CN102219161B - 一种矿井提升机双工作点恒减速安全制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种矿井提升机双工作点恒减速安全制动系统，是为进一步提高制动系统的制动性能和应用范围而设计的，包括：制动功能执行元件、液压站、恒减速闭环电气控制装置和检测反馈装置；还包括主电控系统，根据提升系统的特征参数识别重物上提或下放工况并发出相应的指令信号至恒减速闭环电气控制装置；所述电气控制装置设有双套恒减速闭环制动控制回路，每套控制回路含有各自的恒减速控制板，每个控制板预先设定所对应的恒减速工作点；所述电气控制装置通过PLC控制程序，工况选择控制指令进行上提和下放工况的控制回路及恒减速控制板的选择；所述制动系统收到提升系统发出的安全制动指令后，即按照预先所选定的恒减速工作点实施安全制动。

Description

一种矿井提升机双工作点恒减速安全制动系统

技术领域

本发明涉及矿井提升机安全制动控制技术领域,具体涉及一种矿井提升机双工作点恒减速安全制动系统。

背景技术

矿井提升机是矿山开采的咽喉设备，承担着井上井下之间矿物、设备、材料和人员输送的重要任务，其性能好坏对于矿山安全生产十分重要。矿井提升机电液制动系统是关系到提升机安全性能的关键部件。

安全制动是指在提升机或提升绞车的运行过程中，为避免出现安全事故时迅速停车的制动行为。安全制动过程主要是由电液制动系统完成的，电液制动系统由盘形制动器、液压站、电控柜、检测反馈装置、液压管路及连接电缆组成。

目前，部分矿井提升机、特别是大型多绳摩擦式提升机多数采用恒值闭环恒减速电液制动装置实现安全制动过程。如2011年4月27日公开的专利申请号为201010534232.7的申请文件中，提出了“一种矿井提升机恒减速安全制动系统及制动方法”；其中，公开了矿井提升机恒减速电液制动装置所组成的闭环控制系统是一种具有减速度恒值闭环自动控制功能的新型矿井提升机制动系统。在实施安全制动时，电液制动系统可以实现在不同载荷、不同速度及不同工况下，使提升系统按照给定工作点的恒定减速度进行制动。在检测装置检测到提升机实际减速度偏离工作点给定值的情况下，通过电液闭环制动控制系统的反馈调节和补偿作用，使偏差迅速减小、保持制动过程减速度恒定不变，达到恒减速制动的效果。

上述制动方式避免了恒力矩二级安全制动方式存在的制动减速度变化大，制动冲击大，制动过程不平稳，制动安全可靠性欠优的不足；提高了制动平稳性和安全可靠性，使制动系统达到最佳的安全可靠性和技术经济性。

然而，虽然上述制动方式具有良好的制动性能，但由于其恒减速闭环给定的工作点只有一个单值，不论哪种工况下都是按照同一个预先给定的工作点减速度值运行；而提升系统的全部工况包括重载上提和重载下放这两种受力状态差别很大的工况（空载工况只是上述两种工况衔接和过渡的一个点工况，不代表一种工况范围，故不需要列入），因此也存在不足之处：

1、这种闭环控制系统的闭环工作点只有一个单设定值，所以其工作点必须同时满足大于提升系统重载下放时安全规程规定的最小制动减速度值和小于多绳摩擦提升机运行过程最小防滑极限制动减速度值这两个条件，即工作点工作在这两条曲线之间。在大多数情况下这个条件都可以得到满足。而在实际提升系统中，如果提升系统质量模数（提升系统有效提升载荷与总变位质量之比值）较大，就可能出现最小防滑极限制动减速度值与提升系统重载下放时安全规程规定的最小制动减速度值接近，甚至小于后者，这样这个闭环系统的单设定值就无法找到工作点的工作范围，无法用同一个制动减速度同时满足不同的制动工况。对于这种情况，一般的解决办法就是对提升系统增加绳端配重，以降低提升系统质量模数，达到满足防滑条件的目的。但这样必然带来提升系统的驱动功率增加，最大制动力矩增加、制动器数量增加的后果，继而增加设备成本和工程投资。

