張百慧

（晉能控股集團(tuán)忻州窯礦大型設(shè)備隊(duì)，山西 大同 037003）

引言

作為礦機(jī)中的重要設(shè)備之一，提升機(jī)具有運(yùn)輸量大、運(yùn)行速度快、運(yùn)行距離長(zhǎng)的特點(diǎn)，承擔(dān)著運(yùn)送井下設(shè)備、工具及工作人員的任務(wù)，其效率、穩(wěn)定性決定著煤礦的生產(chǎn)效率[1-2]。近年來，隨著科技與人工智能的發(fā)展，提升機(jī)的設(shè)備和安全保障方面都得到了快速發(fā)展，但其在輸送過程中仍常出現(xiàn)故障，多數(shù)故障和提升機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)有關(guān)，當(dāng)出現(xiàn)安全危險(xiǎn)時(shí)制動(dòng)系統(tǒng)是保障設(shè)備、人員等的最后一道屏障，由于制動(dòng)系統(tǒng)是通過液壓系統(tǒng)來調(diào)節(jié)的，因此，為了提高制動(dòng)過程的可靠性和安全性，對(duì)液壓站的液壓系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)是必不可少的[3-4]。

1 礦井提升機(jī)恒減速電液控制系統(tǒng)的組成

礦井提升機(jī)恒減速電液控制系統(tǒng)中包含著電控柜、液壓站、制動(dòng)器，是集合了電氣、液壓和機(jī)械為一體的復(fù)雜控制系統(tǒng)，需要完成提升部件的開動(dòng)與停止，電控柜作為電控系統(tǒng)的核心，具有控制和調(diào)節(jié)的作用，液壓站受控于電控系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)制動(dòng)油壓的大小來調(diào)節(jié)制動(dòng)閘，完成制動(dòng)過程，其中制動(dòng)過程中滾動(dòng)的電信號(hào)反饋給電控箱，監(jiān)測(cè)制動(dòng)情況，制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于制動(dòng)過程的執(zhí)行與反饋可保障提升機(jī)上設(shè)備和人員的安危，見圖1。

圖1 礦井提升機(jī)恒減速電液控系統(tǒng)電信號(hào)的傳遞圖

2 礦井提升機(jī)恒減速電液控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 液壓站的設(shè)計(jì)

在恒減速電液控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，依據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)油液回路的要求、多種制動(dòng)獨(dú)立控制的要求等，設(shè)計(jì)恒減速電液控制系統(tǒng)中的液壓站有兩種不同的制動(dòng)功能，三種不同的安全制動(dòng)方式，四個(gè)工作階段。液壓站的工作包括充油、開車、工作、停車四個(gè)階段，四個(gè)階段依次進(jìn)行組成開合閘回路系統(tǒng)，四個(gè)階段循環(huán)便構(gòu)成提升機(jī)的工作循環(huán)，充油階段為開車前充油檢測(cè)時(shí)系統(tǒng)控制，自動(dòng)進(jìn)行。在該系統(tǒng)下，多種渠道的制動(dòng)方式，獨(dú)立的制動(dòng)設(shè)計(jì)使得制動(dòng)失效風(fēng)險(xiǎn)降低，系統(tǒng)的安全性和可靠性水平較之前有所提高。

2.2 制動(dòng)回路的設(shè)計(jì)

礦井提升機(jī)恒減速電液控制系統(tǒng)的制動(dòng)回路主要包括工作制動(dòng)回路、一級(jí)制動(dòng)回路、二級(jí)制動(dòng)回路、恒減速制動(dòng)回路等，設(shè)計(jì)時(shí)將運(yùn)行階段的供油回路和制動(dòng)階段的回油回路設(shè)置為獨(dú)立回路，互不干擾，其中制動(dòng)階段的回油回路設(shè)置兩條以避免其中一條失效，關(guān)鍵的電磁換向閥必須有冗余，在制動(dòng)過程中該電磁換向閥要有優(yōu)先權(quán)，即設(shè)計(jì)的制動(dòng)回路需考慮多種情況下都能有效制動(dòng)。如圖2 所示為安全制動(dòng)流程圖。

