引言

礦井提升機(jī)是煤礦上常用的一種物料輸送設(shè)備,其工作穩(wěn)定性和安全性直接關(guān)系到物料的運(yùn)輸效率和運(yùn)輸安全。礦井提升機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中一旦出現(xiàn)異常需要緊急制動(dòng)時(shí),會(huì)對(duì)提升鋼絲繩產(chǎn)生一個(gè)巨大的制動(dòng)力,鑒于鋼絲繩的柔性特性,制動(dòng)力在鋼絲繩內(nèi)傳輸?shù)倪^(guò)程中會(huì)產(chǎn)生巨大的沖擊,嚴(yán)重影響提升機(jī)機(jī)架的使用安全性,特別是隨著綜采作業(yè)技術(shù)水平的不斷提高,煤礦井下的綜采作業(yè)深度不斷加大,提升機(jī)的提升深度也隨之增加,進(jìn)一步增強(qiáng)了緊急制動(dòng)時(shí)的沖擊力。因此,為了降低提升機(jī)在制動(dòng)過(guò)程中的振動(dòng)、沖擊力,提高制動(dòng)穩(wěn)定性,本文提出了一種新的礦井提升機(jī)制動(dòng)控制系統(tǒng),能夠極大地優(yōu)化制動(dòng)特性曲線,減小制動(dòng)沖擊,提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。

1礦井提升機(jī)制動(dòng)控制原理

當(dāng)?shù)V井提升機(jī)進(jìn)行緊急制動(dòng)時(shí),需要在盡可能短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)制動(dòng),若制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)力過(guò)大,會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩上產(chǎn)生巨大的制動(dòng)負(fù)荷,嚴(yán)重時(shí)甚至造成鋼絲繩的斷裂及提升機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的損壞:若制動(dòng)力矩偏小,則會(huì)導(dǎo)致停車(chē)時(shí)間過(guò)長(zhǎng),無(wú)法滿足快速制動(dòng)的要求。因此,礦井提升機(jī)制動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求是,在確保制動(dòng)時(shí)間滿足緊急制動(dòng)要求的基礎(chǔ)上盡量降低制動(dòng)負(fù)荷對(duì)提升機(jī)系統(tǒng)的影響。

通過(guò)分析礦井提升機(jī)制動(dòng)需求,本文提出了一種新的制動(dòng)控制系統(tǒng),將提升速度監(jiān)測(cè)點(diǎn)從鋼絲繩轉(zhuǎn)移到提升機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)上,通過(guò)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的監(jiān)控對(duì)提升速度進(jìn)行判斷,改變了傳統(tǒng)的監(jiān)控結(jié)果極易受到鋼絲繩振動(dòng)、沖擊影響而與實(shí)際結(jié)果產(chǎn)生較大偏差的缺陷。同時(shí)將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)變成電控信號(hào)傳輸?shù)剿俣瓤刂破鲀?nèi),實(shí)現(xiàn)對(duì)提升速度的閉環(huán)控制。在制動(dòng)過(guò)程中通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)的壓力傳感器對(duì)制動(dòng)時(shí)液壓系統(tǒng)的油壓進(jìn)行監(jiān)控,通過(guò)控制液壓油的工作壓力實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)力大小的精確控制,確保了制動(dòng)時(shí)能夠逐步施加制動(dòng)壓力,達(dá)到精確控制制動(dòng)減速度的目的。為了確保該制動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性,設(shè)置了兩組制動(dòng)系統(tǒng),一備一用,當(dāng)主制動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)能夠零間隔切換到備用制動(dòng)系統(tǒng)上,從而確保制動(dòng)過(guò)程的穩(wěn)定性。該制動(dòng)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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)控制系統(tǒng)的建模分析