2、对于一个矿井提升机制动系统来说，对于制动效果的追求应该是在保证高度安全可靠性和优越制动过程品质的前提下使制动时间和制动距离尽可能短。在矿井提升系统中，虽然在上提和下放工况均要求安全制动减速度不得超过各自的限定值，但上提和下放工况的限定值是不同的：下放工况限定值较小，上提工况限定值较大。单工作点恒值闭环恒减速制动系统只有一个单设定值，因此只能按下放工况的较小值设定。这样在上提工况下的安全制动减速度就偏小，虽然仍符合安全规程的要求，可以满足使用要求，但制动距离较长，不是最为理想的制动状态。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种矿井提升机双工作点恒减速安全制动系统，使矿井提升机恒减速安全制动系统的制动性能和应用范围有所提高，同时为提高矿井提升系统整机参数性能奠定基础。

为实现上述发明目的，本发明创造采用如下技术方案：

本发明的矿井提升机双工作点恒减速安全制动系统，包括：制动功能执行元件、液压站、恒减速闭环电气控制装置和检测反馈装置；所述检测反馈装置通过连接电缆与恒减速闭环电气控制装置相连，并反馈检测到的数值信号至恒减速闭环电气控制装置；所述恒减速闭环电气控制装置根据反馈数值与给定数值比较结果发出控制指令至液压站的电液比例换向阀，所述电液比例换向阀执行电液信号转换，输出按输入指令变化的液压压力流量至制动功能执行元件；

所述制动系统还包括主电控系统，根据提升系统提升工作过程中的特征参数识别重物上提或重物下放工况并发出相应的指令信号至恒减速闭环电气控制装置；

所述恒减速闭环电气控制装置设有双套恒减速闭环制动控制回路，每套恒减速闭环制动控制回路含有各自的恒减速控制板，每个恒减速控制板预先设定所对应的恒减速工作点；所述恒减速闭环电气控制装置与主电控系统电性连接，所述主电控系统通过PLC控制程序，发出工况选择控制指令至恒减速闭环电气控制装置进行上提和下放工况的恒减速闭环制动控制回路及恒减速控制板的选择；所述制动系统收到提升系统发出的安全制动指令后，即按照预先所选定的恒减速工作点实施安全制动。

为更好的实施本发明创造，所述制动功能执行元件设置为盘形制动器。

为更好的实施本发明创造，所述液压站包括储能装置，至少包括一个将输入的电信号转换为相应液压流量及改变液流方向的电液比例换向阀，还包括一个切换液压站正常工作工况与安全制动工况的电磁换向阀；所述储能装置与电液比例换向阀、电磁换向阀液压管路连接，电磁换向阀出口端经液压管路连接至盘形制动器油缸。

为更好的实施本发明创造，所述液压站的电液比例换向阀的入口端接储能装置，所述电液比例换向阀和电磁换向阀之间设旁路溢流阀；所述电磁换向阀经截止阀连至盘形制动器油缸；所述储能装置与液压泵源通过单向阀相关连并获取压力油补充，所述单向阀允许流体朝向储能装置的方向流动而不能反向流动。

为更好的实施本发明创造，所述检测反馈装置包括设置在提升卷筒上的测速传感器，所述测速传感器采集提升机减速度信号并输入恒减速闭环电气控制装置，恒减速闭环电气控制装置接收所述减速度信号并与给定的速度值进行比较发出控制指令，所述控制指令经电信号处理传输至电液比例换向阀，电液比例换向阀将电信号控制指令转换为液压信号并输出按输入电信号控制指令变化的液压压力信号控制盘形制动器油缸压力形成速度闭环控制回路。

为更好的实施本发明创造，所述检测反馈装置还包括设置在电液比例换向阀出口端与盘形制动器油缸之间液压管路上的压力传感器；所述压力传感器将采集到的油压信号经恒减速闭环电气控制装置处理后反馈至电液比例换向阀入口端，形成压力闭环控制回路。

