劉天林　馬寧　劉陽(yáng)　車(chē)強(qiáng)強(qiáng)　王立杰

摘要：多繩摩擦式提升機(jī)是地下礦山的生產(chǎn)建設(shè)的重要組成部分，制動(dòng)系統(tǒng)是礦井提升機(jī)的重要安全保障。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，地下礦山的安全形勢(shì)越來(lái)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(guò)對(duì)恒減速液壓站的組成及緊急停車(chē)時(shí)的油路分析，恒減速液壓站具有良好的制動(dòng)性能，有效提高礦井提升機(jī)的安全穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：礦井提升機(jī);制動(dòng)裝置;液壓站;恒減速

1 前言

礦井提升是礦井生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，提升機(jī)及其輔助設(shè)備是地下礦山最重要的大型機(jī)電設(shè)備之一，是礦井運(yùn)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(jī)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(guó)生產(chǎn)和使用的礦井提升機(jī)可分為纏繞式和摩擦式兩大類(lèi)，相對(duì)于單繩纏繞式提升機(jī)，多繩摩擦式提升機(jī)有提升能力大、提升高度高、安全系數(shù)高等優(yōu)勢(shì)，許多大型地下礦山采用多繩摩擦式提升機(jī)。

礦井提升機(jī)主要由井架、天輪、提升容器、鋼絲繩、提升機(jī)、控制系統(tǒng)、制動(dòng)裝置等組成。制動(dòng)裝置是提升機(jī)的重要組成部分，直接關(guān)系設(shè)備的安全運(yùn)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(dòng)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(dòng)裝置恒減速功能較為穩(wěn)定可靠。

2 恒減速制動(dòng)液壓裝置的組成

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

2.1 液壓站組成及其功能

制動(dòng)液壓站是提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的供油中樞，液壓站的控制系統(tǒng)同提升機(jī)的拖動(dòng)類(lèi)型、自動(dòng)化程度相匹配。在直流拖動(dòng)提升系統(tǒng)中，由于提升機(jī)的調(diào)速性能較好，液壓站控制的制動(dòng)單元一般只是用于提升作業(yè)完畢時(shí)停車(chē)和安全制動(dòng)。而在交流拖動(dòng)的提升系統(tǒng)中，液壓站除提升完畢時(shí)停車(chē)和安全制動(dòng)功能外，因制動(dòng)單元還參與提升機(jī)速度的控制，所以液壓站還應(yīng)具有調(diào)節(jié)制動(dòng)力矩的作用，即調(diào)節(jié)制動(dòng)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(gè)可容納200L液壓油的油箱，液壓油必須通過(guò)安裝在油箱上的注油過(guò)濾器注入，此外油箱上還有油位計(jì);帶自控功能的加熱器;帶循環(huán)功能的冷卻風(fēng)機(jī)，在冷卻液壓油的同時(shí)能夠?qū)τ瓦M(jìn)行循環(huán)，過(guò)濾油內(nèi)的雜質(zhì);液壓站油箱還裝配了一個(gè)PT100測(cè)溫元件，PLC控制系統(tǒng)通過(guò)PT100傳感器獲取油溫信息，從而對(duì)油溫進(jìn)行控制，控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有4個(gè)溫度等級(jí)，分別為低溫油泵無(wú)法啟動(dòng)、冷卻設(shè)備啟動(dòng)溫度、高溫報(bào)警溫度、高溫故障溫度。

2.1.2 主油泵

主油泵為柱塞泵，一臺(tái)液壓站在油箱下面安裝一個(gè)主油泵。在主油泵的進(jìn)口管道上配置一個(gè)關(guān)閉閥，這個(gè)關(guān)閉閥由一個(gè)限位開(kāi)關(guān)進(jìn)行監(jiān)控，限位開(kāi)關(guān)可提示控制系統(tǒng)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，對(duì)主油泵進(jìn)行檢修時(shí)，無(wú)需將油箱內(nèi)的液壓油排出，只需關(guān)閉管道的閥門(mén)即可檢修。

2.1.3 液壓控制閥組

在液壓站內(nèi)配置一個(gè)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(guò)程易操作，同時(shí)還可以減少泄露點(diǎn)。出于安全考慮，閥組及其閥門(mén)設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)急停時(shí)維持制動(dòng)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(mén)對(duì)進(jìn)出蓄能器的油進(jìn)行控制。蓄能器上安裝了一個(gè)壓力傳感器，對(duì)充入蓄能器氮?dú)鈮毫M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。為保證恒減速制動(dòng)能夠有效實(shí)施，蓄能器的氮?dú)鈮毫π杈S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(jī)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(duì)提升控制還有一些檢測(cè)功能，比如測(cè)速發(fā)電機(jī)監(jiān)視，支持直流電源監(jiān)測(cè)和系統(tǒng)壓力指示。

