郭 亮

（陽(yáng)煤集團(tuán)五礦， 山西 陽(yáng)泉 045000）

引言

提升機(jī)作為井下物料進(jìn)出的通道，其運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)系到物料運(yùn)輸?shù)男屎桶踩?。由于鋼絲繩具有黏彈性特性，在制動(dòng)的過(guò)程中存在巨大的動(dòng)力沖擊，導(dǎo)致提升機(jī)出現(xiàn)打滑、機(jī)架振動(dòng)等，給提升機(jī)的運(yùn)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(jī)的運(yùn)行速度和制動(dòng)穩(wěn)定性之間的對(duì)立關(guān)系越發(fā)嚴(yán)重，因此本文分析一種新的礦井提升機(jī)制動(dòng)控制系統(tǒng)。

1 提升機(jī)制動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

礦井提升機(jī)的制動(dòng)實(shí)際上是統(tǒng)控制信號(hào)對(duì)液壓制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出控制指令，通過(guò)控制液壓系統(tǒng)電磁閥的開(kāi)口度，實(shí)現(xiàn)對(duì)作用在制動(dòng)盤上的制動(dòng)力的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)的恒減速平穩(wěn)制動(dòng)控制，該控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示[1]。

由圖1 可知，該礦井提升機(jī)制動(dòng)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(guò)電控單元對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制。當(dāng)提升機(jī)正常提升作業(yè)時(shí)，提升滾筒兩側(cè)的制動(dòng)油缸打開(kāi)，蓄能器內(nèi)存儲(chǔ)大量的高壓油液，同時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入間隔供油狀態(tài)，保持制動(dòng)油缸的打開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)提升機(jī)接到制動(dòng)信號(hào)后電磁換向閥得電換向，蓄能器內(nèi)的高壓油液通過(guò)比例溢流閥進(jìn)入到制動(dòng)油缸的無(wú)桿腔，開(kāi)始對(duì)提升滾筒進(jìn)行制動(dòng)作業(yè)，此時(shí)設(shè)置在提升滾筒上的光電編碼器對(duì)提升機(jī)的實(shí)際運(yùn)行速度進(jìn)行聯(lián)系測(cè)定，將測(cè)量結(jié)果傳遞給微控制器，在微控制器內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，輸出電磁控制信號(hào)，由該電磁信號(hào)控制比例溢流閥的開(kāi)口開(kāi)度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)作用在提升滾筒上制動(dòng)力的調(diào)節(jié)，滿足不同制動(dòng)條件下的安全制動(dòng)需求，提升在制動(dòng)過(guò)程中的穩(wěn)定性和可靠性。

圖1 礦井提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 提升機(jī)制動(dòng)控制系統(tǒng)的檢測(cè)核心光電編碼器工作原理

為了解決傳統(tǒng)的提升機(jī)測(cè)速裝置在鋼絲繩振動(dòng)、沖擊情況下監(jiān)測(cè)穩(wěn)定性差的難題，在該提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)上應(yīng)用一種以光電編碼器為核心的提升機(jī)運(yùn)行速度檢測(cè)系統(tǒng)。該光電編碼器[2]設(shè)置在提升機(jī)的滾筒轉(zhuǎn)軸上，提升機(jī)滾筒在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中帶動(dòng)編碼器碼盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，光線將在編碼器的碼盤上形成一個(gè)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(guò)形成一個(gè)方形的脈沖波，同時(shí)電控部分將光電信號(hào)轉(zhuǎn)換為提升機(jī)的運(yùn)行速度及速度變化情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)控。光電編碼器的碼盤上分為兩個(gè)扇區(qū)，兩個(gè)扇區(qū)之間呈90°布置，不同扇區(qū)的信號(hào)包含有不同的數(shù)據(jù)信息，因此通過(guò)對(duì)光電信號(hào)的解讀即可獲取編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，統(tǒng)對(duì)計(jì)數(shù)過(guò)程中的脈沖信息數(shù)量的監(jiān)測(cè)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速、加速度、運(yùn)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(jié)構(gòu)如圖2 所示[3]。

圖2 光電編碼器基本結(jié)構(gòu)示意圖

3 提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)控制邏輯

為了確保該提升機(jī)系統(tǒng)的制動(dòng)穩(wěn)定性和可靠性，根據(jù)提升機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和制動(dòng)流程，對(duì)該制動(dòng)控制系統(tǒng)的控制邏輯進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)如圖3 所示[4]。

圖3 提升機(jī)制動(dòng)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(shí)，首先通過(guò)光電編碼器對(duì)提升機(jī)工作時(shí)的實(shí)際運(yùn)行速度進(jìn)行檢測(cè)，然后將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)的微控制處理器內(nèi)，通過(guò)對(duì)控制中心的控制減速指令的對(duì)比，獲取實(shí)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(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)比例放大器放大后控制比例溢流閥的開(kāi)度大小，控制作用在制動(dòng)機(jī)構(gòu)上制動(dòng)力的大小，通過(guò)該閉環(huán)反饋控制邏輯實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)在不同工況下運(yùn)行速度的合理調(diào)整和控制，實(shí)現(xiàn)恒減速的制動(dòng)需求。

4 提升機(jī)制動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

為了對(duì)該提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行分析，本文以JK-2.5×2.3P 提升機(jī)控制系統(tǒng)為改造對(duì)象，設(shè)置提升機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量為7.6 t，最大運(yùn)行速度為4.0 m/s，在當(dāng)給制動(dòng)系統(tǒng)一個(gè)制動(dòng)信號(hào)后，對(duì)原控制方式和新的制動(dòng)控制方式的制動(dòng)效果進(jìn)行跟蹤測(cè)量，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 不同制動(dòng)控制方案下的制動(dòng)效果

由圖4 可知，在舊的制動(dòng)控制系統(tǒng)下，制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)時(shí)間約0.61 s，而新制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)時(shí)間僅0.3 s，比優(yōu)化前降低了50.8%。舊制動(dòng)系統(tǒng)下的制動(dòng)距離約為3.2 m，新制動(dòng)系統(tǒng)下的制動(dòng)距離約為2.6 m，比優(yōu)化前降低了18.8%，且在整個(gè)制動(dòng)過(guò)程中未出現(xiàn)振動(dòng)、沖擊，制動(dòng)穩(wěn)定性得到了顯著提升，極大地提升了制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)可靠性和穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

1）光電編碼器測(cè)速裝置能夠有效克服提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的不穩(wěn)定性帶來(lái)的測(cè)速失真，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速、加速度、運(yùn)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(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)時(shí)間僅0.3 s，比優(yōu)化前降低了50.8%，制動(dòng)距離約為2.6 m，比優(yōu)化前降低了18.8%，提升了制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)可靠性和穩(wěn)定性。