關于礦用單軌吊機車雙回油路制動系統(tǒng)的研究

寧振兵，王明勇

（太原礦機電氣股份有限公司，山西太原 030032）

0 引言

自20 世紀90 年代，國內(nèi)開始大規(guī)模引進和使用防爆柴油機單軌吊輔助運輸系統(tǒng)，同時在2003 年國內(nèi)自主知識產(chǎn)權的防爆蓄電池單軌吊也開始大范圍推廣和應用。在2004 年，由國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局與國家煤礦安全監(jiān)察局下發(fā)的《煤礦安全規(guī)程》開始執(zhí)行，經(jīng)過多次修訂，于2016 年施行的《煤礦安全規(guī)程》（以下簡稱《規(guī)程》）對單軌吊機車也做了一下的規(guī)定和要求。第三百九十條規(guī)定中的第（六）點要求：“柴油機和蓄電池單軌吊車，必須具備2 路以上相對獨立回油的制動系統(tǒng)，必須設置超速保護裝置”，首次將單軌吊機車的制動油路列入要求范圍之內(nèi)。

1 現(xiàn)狀

《規(guī)程》要求，柴油機和蓄電池單軌吊車，必須具備2 路以上相對獨立回油的制動系統(tǒng)，必須設置超速保護裝置。由于單軌吊機的制動系統(tǒng)采用失效制動工作方式，該條規(guī)定的主要目的是要求單軌吊車的制動系統(tǒng)在一路回油閥組堵塞的情況下，另一路也能正常工作，不影響設備的正常制動。同時滿足《規(guī)程》第三百九十條規(guī)定第（三）條的第一點要求：“施閘時的空動時間不大于0.7 s”。

但是由于各設備配套廠家和使用煤礦對該條要求的理解問題，使目前單軌吊機車的制動油路必須采用兩組換向閥進行并聯(lián)，以達到“必須具備2 路以上相對獨立回油”的要求

2 存在問題

針對該種液壓系統(tǒng)要求，單軌吊機車設備生產(chǎn)廠家通過增加液壓泵站集成閥塊中的電磁換向閥數(shù)量，來達到《規(guī)程》要求（圖1）。這種設計方式在正常使用時，沒有問題，但當一路電磁閥發(fā)生堵塞時，會出現(xiàn)制動施閘空動時間延長，而且遠遠大于《規(guī)程》中要求的“不大于0.7 s”。

3 模擬試驗

結合實際應用狀態(tài)，搭建試驗和檢測模型：采用行程開關模擬設備的制動觸發(fā)裝置；采用三菱FX300 型可編程邏輯控制器（PLC）模擬設備的控制中心；采用兩個二位四通電磁閥模擬實際制動閥組；采用兩路獨立電源加兩個繼電器分別給兩個電磁閥供電，模擬制動時的斷電操作；采用液壓壓力表采集液壓系統(tǒng)壓力；采用數(shù)字毫秒表檢測空動時間。其中，1#二聯(lián)動行程開關為復位按鈕，2#二聯(lián)動行程開關為制動動作開始按鈕，位置行程開關為制動動作完成觸控按鈕。

圖1 雙油路制動系統(tǒng)

在模擬正常工作時，第一步，閉合1#二聯(lián)動行程開關，使數(shù)字毫秒表與PLC分別復位，PLC分別控制兩個繼電器閉合，兩組電磁閥工作，同時導通到左側位，使制動油缸收縮，模擬制動打開；第二步，閉合2#二聯(lián)動行程開關，使數(shù)字毫秒表開始計時，同時PLC 控制繼電器斷開，電磁閥復位到右側位，使油缸缸桿腔內(nèi)的液壓油卸到油箱；失效制動油缸缸桿伸出到極限時觸控位置行程開關閉合，同時數(shù)字毫秒表停止計時；完成制動時間檢測。

