CN105485065B - 一种摇臂采煤机峰值载荷调控系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种处理摇臂采煤机峰值载荷的液压控制系统，属于采煤机械动力控制辅助系统领域，它由主电动机、液压泵马达、蓄能器、辅助电动机、变频器、互感器、控制单元、液压回路、电磁换向阀、液压泵、单向阀、安全阀、压力传感器和油箱构成；主电动机连接变频器、液压泵马达，液压泵马达连接液压回路，蓄能器连接电磁阀，控制单元与主电动机之间连接有压力传感器、互感器，控制单元连接电磁阀。本发明减少了能量损耗，消除了动力系统脉动现象。

Description

一种摇臂采煤机峰值载荷调控系统及控制方法

技术领域

本发明属于采煤机械动力控制辅助系统技术领域，主要适用于包括采煤机在内的矿山机械领域。

背景技术

矿山机械是直接用于矿物开采和富选等作业的机械。矿山机械主要由采掘机械、掘进机械、矿井提升运输设备等构成。采煤机是一种矿用采掘机械，该机械是机械化采煤作业的主要机械设备，其主要功能是落煤和装煤。

采煤机的工作系统主要包括机械系统、电气系统和液压系统，液压系统主要应用于辅助控制，如滚筒的调高和移动。采煤机工作环境、载荷特性恶劣，如果出现故障，将会导致整个生产过程的中断，造成巨大的经济损失，特别是采煤机遇到峰值载荷时，该设备的故障更容易发生，如在采煤时遇到坚硬的岩石，采煤机截割部所受外力加大，传动系统承受的载荷增强，动力电机的内部电流就会增大，这时就容易发生焖车现象，对采煤机主电动机造成不可逆的损害。为此，采煤机常采用液力耦合器来实现过载保护，但增设液力耦合器后，会降低机器的工作效率。

由于采煤机转动惯量大，在其启动、制动和加减速时会有较大的转矩，采煤机电机本身又不存在制动装置，在实际当中常设置制动电阻，通过将这些多余的能量消耗掉来辅助制动，这不仅会造成能量浪费还会引起电机发热，使采煤机摇臂对启动制动或负载变化的响应非常缓慢，会造成动力系统大量的能量损失与操作动作的延迟。

发明内容

本发明提供一种控制系统，用于处理摇臂采煤机遇到峰值载荷的情况，以及在主电动机启动制动和加速减速时进行辅助控制，进一步减少采煤机在遇到峰值载荷时发生焖车的情况，提高电机在启停的响应速度，回收部分制动能量，降低损耗。

为了达成以上目的，本发明采取如下的技术方案：

本发明的技术构思是在现有的摇臂采煤机上增加蓄能器、互感器、压强传感器及泵马达所构成的液压控制系统，对摇臂采煤机在遇到峰值载荷、需要快速启停以及制动的情况时，进行快速、及时、有效的辅助控制调节。

本发明的技术方案：一种处理摇臂采煤机峰值载荷的液压控制系统及控制方法，其特征是由蓄能器、液压泵马达、主电动机、辅助电动机、变频器、互感器、控制单元、液压回路、电磁换向阀、液压泵、单向阀、安全阀和油箱构成；

液压泵马达的两个工作油口Pa、Pb口分别与液压回路的A、B口相连，主电动机与液压泵马达相连，液压泵的进、出油口分别与液压回路的P口、单向阀的出油口相连；蓄能器的进油口经过一个电磁换向阀与液压泵的出油口相连，蓄能器的出油口经过另一个电磁换向阀与液压泵的进油口相连；

互感器与压力传感器通过采集主电动机的电流与蓄能器处的压强信号，反馈给控制单元并由控制单元对液压阀的开闭及变频器输出的电流进行调节，实现当采煤机遇到峰值载荷时，对其进行合理有效的动力辅助调节，防止采煤机发生故障。当采煤机平时工作时蓄能器充能，当采煤机遇到峰值载荷，主电动机内转矩变大电流变强，互感器采集电流变化信号反馈给控制单元，控制单元发出控制信号将蓄能器接入液压回路，蓄能器将所存储的能量通过泵马达的Pa口通过泵马达传给主电动机，从而提高主电动机的转矩直至主电动机平稳度过峰值载荷。

所述蓄能器为气瓶式蓄能器，该蓄能器作为液压辅助控制系统的核心，能在采煤机启动时提供额外动力，从而降低主电动机的额定功率，在采煤机制动时还能够回收一部分的势能，提高动力系统响应速度减少动力系统的响应时间。此外蓄能器还有减震、吸压等功能，能够使采煤机在一个较为平稳的液压环境下进行作业。

