推理開始前，應對精確輸入量進行模糊化處理，將其轉(zhuǎn)換至輸入語言變量可以討論的論域范圍內(nèi)，再以適當?shù)碾`屬度函數(shù)在各自的論域中對其進行描述，得出推理結(jié)果后，還需將此模糊集合進行模糊判決，即找出其隸屬度函數(shù)或橫坐標圍成面積的重心在論域上的值，即可將集合轉(zhuǎn)換為精確值，從而可以向?qū)ο髮嵤┲苯涌刂啤Ｏ到y(tǒng)設計完成后，還應進行現(xiàn)場試驗，得出制動壓力與速度的關(guān)系曲線，驗證該控制模式是否切實具有可行性。

3.2 貼閘環(huán)節(jié)的控制

恒減速制動控制環(huán)節(jié)復雜，每一部分的性能都能影響到最終的調(diào)節(jié)效果。如油液的清潔度，整個閉環(huán)系統(tǒng)的剛性、控制元件的調(diào)節(jié)性能、電氣元件是否受到干擾等。其中恒減速調(diào)節(jié)的第一步是液壓回路中溢流閥將制動器內(nèi)大部分的油泄回油箱，即“貼閘”過程，該環(huán)節(jié)對整個調(diào)試效果起著關(guān)鍵作用。安全回路斷開的瞬間，閘瓦與閘盤有1mm左右的間隙，這1mm左右的間隙可能會導致飛車或速度超調(diào)。從控制角度講，壓力環(huán)首先給出了一壓力信號，反映到速度環(huán)中得出一初始速度偏差。如果貼閘不迅速，會出現(xiàn)速度超調(diào)量大，即初始速度偏差大。而影響貼閘效果的因素很多。以制動器為例，若其碟簧的回彈速度不夠，油壓降得慢，貼閘時間長，可能使之后某點的瞬時制動減速度很大。因此在恒減速調(diào)試之前，應首先對制動器的性能指標和空動時間進行檢查。此外，原配件性能和裝配精度也對貼閘效果有較大的影響，須依現(xiàn)場條件進行適當?shù)卣{(diào)整。為使減速曲線平緩，須通過對比例閥的線性調(diào)節(jié)實現(xiàn)對制動器油液的精密控制。實踐中應由低速到高速，輕載到重載，逐次調(diào)節(jié)，兼顧各種工況，以達到理想的貼閘效果。

4 結(jié)語

實踐證明，恒減速制動系統(tǒng)因其科學的運行模式使提升設備得到了精確、合理的控制，提高了提升作業(yè)的安全性和穩(wěn)定性。但與國外先進技術(shù)相比，我國的恒減速制動系統(tǒng)在設計和使用環(huán)節(jié)還都存在著相當大的差距。相關(guān)工作人員應在現(xiàn)有控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，不斷總結(jié)問題、積累經(jīng)驗，不斷提高制動系統(tǒng)的科學性和適應性，以期盡可能延長提升機的使用壽命，保證礦井生產(chǎn)活動安全、流暢、有序地進行。

參考文獻

[1] 劉強.礦井提升機數(shù)字恒減速制動控制器的設計[J].微計算機信息，2009(13).

[2] 孫向文，劉躍敏.礦山提升設備恒減速控制系統(tǒng)的研究[J].礦山機械，2003(11).

[3] 傅岳林.微機控制在提升機恒減速制動系統(tǒng)中的應用[J].礦山機械，2001(5).

[4] 眭碧霞，何鳳有，袁亞洲，張建平.提升機恒減速制動控制策略[J].電力科學與工程，2006(4).