CN1063727C - 矿井提升机的紧急制动 - Google Patents

Abstract

为防止矿井提升机吊斗(12，13)在矿井提升机紧急停止中可能出现的垂直振荡用的一种方法及装置，其中的矿井提升机由驱动装置(1)驱动，矿井提升机具有机械制动系统(3)，在紧停时，通过制动作用发生器(2)的适当控制信号作用于机械制动系统(3)，以使施加刹车时的振荡危险减至最小，还利用了由矿井提升机速度控制产生的一个控制信号，而其中这些控制功能是在一个计算元件(22)内以编程方式实现的。

Description

矿井提升机的紧急制动

本发明涉及用以将矿井中开掘的矿石、煤炭之类送上地表的所谓矿井提升机。这种矿用升降机也用作将人运送至各个采矿口。采矿常会在深至数千米的很深的地带进行。可能出现的各种故障遂需使用紧急制动系统以尽快地制动矿井提升机。本发明就提供了这种紧急制动用的方法及装置。

为确认本发明主题的适当领域，先对诸如夹持制动，即在静止时固定矿用升降机绳索卷筒用的机械式制动系统及矿用升降机的现有技术的状况作一个概述。

通常涉及的两类矿用升降机为卷筒升降机和摩擦升降机。

卷筒升降机包括(a)其中带有当吊斗(或运输工具)上提时绳索即绕于其上的一个绳索卷筒矿用提升机，以及(b)各带有一个吊斗的双绳索卷筒矿用提升机，其绳索也绕到卷筒上，并且是这样设置的，即当一个吊斗位于井的最下处时另一个吊斗在井的最上处。

摩擦升降机中，则是在绳索卷筒上方相隔开的槽中以无约束方式吊挂钢缆制的一根或多根绳索。于一侧边的那些绳端吊有装载矿石的吊斗，而于另一侧的绳端则是吊有另一个吊斗或配重。这意味着在该方式中防止绳索在卷筒上滑动的唯一方式是绳与卷筒槽间的摩擦。为使该绳索卷筒两侧上所悬挂的绳的总体质量保持恒定，在该吊斗和配重下侧之间设置了平衡索。

以独立方式用作绳索卷筒驱动的电驱动系统的操作由马达的内部电流及扭矩控制的一个外部速度控制所组成。这种控制的例子在伦敦皇家矿业学校1993年6月28日-30日第二次国际会议出版的有关矿井提升机的一篇题为"关于机械制动器紧急停止用的控制系统"文章中第2.3.1-2.3.6页上得有描述。(″Control Systems for MechanicalBrakes for Emergency Stops″， published in connection with MINEHOISTING 93，SecondInternational Conference，28-30 June 1993，pp2、3、1-2、3、6，The Royal School of Mines，London)为得到平稳的启动及停止循环，对速度控制及钮矩控制的等变速性能采用″S″形的标记信号。

静止时，固定在该矿用提升机、辅助以各种电的/液压的/气动的控制方式的机械制动系统被用于其绳索卷筒上。

该机械制动系统中由于故障业已发生诸多不同的严重事故。如果机械制动系统中发生故障时正值空吊斗在吊井较下部，而盛满的吊斗于较上部，或空斗在井的较下处而配重在井的较上处，则相应地会造成空斗向上驱动超速并碰撞到上挡铁上。

另一种严重故障的灾难是于运送人时，升降机失控并掉下至井底。

在ABB矿井提升机的3ASMOIC200，1993-06的ABB的小册子中(ABB Mine Hoist)描述了一种带双卷筒的卷筒式升降机。其中所揭示的内容中包括绳索卷筒侧件上各设置有环状刹车盘的一个机械式制动装置，其制动的实现乃是借助于在该刹车盘两侧上带刹车块的液压盘式制动器。它还公开了可用于各绳索上的一种绳张力测量装置。

登在加拿大矿冶学会专利1986年10月份第50-60页上题为″矿井提升机制动系统″(″Nine hoist braking system″，CIMBulletin，October1986，pp.50-60)的文章中描绘了各种机械式卷筒刹车系统及盘式制动器。带V形制动瓦的一种另外类型的卷筒式制动器公开于美国专利US4，977，982中。

