恒減速制動(dòng)液壓站在礦井副井提升系統(tǒng)中的應(yīng)用

胡斌

摘 要：ZK143D多通道智能恒減速閘控系統(tǒng)由恒減速液壓站E143D、恒減速閘控柜DE143D、制動(dòng)器裝置及其他輔助裝置組成。其主要的作用是能夠在應(yīng)急停車的狀況下，實(shí)施制動(dòng)的減速度，并且在制動(dòng)之后，能夠完全抱閘，同時(shí)監(jiān)控提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行保護(hù)。E143D多通道恒減速液壓站，在應(yīng)急制動(dòng)的工況下，可以讓制動(dòng)減速操作，不因負(fù)載變化和工況的變化而發(fā)生改變，一直按預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)減速值實(shí)施制動(dòng)作業(yè)，有效提升了設(shè)備的運(yùn)行可靠性。同時(shí)恒減速功能按多通路并聯(lián)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了安全制動(dòng)回路的冗余和故障回路的自動(dòng)隔離，保證了設(shè)備始終處于恒減速制動(dòng)的保護(hù)下運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：恒減速；液壓站；提升系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TD534 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2023）02-0049-03

0 引言

在煤礦行業(yè)的生產(chǎn)工藝中，主副井提升設(shè)備的作用十分重要，其承擔(dān)著礦井下的物料運(yùn)輸、與地上聯(lián)系的重要功能。礦井提升設(shè)備的制動(dòng)系統(tǒng)有兩種類型：一種是恒力矩制動(dòng)，另一種是恒減速制動(dòng)。恒力矩制動(dòng)的工作原理，是通過制動(dòng)機(jī)械，產(chǎn)生制動(dòng)力矩，讓提升機(jī)的運(yùn)行速度降低，從而達(dá)到安全制動(dòng)的目的。

但在實(shí)際運(yùn)行環(huán)節(jié)，恒力矩制動(dòng)有著很多隱患之處，例如：纏繞式提升設(shè)備會(huì)因?yàn)殇摻z結(jié)構(gòu)的質(zhì)量張力過大，導(dǎo)致提升設(shè)備運(yùn)行速度快，減幅速度太快，對提升設(shè)備造成很嚴(yán)重的沖擊。相比于前者，恒減速制動(dòng)能夠做到速度的實(shí)時(shí)監(jiān)測，從而把控提升系統(tǒng)的減速過程，并且能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整油壓，防止系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行減速和預(yù)設(shè)值誤差過大。因此，恒減速制動(dòng)可以有效防止負(fù)載對于提升設(shè)備制動(dòng)的不利干擾，減少對提升設(shè)備的沖擊。

1 提升機(jī)恒減速制動(dòng)要求

制動(dòng)力矩的標(biāo)準(zhǔn)：礦井提升設(shè)備制動(dòng)作業(yè)時(shí)，所產(chǎn)生的力矩和實(shí)際提升最大靜荷重旋轉(zhuǎn)力矩之比，不能低于3，即：MZ＞Mjmax，其中MZ為靜態(tài)工作狀態(tài)下的最高制動(dòng)力矩，Mjmax為提升設(shè)備的極限載荷力矩。

計(jì)算Mjmax根據(jù)公式（1）：

Mjmax=QcmaxR ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

其中，Qcmax為提升設(shè)備的極限靜張力；R為提升設(shè)備的卷筒半徑。

為確保提升設(shè)備的安全運(yùn)行，減緩提升設(shè)備的工作速度，恒減速制動(dòng)液壓標(biāo)準(zhǔn)需要符合以下6點(diǎn)。

第一，制動(dòng)的訊號(hào)輸出直至提升設(shè)備接收并穩(wěn)定，這一時(shí)間需要把控在0.8 s之內(nèi)，即T＜0.8 s。

第二，盤閘的空荷載時(shí)間需要把控在0.3 s之內(nèi)，即t1＜0.3 s。

第三，盤閘的殘壓需把控在0.5 MPa之內(nèi)，即P＜0.5 MPa。

第四，制動(dòng)的訊號(hào)調(diào)整油壓的時(shí)間需要把控在0.15 s之內(nèi)，即t2＜0.15 s。

第五，電壓和油壓的線性關(guān)系確保良好。

第六，過濾設(shè)備的精度，不超過10 μm。

緊急制動(dòng)的加速標(biāo)準(zhǔn)是自然減速時(shí)，Ac=g（sinθ+fcosθ），其中，Ac為自然減速；g為重力加速；θ為巷道傾角；f為阻力的參數(shù)（通常在0.01～0.015）。