本发明具有下述有益效果：

１、本发明在互感器采集到采煤机主电动机电流过大时，即采煤机遇到峰值载荷时，由蓄能器提供额外动力，这不仅能瞬时提高采煤机的开采功率，使采煤机平稳度过峰值载荷，防止电机发生焖车现象，还能够降低主电动机的额定功率；

２、本发明采用的蓄能器，在动力液压泵提供压力充足时作为储能装置，在采煤机启动或加速时，作为辅助控制能源对采煤机进行供能，采煤机制动减速时蓄能器吸收采煤机势能，提高动力系统的能量利用率，减少能量损耗，并且起到降低动力系统噪声、消除动力系统脉动的效果；

３、本发明的压力传感器能及时检测到液压工作回路中蓄能器处压力的大小，并将具体信号变化反馈给控制单元，控制单元根据反馈信息对电机变频器和两个电磁换向阀发出快速调节信号，使电动机与蓄能器做出快速调节，达到辅助控制系统及时、快速、高效的调节供给压力的目的。

附图说明

图1为本发明的液压控制系统原理图。

图中，1、主电动机，16、摇臂采煤机牵引传动部，17、摇臂采煤机螺旋滚筒；2、液压泵马达，3、液压回路，4、蓄能器，5、第一电磁阀，6、安全阀，7、第二电磁阀，8、油箱，9、单向阀，10、辅助液压泵，11、辅助电动机，12、变频器，13、控制单元，14、压力传感器，15、互感器，16、摇臂采煤机牵引传动系统，17、摇臂采煤机螺旋滚筒，Ⅰ、摇臂采煤机牵引传动系统，Ⅱ、采煤机处理峰值载荷的液压控制系统，Pa、第一工作油口，Pb、第二工作油口，A、第一油口，B、第二油口，P、第三油口，T、第四油口，。

具体实施方式

以下结合附图介绍本发明详细技术方案。

实施例：如图1所示，本发明采煤机处理峰值载荷的液压控制系统与摇臂式采煤机的机械转动系统连接。

摇臂式采煤机的机械转动系统包括主电动机1、摇臂采煤机牵引传动系统16、摇臂采煤机螺旋滚筒17；

主电动机1通过摇臂采煤机牵引传动系统16与摇臂采煤机螺旋滚筒17相连。

采煤机处理峰值载荷的液压控制系统包括：包括液压泵马达2，液压回路3，蓄能器4，第一电磁阀5，安全阀6，第二电磁阀7，油箱8，单向阀9，辅助液压泵10，辅助电动机11，变频器12，控制单元13，压力传感器14，互感器15；

液压泵马达2与摇臂采煤机的主电动机1相连，主电动机1与液压泵马达2相连，液压泵马达的第一工作油口Pa、第二工作油口Pb口分别与液压回路3的第一油口A、第一油口B口相连，液压回路3的第四油口T口与油箱8相连，辅助液压泵10的进、出油口分别与液压回路3的第三油口P口、单向阀9的出油口相连；液压回路3的第三油口P口与辅助液压泵10的出油口相连，辅助液压泵10的进油口通过单向阀9与油箱8相连，蓄能器4进油口通过第一电磁阀5与液压回路3的第三油口P口相连，蓄能器4出油口通过第二电磁阀7与辅助液压泵10的进油口相连，蓄能器4出油口还通过安全阀6与油箱8相连，辅助电动机11为辅助液压泵10提供工作能量，控制单元13通过压力传感器14与蓄能器4出油口相连，控制单元13通过互感器15与主电动机1相连，控制单元13还通过变频器12与主电动机1和辅助电动机11相连。

当液压泵马达2以液压马达状态工作时，液压泵马达2的第一工作油口Pa为进油口、第二工作油口Pb为出油口，液压回路3的第一油口A为供油口、第二油口B为回油口、第三油口P为进油口、第四油口T为出油口，进油口与供油口相连，出油口与回油口相连，主电动机1与液压泵马达2相连，液压回路3的进油口与辅助液压泵10的出油口液压回路相连，液压油首先通过液压回路3的进油口进入液压回路3中，然后通过液压回路3的供油口供给液压泵马达2的第一工作油口Pa口，接着通过液压泵马达2的第二工作油口Pb口流回液压回路3的回油口，最后通过液压回路3的出油口流回油箱8；

