礦井提升機恒減速制動系統(tǒng)的組成及應(yīng)用

劉天林　馬寧　劉陽　車強強　王立杰

摘要：多繩摩擦式提升機是地下礦山的生產(chǎn)建設(shè)的重要組成部分，制動系統(tǒng)是礦井提升機的重要安全保障。進(jìn)入新世紀(jì)以來，地下礦山的安全形勢越來越嚴(yán)峻，恒減速液壓站在礦井提升系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。通過對恒減速液壓站的組成及緊急停車時的油路分析，恒減速液壓站具有良好的制動性能，有效提高礦井提升機的安全穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：礦井提升機;制動裝置;液壓站;恒減速

1 前言

礦井提升是礦井生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，提升機及其輔助設(shè)備是地下礦山最重要的大型機電設(shè)備之一，是礦井運輸中的“咽喉設(shè)備”，是井下與地面聯(lián)系的重要工具，它的狀況如何，直接關(guān)系到生產(chǎn)的正常進(jìn)行和人員安全。礦井提升機的任務(wù)是沿豎井井筒提升礦石、矸石、下放材料、升降人員和設(shè)備等。目前我國生產(chǎn)和使用的礦井提升機可分為纏繞式和摩擦式兩大類，相對于單繩纏繞式提升機，多繩摩擦式提升機有提升能力大、提升高度高、安全系數(shù)高等優(yōu)勢，許多大型地下礦山采用多繩摩擦式提升機。

礦井提升機主要由井架、天輪、提升容器、鋼絲繩、提升機、控制系統(tǒng)、制動裝置等組成。制動裝置是提升機的重要組成部分，直接關(guān)系設(shè)備的安全運行。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，具有恒減速功能的液壓制動裝置在礦井提升領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，ABB公司的液壓制動裝置恒減速功能較為穩(wěn)定可靠。

2 恒減速制動液壓裝置的組成

恒減速液壓裝置通常包括兩個或者四個閘架，兩個互為備用的液壓站用于向制動單元供油，管路用于連接制動單元及液壓站，以及一套PLC控制柜用于提升機的啟、停、故障停車控制。

2.1 液壓站組成及其功能

制動液壓站是提升機制動系統(tǒng)的供油中樞，液壓站的控制系統(tǒng)同提升機的拖動類型、自動化程度相匹配。在直流拖動提升系統(tǒng)中，由于提升機的調(diào)速性能較好，液壓站控制的制動單元一般只是用于提升作業(yè)完畢時停車和安全制動。而在交流拖動的提升系統(tǒng)中，液壓站除提升完畢時停車和安全制動功能外，因制動單元還參與提升機速度的控制，所以液壓站還應(yīng)具有調(diào)節(jié)制動力矩的作用，即調(diào)節(jié)制動油壓。以ABB恒減速液壓站為例，其組成如下：

2.1.1 油箱

液壓站配有一個可容納200L液壓油的油箱，液壓油必須通過安裝在油箱上的注油過濾器注入，此外油箱上還有油位計;帶自控功能的加熱器;帶循環(huán)功能的冷卻風(fēng)機，在冷卻液壓油的同時能夠?qū)τ瓦M(jìn)行循環(huán)，過濾油內(nèi)的雜質(zhì);液壓站油箱還裝配了一個PT100測溫元件，PLC控制系統(tǒng)通過PT100傳感器獲取油溫信息，從而對油溫進(jìn)行控制，控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有4個溫度等級，分別為低溫油泵無法啟動、冷卻設(shè)備啟動溫度、高溫報警溫度、高溫故障溫度。

2.1.2 主油泵

主油泵為柱塞泵，一臺液壓站在油箱下面安裝一個主油泵。在主油泵的進(jìn)口管道上配置一個關(guān)閉閥，這個關(guān)閉閥由一個限位開關(guān)進(jìn)行監(jiān)控，限位開關(guān)可提示控制系統(tǒng)閥門的開關(guān)狀態(tài)，對主油泵進(jìn)行檢修時，無需將油箱內(nèi)的液壓油排出，只需關(guān)閉管道的閥門即可檢修。

2.1.3 液壓控制閥組

在液壓站內(nèi)配置一個液壓控制閥組，所有的流量閥、壓力閥、比例閥、壓力傳感器等都安裝在其中，這樣有利于降低管件的數(shù)量，安裝過程易操作，同時還可以減少泄露點。出于安全考慮，閥組及其閥門設(shè)計有兩套并行的降壓油路，并且任何一套油路都為安全停止提升機提供足夠的油壓。