如果提升系統(tǒng)需要向上進(jìn)行提升重載，那么制動(dòng)減速A需要符合A＜Ac（0°≤θ≤30°）或A＜5（θ＞30°）。如果提升系統(tǒng)需要向下下放重載，那么制動(dòng)減速A需要符合A≥0.75（θ＜15°）、A≥0.3Ac（15°≤θ≤30°）、A≥1.5Ac（θ＞30°）[1]。

制動(dòng)系統(tǒng)的殘壓標(biāo)準(zhǔn)中殘壓P0需符合：P0≤0.5 MPa（Pmax=6.3 MPa）、P0≤1.0 MPa（Pmax=14 MPa或21 MPa）。

2 提升機(jī)提升機(jī)恒減速制動(dòng)液壓站的設(shè)計(jì)

2.1 提升機(jī)恒減速制動(dòng)液壓站的設(shè)計(jì)工作原理

系統(tǒng)工作原理參考圖1。

2.1.1 正常工作

待機(jī)狀態(tài)下，系統(tǒng)通過壓力傳感器11.3和11.4判斷蓄能器充壓壓力，如果其值小于設(shè)定值，閥18失電，油泵啟動(dòng)，比例溢流閥10的控制信號(hào)由0增加到Vmax，油泵泵出的油液全部進(jìn)入蓄能器進(jìn)行充壓。當(dāng)壓力值達(dá)到設(shè)定壓力后，比例閥信號(hào)由Vmax降到0，控制油壓從Pmax降到系統(tǒng)殘壓，電磁閥18得電，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為備妥狀態(tài)；在備妥狀態(tài)。系統(tǒng)給出開閘命令，油泵電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，比例溢流閥10的控制信號(hào)由0增加到Vmax，壓力油進(jìn)入閘盤油缸。隨著閘盤打開壓力由零升至Pmax。需要合閘時(shí)，閘信號(hào)由Vmax降到0，控制比例溢流閥壓力從Pmax降到系統(tǒng)殘壓，實(shí)現(xiàn)合閘[2]。

2.1.2 安全制動(dòng)

提升系統(tǒng)發(fā)生重故障時(shí)，系統(tǒng)安全回路斷開，閘控系統(tǒng)液壓站油泵電機(jī)立即斷電，比例溢流閥斷電，油泵停止供油。G1閥斷電，制動(dòng)器回路切入蓄能器24和比例方向閥17、溢流閥19組成的恒減速制動(dòng)回路。制動(dòng)系統(tǒng)油壓降至溢流閥19設(shè)定值——即貼閘壓力，在此過程閘間隙降為零。同時(shí)，DSP數(shù)字恒減速控制板，根據(jù)安裝于提升機(jī)主軸端的測速機(jī)和編碼器反饋的容器位置和速度參數(shù)，開始調(diào)節(jié)比例方向閥控制信號(hào)，以控制制動(dòng)器油壓。快速連續(xù)調(diào)節(jié)制動(dòng)力矩，直至提升機(jī)速度降至接近于零，最終達(dá)到按恒定減速度減速停車的效果。調(diào)整結(jié)束后，G3、G4閥帶電，系統(tǒng)完全卸荷，制動(dòng)器以大于3倍靜張力差的力矩完全抱閘。

2.2 提升機(jī)恒減速制動(dòng)液壓站的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 油箱

油箱是用于存儲(chǔ)液壓介質(zhì)，與外界進(jìn)行熱交換對油液進(jìn)行自然冷卻，同時(shí)析出氣體，沉淀雜質(zhì)。

液位控制器用于控制油液泄露。較高的液位開關(guān)設(shè)定點(diǎn)表示油液少量流失，當(dāng)油箱液面降低到此液位時(shí)它向控制系統(tǒng)發(fā)出油液泄露報(bào)警信號(hào)，系統(tǒng)做輕故障處理。液位低，標(biāo)明油箱液位低限，低于此液位極有可能導(dǎo)致作異常、油泵損壞，液位控制器向控制系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)中斷重信號(hào)，做故障處理。液位控制器也可根據(jù)液位信號(hào)進(jìn)行其他方式控制。

