提升機閘控系統(tǒng)恒減速補償裝置的應(yīng)用

黃麗媛

0 引言

提升機閘控系統(tǒng)是目前礦井提升機普遍采用的一種制動系統(tǒng)，它是礦井提升系統(tǒng)正常減速停車，或故障情況下實施緊急制動停車的最終手段，是保證提升機安全運行的重要安全裝置。

目前，提升機閘控制動系統(tǒng)控制方式主要有兩種：一種是恒力矩制動控制系統(tǒng)，一種是恒減速制動控制系統(tǒng)。恒力矩制動控制系統(tǒng)在安全制動時采用的制動方式通常為二級制動。二級制動力矩按滿載下放工況來確定，其數(shù)值確定后就不再改變，所以，采用恒力矩制動方式存在以下問題：（1）對于纏繞式提升機，若井筒較深，受鋼絲自重的影響，提升容器在井口和井底位置，提升機張力變化較大，導(dǎo)致減速度變化幅度較大、沖擊力也大，易造成相關(guān)部位機械結(jié)構(gòu)損傷或損壞。（2）對于摩擦式提升機而言，當(dāng)提升系統(tǒng)中不平衡負(fù)載過大時，在緊急制動時鋼絲繩容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。

因此，恒力矩安全制動并不是理想的制動方式。解決上述問題的辦法是采用恒減速制動方式。

1 恒減速制動原理和現(xiàn)狀

恒減速制動方式是在提升機運行時對速度進(jìn)行實時檢測，計算獲得提升機實時減速度，并以恒定的減速度為控制目標(biāo)，對制動油壓進(jìn)行實時調(diào)節(jié)，以消除實測減速度與預(yù)設(shè)減速度之間的差值，從而實現(xiàn)實時控制。這種制動方式能夠有效避免外界負(fù)載變化帶來的影響，并且能夠顯著減少緊急制動時對提升設(shè)備以及罐籠內(nèi)人員的沖擊，是一種較為理想的控制方式。

但是目前國內(nèi)煤礦提升系統(tǒng)制動方式大多依然采用恒力矩制動方式，主要原因如下：

（1）由于恒減速制動系統(tǒng)技術(shù)難度增加，再加上對其原件和功能的可靠性要求極高，所以不管是國外產(chǎn)品還是國內(nèi)制造，恒減速制動系統(tǒng)價格昂貴，國內(nèi)制造的其液壓元件也多采用進(jìn)口元件，而且其制動性能與國外同類產(chǎn)品相比還存在一定差距。所以若想在現(xiàn)有恒力矩制動控制系統(tǒng)實現(xiàn)恒減速制動而進(jìn)行整套更換提升系統(tǒng)，工程量大、費用高、用時長，并且原恒力矩制動系統(tǒng)閑置，造成資源浪費。

（2）國外生產(chǎn)恒減速制動系統(tǒng)的廠家主要是德國SIEMAG和瑞典ABB兩家公司，其所生產(chǎn)的恒減速制動系統(tǒng)，雖然性能穩(wěn)定、可靠性高，但由于其系統(tǒng)的價格均超過主提升機的價格，特別是設(shè)備維護(hù)和維修成本很高，不符合國情。

綜上所述，采用恒力矩制動方式制動效果并不理想，而更換恒減速制動方式成本又太高?，F(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出一種折中的技術(shù)來解決這個問題，即在原恒力矩制動方式基礎(chǔ)上添加一套裝置，進(jìn)行少量改造，使之既具有原恒力矩制動系統(tǒng)，又兼具恒減速制動功能。

在現(xiàn)有恒力矩制動提升機上進(jìn)行了恒減速制動補償裝置進(jìn)行改進(jìn)。該附加系統(tǒng)成本較低、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便，并極大地提高了原制動系統(tǒng)的可靠性。同時也可以帶來較大的經(jīng)濟效益和社會效益。

恒減速制動方式是現(xiàn)有老式提升機系統(tǒng)制動完善的趨勢，完善的途徑有多種，其中以不更改原恒力矩制動系統(tǒng)，僅添加恒減速制動系統(tǒng)使整個液壓系統(tǒng)同時兼有兩種制動方式，則既能完善液壓站制動系統(tǒng)的功能，又能節(jié)約成本。

2 恒減速補償原理

制動系統(tǒng)主要包括執(zhí)行裝置、傳動裝置和控制系統(tǒng)三部分。執(zhí)行裝置是產(chǎn)生制動力矩的裝置，一般稱之為盤閘；傳動裝置是調(diào)節(jié)制動力矩的機構(gòu)，一般多為液壓站；控制系統(tǒng)控制著整個提升機系統(tǒng)的工作過程，主要為電控柜。

恒減速補償制動主要體現(xiàn)在液壓系統(tǒng)上，其液壓原理圖見圖1。

圖1 恒減速補償制動液壓系統(tǒng)

其中A、B管分別通向液壓盤閘制動器。當(dāng)提升機正常運行時，兩位四通換向閥G1不得電，提升機的制動系統(tǒng)依然采用恒力矩二級制動方式。由于管路連通，液壓站供油時，盤式制動器開閘，提升機運行，液壓油經(jīng)過截止閥、精過濾器對蓄能器在此過程進(jìn)行充油，為恒減速制動蓄壓；在此過程中比例閥前端電磁換向閥G4一直未獲得電壓信號，并將通往比例閥的液壓油進(jìn)行截止；當(dāng)提升機到達(dá)指定位置時，盤式制動器進(jìn)行泄油，提升機開始工作在制動過程。