2.1.4 蓄能器

蓄能器的主要作用是在提升機急停時維持制動系統(tǒng)的壓力，一般安裝在液壓站的右側(cè)。蓄能器與閥組直接連接，在閥組中裝有閥門對進(jìn)出蓄能器的油進(jìn)行控制。蓄能器上安裝了一個壓力傳感器，對充入蓄能器氮氣壓力進(jìn)行實時監(jiān)控。為保證恒減速制動能夠有效實施，蓄能器的氮氣壓力需維持在8.5-10.5MPa。

2.2 基于恒減速液壓站的PLC控制柜

該控制柜主要包括AC800系列的CPU模塊、電源模塊、I/O輸入輸出模塊、底板及機架模塊、通訊模塊及閘卡模塊。礦山提升系統(tǒng)的閘卡模塊一般選用BCC-1型控制板。其主要功能為比例控制功能、緊急控制功能，此外閘卡控制模板對提升控制還有一些檢測功能，比如測速發(fā)電機監(jiān)視，支持直流電源監(jiān)測和系統(tǒng)壓力指示。

礦井提升機的緊急制動狀況減速度的影響因素主要包括有效負(fù)載，旋轉(zhuǎn)方向、提升位置、閘瓦和閘盤之間的摩擦系數(shù)，這些因素會導(dǎo)致提升機在緊急制動時的減速度存在差異。在提升機的應(yīng)用中，受這些因素的影響，在緊急停車時可獲得的減速度可能太低，超過危險的停止距離，或減速度太高，停車慣性太大，造成人員傷亡、設(shè)備損毀。在緊急制動期間，恒力矩制動不能滿足減速度在1.5m/s2至5m/s2之間;恒力矩緊急制動時由于制動力矩過大，極易造成提升機滾筒發(fā)生滑繩。BCC-1型閘卡的緊急制動功能能夠根據(jù)提升機的運行工況，引起相同的減速度，即制動轉(zhuǎn)矩遞增到減速度的所需值。

3 恒減速制動的工作原理

液壓站是礦井提升機制動控制系統(tǒng)的核心組成，ABB恒減速液壓站的液壓原理圖如圖1所示。

3.1 提升機急停時的壓力供應(yīng)

礦井提升機正常運行時，制動單元的壓力會達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的最大工作壓力PMAX，系統(tǒng)向蓄能器能注入一部分油，使蓄能器的壓力達(dá)到系統(tǒng)的最大工作壓力。如圖1所示：提升機在正常制動時，與蓄能器相連的40號方向閥得電，此油路關(guān)閉。17號流量閥與40號閥串聯(lián)，其作用是調(diào)整蓄能器的放空時間，一般不得低于VMAX/2S，這個時間對實現(xiàn)提升機的恒減速功能至關(guān)重要。19號單向閥與40號閥、17號閥串聯(lián)，它在40號閥得電關(guān)閉時仍可允許油路通過蓄能器;提升機在發(fā)生急停時，6號油泵會停止工作，16、32、40號閥門失電，蓄能器通過17號閥門向制動單元釋放恒定流量的液壓油。

3.2 恒減速急停時的壓力降低過程

提升機發(fā)生急停時，16、32、40號閥門及主油泵用電機的電源會被切斷，此時系統(tǒng)的油將通過11和25號閥門回油箱，直到系統(tǒng)壓力達(dá)到11號閥設(shè)定的壓力為11MPa，此時制動塊與制動盤接觸，系統(tǒng)達(dá)到11MPa后，11號閥門關(guān)閉，系統(tǒng)的液壓油將繼續(xù)通過25號閥門回油箱，在向油箱回油的過程中，使用電池供電的BCC-1型閘卡采集測速電機的信號，計算急停過程的需要的合適力矩，同時閘卡會向37號比例調(diào)節(jié)閥發(fā)出控制16號閥開啟的信號，從而達(dá)到所需的減速度。其中37號比例調(diào)節(jié)閥、132閥的低值的設(shè)定壓力為Pb，該壓力與減速負(fù)載所需要的最大制動力矩一致。直至提升機的速度減為零，制動單元的全力矩作用在制動盤。

4 結(jié)論

本文所述的恒減速液壓站的所有控制閥全部集中安裝在閥塊上，能夠有效減少管路，同時回油路徑采用雙回路，安全系數(shù)顯著增高。通過對提升機恒減速液壓站的組成及急停時系統(tǒng)壓力供應(yīng)、回油路線的分析，對恒減速制動系統(tǒng)有了更深刻的認(rèn)識，方便日后對制動系統(tǒng)的維護(hù)。

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