為了對(duì)該控制系統(tǒng)的制動(dòng)效果進(jìn)行分析,本文利用Simu1ink仿真分析軟件建立了該提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的仿真分析模型。該提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的核心在于系統(tǒng)內(nèi)電液比例方向閥和制動(dòng)油缸上的壓力傳感器之間所形成的一種閉環(huán)調(diào)節(jié)關(guān)系,需要保證該閉環(huán)內(nèi)信息的傳遞連續(xù)性,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)系統(tǒng)制動(dòng)力矩的靈活控制。根據(jù)礦井提升機(jī)的結(jié)構(gòu)特性,本文在對(duì)其進(jìn)行仿真分析時(shí)選擇了由彈性元件和黏性元件共同構(gòu)成的開(kāi)爾文模型作為仿真分析的基礎(chǔ)模型,在設(shè)置仿真分析的邊界條件時(shí),根據(jù)礦上所用的提升機(jī)在提升過(guò)程最危險(xiǎn)工況下的緊急制動(dòng)進(jìn)行分析,其最大載重約為20t,要求在t8內(nèi)完成制動(dòng),穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的最大速度為10m/8,則該提升機(jī)控制系統(tǒng)在最大速度下的制動(dòng)效果與采用傳統(tǒng)控制方式的制動(dòng)效果對(duì)比如圖2所示。

圖2不同制動(dòng)控制方式下制動(dòng)速度變化曲線

由仿真分析結(jié)果可知,在采用傳統(tǒng)控制方式時(shí),當(dāng)對(duì)高速運(yùn)行中的提升機(jī)進(jìn)行制動(dòng)時(shí),在1.t8內(nèi)提升機(jī)的速度即可由10m/s降低到約2.6m/s,然后基本以恒定的速度運(yùn)行,并在第7s后進(jìn)行二次制動(dòng),停止提升機(jī)運(yùn)行。當(dāng)采用優(yōu)化后的制動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí),提升機(jī)開(kāi)始制動(dòng),系統(tǒng)首先以恒定的制動(dòng)加速度使提升機(jī)運(yùn)行速度降低到5m/s,然后再增加制動(dòng)力矩,提升制動(dòng)加速度,使其完成第二個(gè)階段的制動(dòng)。該控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于,首先以較為平緩的制動(dòng)加速度使提升機(jī)速度降低到一個(gè)較低的水平,然后再增加制動(dòng)力矩,加速制動(dòng),滿足在平穩(wěn)制動(dòng)情況下的快速制動(dòng)需求。

3結(jié)論

本文針對(duì)提升機(jī)控制系統(tǒng)存在制動(dòng)沖擊、振動(dòng)大,嚴(yán)重影響制動(dòng)安全的缺陷,提出了一種新的礦井提升機(jī)制動(dòng)控制系統(tǒng),介紹了該控制系統(tǒng)的工作原理,同時(shí)利用仿真分析軟件對(duì)不同制動(dòng)控制系統(tǒng)下的制動(dòng)速度變化情況進(jìn)行了分析,結(jié)果表明:

(1)該控制系統(tǒng)采用了全新的逐級(jí)加壓控制方式,在制動(dòng)過(guò)程中通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)的壓力傳感器對(duì)制動(dòng)時(shí)液壓系統(tǒng)的油壓進(jìn)行監(jiān)控,通過(guò)控制液壓油的工作壓力實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)力大小的精確控制,確保了制動(dòng)時(shí)能夠逐步施加制動(dòng)壓力,以精確控制制動(dòng)減速度。

(2)該控制系統(tǒng)首先以恒定的制動(dòng)加速度使提升機(jī)的運(yùn)行速度降低,然后再增加制動(dòng)力矩,增加制動(dòng)加速度,使其完成第二個(gè)階段的制動(dòng)。在制動(dòng)過(guò)程中首先以較為平緩的制動(dòng)加速度降低提升機(jī)速度,然后增加制動(dòng)力矩,加速制動(dòng),滿足在平穩(wěn)制動(dòng)情況下的快速制動(dòng)需求。