溫度傳感器用來檢測油液溫度，并用來進(jìn)行系統(tǒng)控制和保護(hù)?？刂葡到y(tǒng)共有4擋溫度設(shè)定值：溫度10℃時(shí)，不允許啟動(dòng)油泵，避免設(shè)備損壞導(dǎo)致不能啟動(dòng)油泵；溫度15℃時(shí)，電加熱器停止；溫度45℃時(shí)，冷卻系統(tǒng)運(yùn)行；溫度40℃時(shí)，冷卻系統(tǒng)停止；溫度60℃時(shí)，表示系統(tǒng)溫升異?；蛱幱诜钦－h(huán)境和條件下工作，此時(shí)提升系統(tǒng)可繼續(xù)工作，但需對系統(tǒng)進(jìn)行仔細(xì)檢查，并注意觀察溫升情況；溫度65℃時(shí)，液壓系統(tǒng)不能正常工作保證制動(dòng)系統(tǒng)的安全，提升機(jī)必須停機(jī)。系統(tǒng)允許一次提升，在油溫降到正常溫度之前不允許重新啟動(dòng)系統(tǒng)。

2只電加熱器安裝于接近油箱底部的側(cè)壁，用于低溫（<10℃）環(huán)境下油液的加熱。該加熱器配合溫度傳感器受PLC程序自動(dòng)控制；也可手動(dòng)開啟和關(guān)閉。液位計(jì)位于油箱正前側(cè)壁，可直接觀察油箱液位和溫度。

泵裝置由電機(jī)、主變量泵和循環(huán)泵組成。一個(gè)7.5 kW的油泵電機(jī)通過聯(lián)軸器連接變量油泵。變量泵自帶一個(gè)調(diào)壓閥設(shè)定油泵最大供油壓力，即最大開閘壓力。循環(huán)泵串聯(lián)在主油泵后。主泵為斜盤式軸向柱塞變量泵，采用恒壓變量工作方式。在制動(dòng)器打開過程全流量輸出，實(shí)現(xiàn)快速開閘；循環(huán)泵用來向過濾冷卻裝置提供循環(huán)油液，用以改善系統(tǒng)工作介質(zhì)狀態(tài)。

2.2.2 主閥組

主閥組是系統(tǒng)核心控制部件。主要有電磁方向閥18、比例方向閥17、比例溢流閥10、溢流閥19及壓力傳感器11和繼電器13等元件安裝在一個(gè)集成油路塊上構(gòu)成。多個(gè)控制元件集成安裝于一個(gè)油路塊上，避免滲漏油液，減少了空間占用。

2.2.3 出口閥組

出口閥組包括球閥21、電磁插裝閥16及用于制動(dòng)回路的壓力傳感器和壓力繼電器。出口球閥用于系統(tǒng)維護(hù)和檢修時(shí)斷開液壓站和閘盤制動(dòng)器之間油路。

2.2.4 蓄能器組

2個(gè)4L皮囊蓄能器組安裝于油箱左側(cè)底座上，用于在安全制動(dòng)時(shí)向系統(tǒng)提供壓力油，保證恒減速功能正常實(shí)施。

2.2.5 電液連接

在液壓站后側(cè)壁上方安裝有一個(gè)接線箱，液壓站除電機(jī)和電加熱器外所有控制信號(hào)均駁接于此。

2.3 提升機(jī)恒減速制動(dòng)系統(tǒng)調(diào)試

E143D型恒減速液壓站安裝定位后，重點(diǎn)液壓站的各項(xiàng)功能進(jìn)行調(diào)試。在正常工作時(shí)壓力穩(wěn)定、溫升正常，升降壓過程順暢。在緊急制動(dòng)時(shí)，要求能實(shí)現(xiàn)恒減速控制，在其中一個(gè)恒減速通道發(fā)生故障時(shí)其他通道仍能正常工作，且滿足《礦井提升機(jī)和礦用絞車液壓站》標(biāo)準(zhǔn)，符合上述標(biāo)準(zhǔn)即可正常運(yùn)行。

2.3.1 工作制動(dòng)部分的調(diào)試

除了需要帶車的聯(lián)動(dòng)實(shí)驗(yàn)以外，液壓系統(tǒng)的全部調(diào)試作業(yè)，皆需要在液壓關(guān)閉的狀況下實(shí)施，全部的電磁鐵不能帶電。