为更好的实施本发明创造，输入电液比例换向阀的电信号控制指令为正信号时，电液比例换向阀进油阀口开启、泄油阀口关闭，储能装置与电液比例换向阀的进油阀口联通，液压油通过电液比例换向阀进油阀口进入盘形制动器油缸，进行开闸或减小制动力矩的操作，所述电液比例换向阀进油阀口开启大小与输入的电信号控制指令大小成比例。

为更好的实施本发明创造，输入电液比例换向阀的电信号控制指令为负信号时，电液比例换向阀泄油阀口开启、进油阀口关闭，盘形制动器油缸与电液比例换向阀泄油阀口联通、液压油通过电液比例换向阀泄油阀口流回油箱进行合闸或增加制动力矩的操作，所述电液比例换向阀泄油阀口开启大小与输入的电信号控制指令大小成比例。

为更好的实施本发明创造，输入电液比例换向阀的电信号控制指令为零时，电液比例换向阀阀芯在弹簧力的作用下自动处于中间位置，压力油源入口、通往盘形制动器油缸的工作油口和泄油口处于关闭状态，制动系统处于停止调节工况。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

1、在提升系统质量模数（提升系统有效提升载荷与总变位质量之比）较大的情况下，就可能出现最小防滑极限制动减速度值与提升系统重载下放时安全规程规定的最小制动减速度值接近，甚至小于后者，这样此闭环制动系统的单设定值就无法找到同时满足两种工况工作点的工作范围，无法用同一个制动减速度同时满足不同的制动工况。而本发明则可以解决这个问题，在重载上提工况下安全制动时，闭环系统自动按照较大的减速度工作点进行闭环调节；当改变为重载下放工况下进行安全制动时，闭环系统则自动按照较小的减速度工作点进行闭环调节。这样，本发明技术方案就可以实现不论提升系统质量模数的数值如何变化，均可以在各种较极端的提升系统参数下实现恒值闭环恒减速安全制动效果。

2、在矿井提升系统中，虽然在上提和下放工况均要求安全制动减速度不得超过各自的限定值，但上提和下放工况的限定值是不一样的：下放工况限定值较小，上提工况限定值较大。单工作点恒值闭环恒减速制动系统只有一个单设定值，因此只能按下放工况的较小值设定。这样在上提工况下的安全制动减速度就偏小，虽然仍符合安全规程的要求，可以满足使用要求，但制动距离较长，不是最理想的制动状态。而本发明技术方案则可以实现在全工况条件下均可实现最优的安全制动效果。

附图说明

附图1为矿井提升机双工作点恒减速安全制动系统方框图；

附图2为矿井提升机双工作点恒减速安全制动系统液压回路原理图；

图中：1－卷筒；2－制动盘；3－盘形制动器；4－截止阀；5－电磁换向阀；6－溢流阀；7－单向阀；8－电液比例换向阀；9－蓄能器；10－球阀。

具体实施方式

 以下结合优选实施方式对本发明创造进一步说明：

结合图1，制动系统根据矿井提升机安全制动要求和提升系统需要设定工作点即给定减速度值，恒减速闭环电气控制装置将给定减速度值和检测反馈装置实际反馈的信号值进行比较后发出控制指令，控制指令经过放大、矫正等方式处理后，通过电液比例换向阀转换为液压信号，电液比例换向阀输出按输入指令变化的液压压力（流量）信号控制盘形制动器油缸活塞杆输出的正压力，盘形制动器油缸活塞杆输出的正压力与盘形制动器弹簧力进行抵消后的剩余正压力通过闸瓦作用在制动盘（闸盘）上，形成的制动力矩控制提升系统的运动状态按照输入控制指令变化规律而改变（制动减速），实施了对提升系统的控制，实现了矿井提升机的恒减速安全制动。