圖2 安全制動(dòng)流程圖

另外，在關(guān)鍵的油路節(jié)點(diǎn)上要加裝油壓檢測(cè)，通過精密壓力表、壓力繼電器、壓力傳感裝置等來監(jiān)控油壓。根據(jù)不同的情況擇優(yōu)選擇制動(dòng)回路，恒減速制動(dòng)是主要的制動(dòng)回路，當(dāng)恒減速制動(dòng)回路安全信號(hào)掉電時(shí)，系統(tǒng)立即啟用一、二級(jí)制動(dòng)的選擇程序，快速做出判斷，擇優(yōu)啟動(dòng)制動(dòng)回路。

在恒減速制動(dòng)回路工作時(shí)，理論的制動(dòng)距離可通過公式（1）計(jì)算出來：

式中：s 為理論制動(dòng)距離，m；v0為初始制動(dòng)速度，m/s；a 為制動(dòng)減速度，m/s2。

可見，理論制動(dòng)距離的長(zhǎng)度受初始制動(dòng)速度和制動(dòng)減速度的影響，但初始制動(dòng)速度會(huì)很快，系統(tǒng)在計(jì)算時(shí)要考慮制動(dòng)滯后的影響，因此設(shè)計(jì)時(shí)考慮了恒減速制動(dòng)距離必須大于理論制動(dòng)距離，避免制動(dòng)距離超過停車點(diǎn)撞擊井架事故的發(fā)生，流出最后階段制動(dòng)位置調(diào)整的時(shí)間和距離。即便恒減速制動(dòng)回路制動(dòng)效果不佳，也有執(zhí)行備用制動(dòng)回路的時(shí)間和空間。

2.3 電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

礦井提升機(jī)恒減速電液控制系統(tǒng)的電控系統(tǒng)是與液壓系統(tǒng)共同作業(yè)的重要系統(tǒng)，分為輸入層、控制層輸出層和管理層，其中輸入層主要負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集并轉(zhuǎn)化為信號(hào)輸出給控制層，主要由監(jiān)測(cè)部件（傳感器、編碼器等）組成；控制層通過對(duì)輸入層信號(hào)的分析處理，發(fā)出控制指令，完成與管理層的通訊；輸出層則是負(fù)責(zé)將控制指令按程序設(shè)置完成執(zhí)行；管理層則是通過監(jiān)控軟件對(duì)輸入層和輸出層的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行顯示，并對(duì)系統(tǒng)的必要參數(shù)進(jìn)行設(shè)置或更改，建立人機(jī)交互的智能反饋。

本方案的提升機(jī)恒減速電控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)回路的精準(zhǔn)控制，利用PLC作為電控系統(tǒng)的控制器，結(jié)合HMI 完成通訊功能，系統(tǒng)具備的靈活性、可靠性、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。電控系統(tǒng)包括主要功能和輔助功能兩部分，如圖3 所示，主要功能控制液壓系統(tǒng)安全制動(dòng)的執(zhí)行和提升機(jī)的開合閘，實(shí)現(xiàn)工作制動(dòng)和安全制動(dòng)；輔助功能為監(jiān)控、記錄、顯示和報(bào)警，例如電磁閥的工作狀態(tài)的記錄和監(jiān)控，油壓和油量的監(jiān)控和記錄等，當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，便于控制人員查找異常狀態(tài)部件并根據(jù)報(bào)警快速分析故障部位。

圖3 電控系統(tǒng)圖

3 礦井提升機(jī)恒減速電液控制系統(tǒng)的仿真研究

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，分別建立了動(dòng)力學(xué)模型、液壓回路模型，再通過聯(lián)合仿真的方式在Simulink 平臺(tái)中建立了恒減速電液控制系統(tǒng)。通過對(duì)比，發(fā)現(xiàn)該礦井提升機(jī)恒減速電液控制系統(tǒng)制動(dòng)回路安全可靠，在恒減速制動(dòng)回路失效的情況下，可安全切換為一級(jí)或者二級(jí)制動(dòng)，有效避免了制動(dòng)失效的情況。

4 結(jié)論

結(jié)合新標(biāo)準(zhǔn)，通過對(duì)該礦井提升機(jī)恒減速電液控制系統(tǒng)的研究得出以下結(jié)論：

1）多種渠道的制動(dòng)方式，獨(dú)立的制動(dòng)設(shè)計(jì)使得該系統(tǒng)的制動(dòng)失效風(fēng)險(xiǎn)降低；

2）該礦井提升機(jī)恒減速電液控制系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)的安全性和可靠性水平較之前有所提高。