淺談礦井提升的恒減速制動技術

董偉

（山西汾西正幫煤業(yè)有限公司，山西 孝義032300）

0 引言

作為礦井作業(yè)中的關鍵機械，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。

1 恒減速制動的意義

提升機安全制動是在提升機事故狀態(tài)下，為防止事故擴大化所必須采用的最后一種技術手段。在豎井和30°以上的斜井提升時，提升機制動力矩不得小于最大靜力矩的三倍。但如果把大于或等于三倍靜力矩的制動力一次直接加丁.提升機上，將會產(chǎn)生過人的減速度。這樣，鋼絲繩將劇烈地擺動，很可能會引起斷絲，從而影響鋼絲繩的使用壽命，斜井提升機可能斷繩，載人的提升機將可能發(fā)生重大人身傷亡事故。

目前的提升系統(tǒng)，不論一級制動還是二級制動，制動力矩基本不變(二級制動只變一次)。即不論提升機是運行在正力、負力，還是平衡提升狀態(tài)，制動力矩均不能隨負荷的變化而變化，因此造成實際的減速度相差甚遠。

礦井提升機安全制動恒減速控制系統(tǒng)解決了上述問題，在發(fā)生安全制動時，它通過速度環(huán)、壓力環(huán)實現(xiàn)安全制動時的自動調(diào)節(jié)制動力矩的大小，以保證減速度達到一個預期的綜合值。使提升機不論在提升或下放、高速度或低速度狀態(tài)下運行，都按照給定的安全制動速度圖運行。

2 恒減速制動的工作原理

礦井提升機的運行流程為啟動一加速一勻速一減速一低速爬行一停車的循環(huán)過程。其中精確的“啟動一加速一勻速”過程在生產(chǎn)中較容易實現(xiàn)，而控制的關鍵在于對“減速一低速爬行一停車”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。

由于制動力矩與減速度之間屬于非線性關系，受復雜的工況條件影響，很難從力的因素人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一保壓一減壓的狀態(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 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構復雜的機、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的變量作為輸入語言變量，而輸出語言4選擇與油壓有關的變量。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?。系統(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系曲線，驗證該控制模式是否切實具有可行性。

4 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)試效果起著關鍵作用。安全回路斷開的瞬間，閘瓦與閘盤有l(wèi)mm左右的間隙，這lmm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。

5 結束語

恒減速安全制動是以制動的減速度恒定為控制目標，通過自動調(diào)節(jié)制動力矩，使提升機按各種綜合因素所設定的減速度進行制動，從根本上改善制動性能，提高了安全制動的可靠性，同時解決了摩擦提升機由于滑動所帶來的困難，對提升機參數(shù)選型設備重量特性系數(shù)選擇都帶來方便。礦井提升機制動系統(tǒng)是一個復雜的、非線性的、同時內(nèi)部參數(shù)隨外部環(huán)境不斷變化的系統(tǒng)，而模糊控制策略是模擬人類的思維方式來處理復雜控制系統(tǒng)的一種有效控制策略。所以對礦井提升機的恒減速制動控制來說，更是一種有效的智能控制策略。

［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).