当液压泵马达2以液压泵状态工作时，液压泵马达2的第二工作油口Pb为进油口、第一工作油口Pa为出油口，液压回路3的第一油口A为回油口、第二油口B为供油口、第三油口P为出油口、第四油口T为进油口，出油口与回油口相连，进油口与供油口相连，主电动机1与液压泵马达2相连，蓄能器4通过第一电磁阀5与液压回路3的出油口相连，液压油首先通过液压回路3的进油口进入液压回路3中，然后通过液压回路3的供油口供给液压泵马达2的进油口，接着通过液压泵马达2的出油口供给液压回路3的回油口，最后通过液压回路3的出油口供给蓄能器4；

控制单元13通过分析压力传感器14与互感器15采集的压强信号与电流信号，来控制变频器12输入给主电动机1与辅助电动机11的电流大小，并通过控制第一电磁阀5与第二电磁阀7的开闭对蓄能器4进行充能放能；

液压泵马达2以液压马达状态工作，当互感器15采集到采煤机主电动机1电流过大时，比如采煤机遇到峰值载荷时，摇臂采煤机螺旋滚筒17处的阻力变大，导致主电动机1的内部电流变大，摇臂采煤互感器15采集到增强的电流信号，控制单元13通过分析该电流的变化，将变频器12输出的电流调大，并将第一电磁阀5关闭且第二电磁阀7开启，从而调高主电动机1和辅助电动机11的输出功率，将蓄能器4的出油口与辅助液压泵10的进油口相连，从而将蓄能器4通过辅助液压泵10接入液压回路3中，由蓄能器4提供大部分额外动力，这不仅能瞬时提高摇臂采煤机螺旋滚筒17的开采功率，使摇臂采煤机平稳度过峰值载荷，防止主电动机1发生焖车现象，起到缓冲减压的作用，还能够降低主电动机1和辅助电动机11的额定功率；

当摇臂采煤机螺旋滚筒17稳定工作时，并且压力传感器14采集到蓄能器4处的压强较小时，此时液压泵马达2以液压泵状态工作，控制单元13会将第一电磁阀5开启且第二电磁阀7关闭，蓄能器4作为储能装置存储能量；当摇臂采煤机螺旋滚筒17启动或加速时，此时液压泵马达2以液压马达状态工作，互感器15采集到主电动机1处电流发生改变，控制单元13会将第一电磁阀5关闭且第二电磁阀7开启，使蓄能器4作为辅助能源与辅助液压泵10共同为摇臂采煤机启动或加速供能；当摇臂采煤机螺旋滚筒17制动或减速时，此时液压泵马达2以液压泵状态工作，互感器15采集到主电动机1处电流发生改变，控制单元13将第一电磁阀5且开启第二电磁阀7关闭，使蓄能器4吸收摇臂采煤机势能，从而提高了摇臂采煤机动力系统的能量利用率，并且还能起到降低摇臂采煤动力系统噪声、消除动力系统脉动的效果；

由以上描述可知压力传感器14能及时检测到辅助控制工作回路中蓄能器4处压力的大小，并将具体信号反馈给控制单元13，让控制单元13根据反馈信息对电机变频器11和第一电磁阀5与第二电磁阀7发出快速调节信号，使蓄能器4做出快速响应，从而达到辅助控制系统及时、快速、高效的对突发情况（如遇峰值载荷等）进行调节的目的。

所述主电动机1为摇臂采煤机牵引传动部分16与摇臂采煤机螺旋滚筒17提供工作动力。采摇臂采煤机牵引传动部分16与摇臂采煤机螺旋滚筒17为现有常规的采摇臂采煤机牵引传动部分与摇臂采煤机螺旋滚筒，为公知技术。

Claims (3)

1.一种处理摇臂采煤机峰值载荷的液压控制系统，其特征是由主电动机、液压泵马达、蓄能器、辅助电动机、变频器、互感器、控制单元、液压回路、第一电磁阀、第二电磁阀、液压泵、单向阀、安全阀、压力传感器和油箱构成；

油箱通过单向阀与液压泵、第二电磁阀连接，第二电磁阀还连接蓄能器、控制单元；互感器连接在主电动机与控制单元之间，压力传感器连接在蓄能器与控制单元之间；液压泵连接辅助电动机，辅助电动机连接变频器，主电动机也与变频器相连，控制单元还连接第一电磁阀、第二电磁阀；

当液压泵马达以液压马达状态工作时，液压泵马达的第一工作油口为进油口、第二工作油口为出油口，液压回路的第一油口为供油口、第二油口为回油口、第三油口为进油口、第四油口为出油口，第一工作油口与第一油口相连，第二工作油口与第二油口相连，主电动机与液压泵马达相连，液压回路的进油口与辅助液压泵的出油口为液压回路供油，液压油首先通过液压回路的第三油口进入液压回路，然后通过液压回路的第一油口供给液压泵马达的第一工作油口，接着通过液压泵马达的第二工作油口流回液压回路的第二油口，最后通过液压回路的第四油口流回油箱；