在实施安全制动时，可以实现在不同载荷、不同速度下，使提升系统按照所处工况下给定的恒定减速度工作点设定值进行制动。在检测装置检测到实际减速度值偏离给定值的情况下，通过该制动系统的反馈调节和补偿作用，使偏差迅速减小、保持制动过程减速度恒定不变，达到恒减速制动的效果。在重载上提工况下安全制动时，闭环系统自动按照较大的减速度工作点进行闭环调节；当工况改变为重载下放工况下进行安全制动时，闭环系统则自动按照较小的减速度工作点进行闭环调节。

主电控系统根据提升工作过程中的电流特征参数识别提升系统重物上提或重物下放工况，并发出相应的指令信号至恒减速闭环电气控制装置；恒减速闭环电气控制装置设有双套恒减速闭环制动控制回路，每套恒减速闭环制动控制回路含有各自的恒减速控制板；恒减速闭环电气控制装置根据主电控系统发出的工况指令信号，通过PLC程序进行上提和下放工况的工作回路及恒减速控制板的选择。每个恒减速控制板预先已设定所对应的恒减速工作点，在接到选择控制指令后即进行对应工况工作点的恒减速制动控制回路和恒减速控制板的选择；并在工况条件指令变换后，自动实现闭环系统工作点设定值的切换。当制动系统收到提升系统发出的安全制动指令后，即按照预先所选定的恒减速工作点立即实施安全制动，液压站上对应的电磁换向阀带电，恒减速制动调节板根据提升机的运行工况不同输出不同的电压控制比例方向阀的阀芯位置，调节制动压力，控制提升机可靠、稳定的减速。

结合图2，该液压站的液压回路，电液比例换向阀8的入口端接储能装置，即储能器9；电液比例换向阀8和电磁换向阀5之间设旁路溢流阀6，电磁换向阀5经截止阀4连至盘形制动器3油缸；储能器9与液压泵源通过单向阀7相关连并获取压力油补充，其中，单向阀7允许流体朝向储能器9的方向流动而不能反向流动。电液比例换向阀8是电液转换放大元件，输入连续变化的电信号指令，输出随动变化的液压动力油流；蓄能器9作为系统的备用油源，在安全制动（包括停电工况）时为液压制动系统提供控制压力油；溢流阀6用来限制系统的预制动工作油压；电磁换向阀5用以正常工作回路和安全制动回路的切换；单向阀7用来与从油泵来的压力油源进行单向导通和反向关闭；球阀10是检修时用来给蓄能器泄油的；截止阀4是检修时用来切断液压站与盘形制动器3之间油流的；盘形制动器3是作为整个系统的液压－力转换装置，也是制动功能执行元件。

在输入电信号指令为正（或为负）信号时，电液比例换向阀8进油阀口开启、泄油阀口关闭，来自蓄能器9的具有压力能的液压油通过该阀进油阀口进入盘形制动器3油缸进行开闸或减小制动力矩的操作，其阀口开启大小即减小制动力矩操作的程度大小与输入的电信号指令大小成比例；在输入电信号指令为负（或为正）信号时，电液比例换向阀8泄油阀口开启、进油阀口关闭，盘形制动器3油缸内的液压油在制动弹簧作用下通过该阀泄油阀口流回油箱进行合闸或增加制动力矩的操作，其阀口开启大小即增加制动力矩操作的程度大小与输入的电信号指令大小成比例。

本发明未详尽叙述部分为现有技术。

Claims (9)

1.一种矿井提升机双工作点恒减速安全制动系统，包括：制动功能执行元件、液压站、恒减速闭环电气控制装置和检测反馈装置；所述检测反馈装置通过连接电缆与恒减速闭环电气控制装置相连，并反馈检测到的数值信号至恒减速闭环电气控制装置；所述恒减速闭环电气控制装置根据反馈数值与给定数值比较结果发出控制指令至液压站的电液比例换向阀，所述电液比例换向阀执行电液信号转换，输出按输入指令变化的液压压力流量至制动功能执行元件；其特征是：