當(dāng)實測減速度超過預(yù)設(shè)值時，或恒力矩制動系統(tǒng)出現(xiàn)故障，安全回路掉電后，原二級制動系統(tǒng)電機和泵停轉(zhuǎn)，G1換向閥1帶電，連通A管路和B管路，使所有盤閘油壓保持一致，盤閘受力情況一樣。G2換向閥帶電連通蓄能器5和溢流閥12為整個恒減速制動回路補油，作為恒減速制動補償裝置的壓力源，一部分進(jìn)去盤閘制動器，一部分通過溢流閥12流回油箱。當(dāng)速度穩(wěn)定后同時關(guān)閉換向閥4和電液比例閥12，直至停車，管路中殘余的油壓通過原系統(tǒng)迅速降為零，根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》此時制動力矩大于三倍靜力矩的要求。電液比例閥12選用先導(dǎo)型電液比例溢流閥，由PLC控制器根據(jù)測速器反饋的與減速度成比例的電信號連續(xù)的調(diào)節(jié)電液比例閥12，控制系統(tǒng)油壓，進(jìn)而實現(xiàn)對制動力矩的連續(xù)調(diào)節(jié)，使提升機按照綜合考慮的各種因素所設(shè)定的恒減速度停車。

在電控系統(tǒng)中，編碼器檢測提升機實時運行速度并將該速度值傳送至下位機，計算機經(jīng)過計算得出制動所需要的制動減速度，根據(jù)恒減速制動系統(tǒng)預(yù)設(shè)減速度與實測減速度的偏差大小來控制電液比例溢流閥，調(diào)節(jié)油壓，實現(xiàn)根據(jù)需要調(diào)整盤閘作用到提升機上的制動力矩的目的。若實際工作中提升機實測減速度與預(yù)設(shè)減速度的偏差值在誤差允許范圍內(nèi)時，系統(tǒng)控制達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，并會以當(dāng)時的減速度讓提升機穩(wěn)定減速，直至停車，在恒力矩制動系統(tǒng)失效切換至恒減速制動補償裝置后10 s，還未達(dá)到穩(wěn)定減速不論當(dāng)時提升機速度是否為零，盤閘充分回油，保障提升機完全停車，既滿足了行業(yè)規(guī)定中制動力矩不得小于三倍靜力矩的要求，又能實現(xiàn)零殘壓，而且還提高了提升機制動的可靠性。之后電磁換向閥G1、G2、G4均失電，制動方式切換至原系統(tǒng)。

3 應(yīng)用效果

四老溝煤礦輔運副井恒力矩閘控系統(tǒng)提升機進(jìn)行閘控系統(tǒng)恒減速補償裝置的應(yīng)用(見表1)。

表1 四老溝煤礦輔運副井提升閘控系統(tǒng)基本技術(shù)參數(shù)

現(xiàn)場的安裝主要包括液壓部分和電氣部分的安裝。37頁圖2為液壓部分的安裝，主要是兩制動系統(tǒng)的對接，圖片左側(cè)為恒減速補償裝置，右側(cè)為恒力矩閘控液壓回路。

圖2 恒減速補償制動液壓系統(tǒng)現(xiàn)場安裝和實驗平臺

安裝后進(jìn)行了恒減速制動系統(tǒng)靜態(tài)實驗，主要的內(nèi)容包括：各電磁換向閥的響應(yīng)時間實驗，電液比例溢流閥的響應(yīng)時間，以及控制性能測試，系統(tǒng)全泄壓響應(yīng)時間測試，系統(tǒng)貼閘響應(yīng)時間測試。從5 V電信號改為0 V電信號，到系統(tǒng)油壓由4 MPa達(dá)到穩(wěn)定值0.3 MPa，系統(tǒng)所用時間大約是0.07 s，其中電信號所占用時是0.01 s，液壓動作用時是0.05 s，其中滯后時間為0.01 s；系統(tǒng)貼閘響應(yīng)時間測試，自原恒力矩制動系統(tǒng)掉電失效與電液比例溢流閥從0 V電信號改為3.5 V電信號，到系統(tǒng)油壓由5.5 MPa達(dá)到穩(wěn)定值4.8 MPa，系統(tǒng)所用時間是0.26 s，其中電信號所占時間是0.01 s，液壓部分動作用時是0.23 s，其中滯后時間為0.03 s。

在靜態(tài)實驗基礎(chǔ)上又進(jìn)行了恒減速制動系統(tǒng)動態(tài)實驗：測定提升機能否按照預(yù)先設(shè)定的減速度來進(jìn)行減速停車，以及達(dá)到給定減速度值所需要的響應(yīng)時間和減速度值達(dá)到穩(wěn)定所需要的建立時間。恒減速制動測試，設(shè)定目標(biāo)減速度為-2.3 m/s2，系統(tǒng)的貼閘響應(yīng)時間為0.21 s，恒減速制動建立起來用時為0.76 s；設(shè)定目標(biāo)減速度為-3.2 m/s2，系統(tǒng)的貼閘響應(yīng)時間為0.17s，恒減速制動減速度建立起來用時為0.79 s。

測試結(jié)果表明該恒減速制動補償裝置響應(yīng)時間及制動效果均滿足《AQ1033-2007煤礦用JTP型提升絞車_安全檢驗規(guī)范》中對于系統(tǒng)響應(yīng)時間以及控制性能的相關(guān)要求。

4 結(jié)論

通過現(xiàn)場的應(yīng)用，在現(xiàn)有的恒力矩制動提升機上進(jìn)行恒減速制動改進(jìn)應(yīng)用，是一項可行的技術(shù)提升的方法，改進(jìn)工程量小、費用較少、用時較短，維護(hù)方便、維修簡單，符合現(xiàn)場實際，具有應(yīng)用前景。