当液压泵马达以液压泵状态工作时，液压泵马达的第二工作油口为进油口、第一工作油口为出油口，液压回路的第一油口为回油口、第二油口为供油口、第三油口为出油口、第四油口为进油口，第一工作油口与第一油口相连，第二工作油口与第二油口相连，主电动机与液压泵马达相连，液压回路的第三油口通过第一电磁阀与蓄能器相连，液压油首先通过液压回路的第四油口进入液压回路，然后通过液压回路的第二油口供给液压泵马达的第二工作油口，接着通过液压泵马达的第二工作油口供给液压回路的第一油口，最后通过液压回路的第三油口供给蓄能器；

蓄能器经过第二电磁阀与液压泵的出油口相连，蓄能器的出油口经过第一电磁阀与液压泵的进油口相连；互感器采集主电动机的电流信号反馈给控制单元，压力传感器采集蓄能器的压强信号反馈给控制单元，控制单元对第一电磁阀、第二电磁阀的开闭及变频器输出的电流进行调节；

控制单元通过分析压力传感器与互感器采集的压强信号与电流信号，来控制变频器输入给主电动机的电流大小，并通过控制第一电磁阀与第二电磁阀的开闭对蓄能器进行充能放能；

液压泵马达以液压马达状态工作时，当互感器采集到的采煤机主电动机电流过大时，摇臂采煤机螺旋滚筒的阻力变大，导致主电动机的内部电流变大，摇臂采煤互感器采集到增强的电流信号，控制单元通过分析该电流的变化，将变频器输出的电流调大，并将第一电磁阀关闭且第二电磁阀开启，从而调高主电动机和辅助电动机的输出功率，并将蓄能器接入液压回路中，由蓄能器提供大部分额外动力；

所述蓄能器为气瓶式蓄能器，该蓄能器作为液压辅助控制系统的核心，能在采煤机启动时提供额外动力，从而降低主电动机的额定功率，在采煤机制动时还能够回收一部分的势能，提高动力系统相应速度减少动力系统的响应时间；此外蓄能器还有减震、吸压的功能，能够使得、采煤机在一个较为平稳的液压环境下进行作业。

2.根据权利要求1所述的一种处理摇臂采煤机峰值载荷的液压控制系统，其特征是控制单元通过分析压力传感器与互感器采集的压强信号与电流信号，来控制变频器输入给主电动机与辅助电动机的电流大小，并通过控制第一电磁阀、第二电磁阀的开闭对蓄能器进行充能放能；

互感器采集到采煤机主电动机电流过大时，互感器采集的电流信号增强，控制单元通过分析该电流的变化，将变频器输出的电流调大，并第一电磁阀关闭且第二电磁阀开启，从而调高主电动机和辅助电动机的输出功率，并将蓄能器接入液压回路中，由蓄能器提供额外动力，使摇臂采煤机平稳度过峰值载荷，防止主电动机发生焖车现象，起到缓冲减压的作用；

当摇臂采煤机平稳工作时，并且压力传感器采集到蓄能器处的压强较小时，控制单元会将第一电磁阀开启且第二电磁阀关闭，蓄能器作为储能装置存储能量；

当摇臂采煤机摇臂启动或加速时，液压泵马达以液压马达状态工作，互感器采集到主电动机处电流发生改变，控制单元会将第一电磁阀关闭且第二电磁阀开启，使蓄能器作为辅助能源与辅助液压泵共同为摇臂采煤机启动和加速供能；

当摇臂采煤机制动或减速时，液压泵马达以液压泵状态工作，互感器采集到主电动机处电流发生改变，控制单元将第一电磁阀且开启第二电磁阀关闭，使蓄能器吸收摇臂采煤机势能，提高摇臂采煤机动力系统的能量利用率，消除动力系统脉动。

3.根据权利要求1所述的一种处理摇臂采煤机峰值载荷的液压控制系统，其特征是所述蓄能器在采煤机平时工作时蓄能器充能；当采煤机遇到峰值载荷，主电动机内转矩变大电流变强，互感器采集电流变化信号反馈给控制单元，控制单元发出控制信号将蓄能器接入液压回路，蓄能器将所存储的能量先通过液压泵然后再通过液压泵马达后传输给主电动机，从而提高主电动机的转矩直至主电动机平稳度过峰值载荷。