礦井提升機(jī)的緊急制動(dòng)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(pán)之間的摩擦系數(shù)，這些因素會(huì)導(dǎo)致提升機(jī)在緊急制動(dòng)時(shí)的減速度存在差異。在提升機(jī)的應(yīng)用中，受這些因素的影響，在緊急停車(chē)時(shí)可獲得的減速度可能太低，超過(guò)危險(xiǎn)的停止距離，或減速度太高，停車(chē)慣性太大，造成人員傷亡、設(shè)備損毀。在緊急制動(dòng)期間，恒力矩制動(dòng)不能滿(mǎn)足減速度在1.5m/s2至5m/s2之間;恒力矩緊急制動(dòng)時(shí)由于制動(dòng)力矩過(guò)大，極易造成提升機(jī)滾筒發(fā)生滑繩。BCC-1型閘卡的緊急制動(dòng)功能能夠根據(jù)提升機(jī)的運(yùn)行工況，引起相同的減速度，即制動(dòng)轉(zhuǎn)矩遞增到減速度的所需值。

3 恒減速制動(dòng)的工作原理

液壓站是礦井提升機(jī)制動(dòng)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(jī)急停時(shí)的壓力供應(yīng)

礦井提升機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，制動(dòng)單元的壓力會(huì)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(jī)在正常制動(dòng)時(shí)，與蓄能器相連的40號(hào)方向閥得電，此油路關(guān)閉。17號(hào)流量閥與40號(hào)閥串聯(lián)，其作用是調(diào)整蓄能器的放空時(shí)間，一般不得低于VMAX/2S，這個(gè)時(shí)間對(duì)實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的恒減速功能至關(guān)重要。19號(hào)單向閥與40號(hào)閥、17號(hào)閥串聯(lián)，它在40號(hào)閥得電關(guān)閉時(shí)仍可允許油路通過(guò)蓄能器;提升機(jī)在發(fā)生急停時(shí)，6號(hào)油泵會(huì)停止工作，16、32、40號(hào)閥門(mén)失電，蓄能器通過(guò)17號(hào)閥門(mén)向制動(dòng)單元釋放恒定流量的液壓油。

3.2 恒減速急停時(shí)的壓力降低過(guò)程

提升機(jī)發(fā)生急停時(shí)，16、32、40號(hào)閥門(mén)及主油泵用電機(jī)的電源會(huì)被切斷，此時(shí)系統(tǒng)的油將通過(guò)11和25號(hào)閥門(mén)回油箱，直到系統(tǒng)壓力達(dá)到11號(hào)閥設(shè)定的壓力為11MPa，此時(shí)制動(dòng)塊與制動(dòng)盤(pán)接觸，系統(tǒng)達(dá)到11MPa后，11號(hào)閥門(mén)關(guān)閉，系統(tǒng)的液壓油將繼續(xù)通過(guò)25號(hào)閥門(mén)回油箱，在向油箱回油的過(guò)程中，使用電池供電的BCC-1型閘卡采集測(cè)速電機(jī)的信號(hào)，計(jì)算急停過(guò)程的需要的合適力矩，同時(shí)閘卡會(huì)向37號(hào)比例調(diào)節(jié)閥發(fā)出控制16號(hào)閥開(kāi)啟的信號(hào)，從而達(dá)到所需的減速度。其中37號(hào)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(dòng)力矩一致。直至提升機(jī)的速度減為零，制動(dòng)單元的全力矩作用在制動(dòng)盤(pán)。

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(shí)回油路徑采用雙回路，安全系數(shù)顯著增高。通過(guò)對(duì)提升機(jī)恒減速液壓站的組成及急停時(shí)系統(tǒng)壓力供應(yīng)、回油路線(xiàn)的分析，對(duì)恒減速制動(dòng)系統(tǒng)有了更深刻的認(rèn)識(shí)，方便日后對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的維護(hù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]毋虎城.礦山運(yùn)輸與提升設(shè)備[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2006.

[2]張富民，鄭錫恩等.采礦設(shè)計(jì)手冊(cè).礦山機(jī)械卷[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1988.

[3]馬建民，趙增玉.現(xiàn)代提升機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2002.

[4]晉民杰、韓建華.提升機(jī)設(shè)計(jì)理論及現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法研究[M].北京：國(guó)防工業(yè)大學(xué)出版社，2012.