根據(jù)控制原理，對PLC 進行編程（圖2）。

PLC 輸入觸點X004 閉合時，模擬正常工作狀態(tài)，X004 斷開時，模擬電磁閥2 堵塞時的工作狀態(tài)。通過調(diào)整液壓系統(tǒng)工作壓力，分別計錄正常狀態(tài)與非正常狀態(tài)的制動空動時間（表1）。參數(shù)曲線分析如圖3 所示。

4 結果分析

4.1 制動油缸空動行程內(nèi)最小回油流量

根據(jù)單軌吊制動系統(tǒng)結構（圖4），制動油缸缸筒直徑80 mm，缸桿直徑40 mm，行程150 mm，制動空動時油量。

要求空動時間小于0.7 s，電氣系統(tǒng)邏輯分析時間預留0.1 s，則液壓制動油缸空動時間小于0.6 s，可得空動時間內(nèi)要求最小回油流量。

圖2 檢測程序

表1 優(yōu)化前制動空動時間與系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù) s

圖3 參數(shù)曲線分析

圖4 制動結構

4.2 正常狀態(tài)液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)總流量為36 L/min，制動電磁閥額定流量為 63 L/min（31.5 MPa 壓力時）。根據(jù)單軌吊制動油缸收縮壓力為9 MPa，可得空動行程時壓力最大為9 MPa，則制動電磁閥回油流量為。由于正常狀態(tài)制動電磁閥為雙回路，所以回油流量 為 36 L/min，遠大于要求的回油流量，滿足設計要求。

4.3 非正常狀態(tài)液壓系統(tǒng)

非正常狀態(tài)下，單路電磁閥回油流量與要求回油流量相等，理論上滿足設計要求，但實測結果無法滿足要求，根據(jù)實際情況，模擬液壓系統(tǒng)液體流向系統(tǒng)。在非正常制動狀態(tài)下，堵塞電磁閥由于無法動作，在需要回油的時候還是在補油，造成整個制動系統(tǒng)在需要制動時無法快速泄壓，使空動時間大于《規(guī)程》要求的空動時間。

5 設計優(yōu)化

5.1 制動系統(tǒng)油路優(yōu)化

分析并聯(lián)電磁閥在非正常狀態(tài)下的工作情況，出現(xiàn)問題的主要原因是考慮到回油油路的并聯(lián)來提高了制動時的回油速度，但沒有考慮進油油路的影響因素，在一個電磁閥發(fā)生堵塞時，不僅沒有增加回油速度，反而由于進油口的不斷補液，造成制動系統(tǒng)的壓力無法卸載，影響制動空動時間。

針對該設計思路，采用一種新型的電磁布置方式，將電磁閥的回油油路并聯(lián)，而進油油路進行串聯(lián)，使兩個電磁閥的進油口形成閉鎖結構，在一個電磁閥發(fā)生故障時，制動系統(tǒng)無法進油，只能卸載，達到本質(zhì)安全型的油路結構。

5.2 優(yōu)化后油路檢測

通過將兩個電磁閥的進油口串聯(lián)、回油口并聯(lián)，搭建試驗檢測模型（圖5）。

試驗檢測所用的控制程序不變，同樣是采集和記錄正常狀態(tài)與非正常狀態(tài)下的空動行程時間（表2）。

圖5 試驗模型原理

表2 優(yōu)化后制動空動時間與系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù) s

通過檢測，不論是在正常狀態(tài)還是非正常狀態(tài)下，制動油路滿足設計要求。

6 結論

通過單軌吊制動系統(tǒng)的雙油路研究與分析，根據(jù)《規(guī)程》要求來設計產(chǎn)品的主要問題還是各生產(chǎn)廠家在《規(guī)程》對“2 路以上相對獨立回油的制動系統(tǒng)”的要求上理解不到位，“2 路以上的獨立回油”不代表兩個電磁閥完全并聯(lián)，在回油并聯(lián)的同時需要考慮進油口對制動工作時的影響。但與此同時，也建議《規(guī)程》制定更嚴謹一些，建議在“柴油機和蓄電池單軌吊車，必須具備2 路以上相對獨立回油的制動系統(tǒng)”的要求上增加“多路進油油路相互閉鎖”。