所述制动系统还包括主电控系统，根据提升系统提升工作过程中的特征参数识别重物上提或重物下放工况并发出相应的指令信号至恒减速闭环电气控制装置；

所述恒减速闭环电气控制装置设有双套恒减速闭环制动控制回路，每套恒减速闭环制动控制回路含有各自的恒减速控制板，每个恒减速控制板预先设定所对应的恒减速工作点；所述恒减速闭环电气控制装置与主电控系统电性连接，所述主电控系统通过PLC控制程序，发出工况选择控制指令至恒减速闭环电气控制装置进行上提和下放工况的恒减速闭环制动控制回路及恒减速控制板的选择；所述制动系统收到提升系统发出的安全制动指令后，即按照预先所选定的恒减速工作点实施安全制动。

2.根据权利要求1所述的矿井提升机双工作点恒减速安全制动系统，其特征是：所述制动功能执行元件设置为盘形制动器。

3.根据权利要求1或2所述的矿井提升机双工作点恒减速安全制动系统，其特征是：所述液压站包括储能装置，至少包括一个将输入的电信号转换为相应液压流量及改变液流方向的电液比例换向阀，还包括一个切换液压站正常工作工况与安全制动工况的电磁换向阀；所述储能装置与电液比例换向阀、电磁换向阀液压管路连接，电磁换向阀出口端经液压管路连接至盘形制动器油缸。

4.根据权利要求1或2所述的矿井提升机双工作点恒减速安全制动系统，其特征是：所述液压站的电液比例换向阀的入口端接储能装置，所述电液比例换向阀和电磁换向阀之间设旁路溢流阀；所述电磁换向阀经截止阀连至盘形制动器油缸；所述储能装置与液压泵源通过单向阀相关连并获取压力油补充，所述单向阀允许流体朝向储能装置的方向流动而不能反向流动。

5.根据权利要求1或2所述的矿井提升机双工作点恒减速安全制动系统，其特征是：所述检测反馈装置包括设置在提升卷筒上的测速传感器，所述测速传感器采集提升机减速度信号并输入恒减速闭环电气控制装置，恒减速闭环电气控制装置接收所述减速度信号并与给定的速度值进行比较发出控制指令，所述控制指令经电信号处理传输至电液比例换向阀，电液比例换向阀将电信号控制指令转换为液压信号并输出按输入电信号控制指令变化的液压压力信号控制盘形制动器油缸压力形成速度闭环控制回路。

6.根据权利要求1或2所述的矿井提升机双工作点恒减速安全制动系统，其特征是：所述检测反馈装置还包括设置在电液比例换向阀出口端与盘形制动器油缸之间液压管路上的压力传感器；所述压力传感器将采集到的油压信号经恒减速闭环电气控制装置处理后反馈至电液比例换向阀入口端，形成压力闭环控制回路。

7.根据权利要求1或2所述的矿井提升机双工作点恒减速安全制动系统，其特征是：输入电液比例换向阀的电信号控制指令为正信号时，电液比例换向阀进油阀口开启、泄油阀口关闭，储能装置与电液比例换向阀的进油阀口联通，液压油通过电液比例换向阀进油阀口进入盘形制动器油缸，进行开闸或减小制动力矩的操作，所述电液比例换向阀进油阀口开启大小与输入的电信号控制指令大小成比例。

8.根据权利要求1或2所述的矿井提升机双工作点恒减速安全制动系统，其特征是：输入电液比例换向阀的电信号控制指令为负信号时，电液比例换向阀泄油阀口开启、进油阀口关闭，盘形制动器油缸与电液比例换向阀泄油阀口联通、液压油通过电液比例换向阀泄油阀口流回油箱进行合闸或增加制动力矩的操作，所述电液比例换向阀泄油阀口开启大小与输入的电信号控制指令大小成比例。

9.根据权利要求1或2所述的矿井提升机双工作点恒减速安全制动系统，其特征是：输入电液比例换向阀的电信号控制指令为零时，电液比例换向阀阀芯在弹簧力的作用下自动处于中间位置，压力油源入口、通往盘形制动器油缸的工作油口和泄油口处于关闭状态，制动系统处于停止调节工况。

Images