將電液比例溢流閥的安全閥門擰松，開啟油泵發(fā)電設(shè)備，需要將溢流閥電壓調(diào)為最大，并觀察油壓儀表上顯示的參數(shù)，再旋轉(zhuǎn)其安全閥門，讓油壓升至超過正常工作狀態(tài)時(shí)的油壓Pmax，大約1至2 MPa，之后再調(diào)整溢流閥，讓油壓下降至正常工作狀態(tài)時(shí)的油壓Pmax。

查看最小的殘壓參數(shù)。將溢流閥電壓調(diào)整為0，查看殘壓能否低于1.0 MPa。按一定規(guī)律調(diào)整溢流閥的電壓，即可獲取有規(guī)律的油壓變化，把電壓和油壓相對的變化規(guī)律與參數(shù)記錄好，繪制曲線[3]。

2.3.2 安全制動(dòng)部分的調(diào)試

在提升機(jī)鎖定狀態(tài)下打開液壓站出口球閥，系統(tǒng)啟動(dòng)，電磁鐵G1、G3、G4通電，壓力油進(jìn)入盤形制動(dòng)器油缸。在殘壓狀態(tài)或小于2 MPa油壓下通過測壓接頭對制動(dòng)器油缸進(jìn)行排氣，直至有連續(xù)透明的油液流出。油壓需要分成3次，調(diào)整到工作油壓Pmax，調(diào)整環(huán)節(jié)需要查看液壓站的閥門與管道是否有滲漏問題。如果發(fā)現(xiàn)滲漏，需要馬上處理。查看盤形制動(dòng)設(shè)備的操作是否有不規(guī)范的現(xiàn)象，然后將閘瓦的間隙整改成預(yù)設(shè)值。

將盤形制動(dòng)設(shè)備的閘瓦，和制動(dòng)盤中的間隙調(diào)整成0，連接電磁鐵G1、G3、G4的電路，調(diào)節(jié)制動(dòng)設(shè)備為全制動(dòng)形式，閉合剩余盤形制動(dòng)設(shè)備的液壓，之后將液壓站的壓力調(diào)整到開閘的壓力，再把未關(guān)停的盤形制動(dòng)設(shè)備間隙調(diào)整好。液壓壓力歸零后，再閉合調(diào)整完畢的盤形制動(dòng)設(shè)備開關(guān)。將電磁鐵G1、G3、G4的電路閉合，讓制動(dòng)設(shè)備為全制動(dòng)模式。

2.3.3 恒減速制動(dòng)的調(diào)試

將球閥28閉合，把G3、G4電磁鐵連電，將電磁換向閥17.1連電、17.2閉合，開啟油泵，溢流閥將電壓調(diào)整到極限，之后再緩慢調(diào)整溢流閥的19手柄位置，在壓力儀表顯示的壓力數(shù)值，小于P貼值。

比例方向閥試驗(yàn)：溢流閥19調(diào)整完畢之后，將電磁鐵G1閉合，按下電控柜“右移”的按鍵，壓力儀表顯示的數(shù)值為0，然后按下電控柜“停止”的按鍵，壓力儀表顯示依舊是0，再按下電控柜“左移”的按鍵。壓力儀表顯示的數(shù)值，需要和蓄能設(shè)備儀表相同。恒減速制動(dòng)試時(shí)，可以修正電氣調(diào)節(jié)參數(shù)（如圖2所示），使其達(dá)到要求值即可[4]。

3 結(jié)語

依托煤礦行業(yè)中提升設(shè)備恒減速制動(dòng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，本文提出一種恒減速制動(dòng)液壓的設(shè)計(jì)方案，完善了副井提升設(shè)備的不足，使其維護(hù)作業(yè)量減少，優(yōu)化提升系統(tǒng)的可靠性。恒減速功能按多通路并聯(lián)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了安全制動(dòng)回路的冗余和故障回路的自動(dòng)隔離，保證了設(shè)備始終處于恒減速制動(dòng)的保護(hù)下運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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[2] 胡昔兵.一種礦井提升機(jī)恒減速安全制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].有色設(shè)備，2018（2）：4-7.

[3] AQ1033－2007，煤礦用JTP型提升絞車－安全檢驗(yàn)規(guī)范[S].

[4] JB/T3277－2004，礦井提升機(jī)和礦用提升絞車液壓站[S].