礦井提升機制動控制系統(tǒng)的優(yōu)化研究

郭 亮

（陽煤集團五礦， 山西 陽泉 045000）

引言

提升機作為井下物料進出的通道，其運行的穩(wěn)定性和可靠性直接關系到物料運輸?shù)男屎桶踩?。由于鋼絲繩具有黏彈性特性，在制動的過程中存在巨大的動力沖擊，導致提升機出現(xiàn)打滑、機架振動等，給提升機的運行安全與穩(wěn)定造成了巨大的隱患，特別是隨著礦井深度的不斷增加，提升機的運行速度和制動穩(wěn)定性之間的對立關系越發(fā)嚴重，因此本文分析一種新的礦井提升機制動控制系統(tǒng)。

1 提升機制動控制系統(tǒng)結構

礦井提升機的制動實際上是統(tǒng)控制信號對液壓制動系統(tǒng)發(fā)出控制指令，通過控制液壓系統(tǒng)電磁閥的開口度，實現(xiàn)對作用在制動盤上的制動力的控制，從而實現(xiàn)對提升機的恒減速平穩(wěn)制動控制，該控制系統(tǒng)整體結構如圖1 所示[1]。

由圖1 可知，該礦井提升機制動控制系統(tǒng)主要包括了液壓控制單元和電控單元，系統(tǒng)通過電控單元對液壓系統(tǒng)進行控制。當提升機正常提升作業(yè)時，提升滾筒兩側的制動油缸打開，蓄能器內(nèi)存儲大量的高壓油液，同時系統(tǒng)進入間隔供油狀態(tài)，保持制動油缸的打開狀態(tài)，當提升機接到制動信號后電磁換向閥得電換向，蓄能器內(nèi)的高壓油液通過比例溢流閥進入到制動油缸的無桿腔，開始對提升滾筒進行制動作業(yè)，此時設置在提升滾筒上的光電編碼器對提升機的實際運行速度進行聯(lián)系測定，將測量結果傳遞給微控制器，在微控制器內(nèi)對數(shù)據(jù)進行分析后，輸出電磁控制信號，由該電磁信號控制比例溢流閥的開口開度，從而實現(xiàn)對作用在提升滾筒上制動力的調(diào)節(jié)，滿足不同制動條件下的安全制動需求，提升在制動過程中的穩(wěn)定性和可靠性。

圖1 礦井提升機制動系統(tǒng)結構示意圖

2 提升機制動控制系統(tǒng)的檢測核心光電編碼器工作原理

為了解決傳統(tǒng)的提升機測速裝置在鋼絲繩振動、沖擊情況下監(jiān)測穩(wěn)定性差的難題，在該提升機制動系統(tǒng)上應用一種以光電編碼器為核心的提升機運行速度檢測系統(tǒng)。該光電編碼器[2]設置在提升機的滾筒轉(zhuǎn)軸上，提升機滾筒在轉(zhuǎn)動過程中帶動編碼器碼盤一起轉(zhuǎn)動，隨著滾筒的轉(zhuǎn)動，光線將在編碼器的碼盤上形成一個扇形區(qū)域，該扇形區(qū)域包括了透明部分和不透明的部分，光線將從透明的部分穿過形成一個方形的脈沖波，同時電控部分將光電信號轉(zhuǎn)換為提升機的運行速度及速度變化情況，實現(xiàn)對提升機運行狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)控。光電編碼器的碼盤上分為兩個扇區(qū)，兩個扇區(qū)之間呈90°布置，不同扇區(qū)的信號包含有不同的數(shù)據(jù)信息，因此通過對光電信號的解讀即可獲取編碼器的轉(zhuǎn)動情況，統(tǒng)對計數(shù)過程中的脈沖信息數(shù)量的監(jiān)測即可實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速、加速度、運行方向等數(shù)據(jù)信息的連續(xù)性跟蹤處理，光電編碼器的基本結構如圖2 所示[3]。

圖2 光電編碼器基本結構示意圖

3 提升機制動系統(tǒng)控制邏輯

為了確保該提升機系統(tǒng)的制動穩(wěn)定性和可靠性，根據(jù)提升機系統(tǒng)的結構和制動流程，對該制動控制系統(tǒng)的控制邏輯進行了設計，其結構如圖3 所示[4]。

圖3 提升機制動控制系統(tǒng)控制流程示意圖

由圖3 可知，該控制系統(tǒng)在工作時，首先通過光電編碼器對提升機工作時的實際運行速度進行檢測，然后將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)的微控制處理器內(nèi)，通過對控制中心的控制減速指令的對比，獲取實際速度和理論速度之間的偏差，系統(tǒng)輸出調(diào)整控制信號，信號經(jīng)過比例放大器放大后控制比例溢流閥的開度大小，控制作用在制動機構上制動力的大小，通過該閉環(huán)反饋控制邏輯實現(xiàn)對提升機在不同工況下運行速度的合理調(diào)整和控制，實現(xiàn)恒減速的制動需求。

4 提升機制動控制系統(tǒng)的應用

為了對該提升機制動系統(tǒng)的實際應用效果進行分析，本文以JK-2.5×2.3P 提升機控制系統(tǒng)為改造對象，設置提升機的運行質(zhì)量為7.6 t，最大運行速度為4.0 m/s，在當給制動系統(tǒng)一個制動信號后，對原控制方式和新的制動控制方式的制動效果進行跟蹤測量，結果如圖4 所示。

圖4 不同制動控制方案下的制動效果

由圖4 可知，在舊的制動控制系統(tǒng)下，制動時的制動時間約0.61 s，而新制動系統(tǒng)的制動時間僅0.3 s，比優(yōu)化前降低了50.8%。舊制動系統(tǒng)下的制動距離約為3.2 m，新制動系統(tǒng)下的制動距離約為2.6 m，比優(yōu)化前降低了18.8%，且在整個制動過程中未出現(xiàn)振動、沖擊，制動穩(wěn)定性得到了顯著提升，極大地提升了制動系統(tǒng)的制動可靠性和穩(wěn)定性。

5 結論

1）光電編碼器測速裝置能夠有效克服提升機運行過程中的不穩(wěn)定性帶來的測速失真，能夠?qū)崿F(xiàn)對轉(zhuǎn)速、加速度、運行方向等數(shù)據(jù)信息的連續(xù)性跟蹤處理，此裝置精度高，穩(wěn)定性好；

2）新的制動系統(tǒng)制動時間僅0.3 s，比優(yōu)化前降低了50.8%，制動距離約為2.6 m，比優(yōu)化前降低了18.8%，提升了制動系統(tǒng)的制動可靠性和穩(wěn)定性。