现代机械制动系统的特点是其具有机械方式的预施力弹簧，最好是帕维力弹簧(Belleville)。矿井提升机正常运行中，用液压或气压控制的活塞抵抗经该受预加载的弹簧力以使刹车被抬起。改变活塞压力遂可按所期望的刹车效果来影响制动力。

常态速度控制、机械刹车系统，抑或是它们的运作中发生故障的危险遂促进了诸多矿井提升机用的紧急制动系统的开发。这些紧急制动系统通常在相应吊斗位置该提升机速度超过预定最大速度，或是提升机加速度超出最大允许值时进入工作状态。

发表在由美国矿冶石油工程师协会的石油工程学会于1992年2月24日至27日于美国的费南克斯年会会利第325至336页上题为″矿用升降机用紧急制动系统″的文章中(″Emergency braking System formine elevators″，a conference in Phoenix，USA，by the Society ofPetroleum Engineers of AIME)描述了几种紧急制动系统。

所述系统之一采用一种所谓″通过式动力刹车″，被认为是可用于现行矿井提升机的驱动系统的制动。该系统设定以一个直流电机作驱动。该通过式动力刹车是通过跨接一个阻抗型电阻器于该电机的转子接点而实现的。该刹车不能停止矿井提升机，却可作双向的限速。

一个并未被上述文章提及的类似系统则是将制动效果反馈给网络以起到再生制动的作用。

上述文章还说到一种新改进的绳制动系统，包括压靠到绳索上去的摩擦衬垫。

然而，大多数的紧急制动系统总是将包括在一个矿井提升机中的机械刹车件用作执行部件，并当附有电驱动系统的矿井提升机已经停下时使其起作用。而于再次启动矿用升降机时抬起刹车让绳索卷筒自由转动。也就是说在该矿用升降机停止时，例如吊斗装载矿石时，遂有一个电控制系统激发制动器，使之起到全制动效果，然后抬起该制动器遂允许该矿用升降机的绳索卷筒自由转动。

如前所述，若矿井提升机速度超过预定高限或其加速度超出最大允许值，就让紧急制动系统进入操作。要是在发生超速时直接施用最大制动作用则后果严重，一方面会引起大的减速，另一方面会造成吊斗作很激烈的垂直振荡。接着的可能会是绳索断裂或在摩擦型升降机中的绳索打滑。所以必须对这类紧急停止中的制动力实行控制，使该矿井提升机的减速不会超过安全意义上的允许值。

刊登在1978年亚洲杂志51册第6号第139至142页上题为″带电子控制的盘式刹车器的单鼓提升机″(″Single-drum hoist withelectronically controlled disk brakes″，ASEA JOURNAL，Volume51，Number 6，PP.139-142)的一篇文章中，叙述了一种带刹车盘的矿井提升机用紧急制动系统是如何运作的。为使保险起见，总是采用两个并用的刹车系统，各有一套机械刹车，(此例为盘式刹车)，一个控制系统，带油泵的一个液压系统，一个压力储能器及阀门等。两个制动系统的每一个都有良好的裕度足够能让该矿井提升机制动。矿井提升机的速度通常是以测速表测量。获得的减速测量导出一个信号。该控制系统的任务是将相应于所需最大减速的一个参照信号与该信号进行比较。该控制系统的控制器对该液压系统的阀门起作用，遂以获得所要求的制动效果并加以维持。紧急制动中，液压马达切断而所需液体压力由压力蓄能器获得。控制来自压力蓄能器油流所阀门使适应于该制动效果只能增加。

为减少绳索打滑、吊斗作垂直振荡之类的危险，在起动紧急制动循环时如今通常是让该制动效果是从零起作线性增加至最大允许减速的一个值。它的实现是通过让该减速参照遵循一个等变化函数，当获得最大减速标记时遂使其变化按一种固定的减速寻访。

标示号为LiTH-ISY-EX-1422的林克宾大学(LinkopingUniversity，with reference Lith-ISY-EX-1422，″Studium avlastpendlingar vid styrning av gruvspel″)的出版物上题为″矿井提升机控制中的负荷振荡研究″的文章分析了矿井提升机吊斗中可能出现的振荡问题。分析是根据一个矿井提升机的数学状态模型的研究进行的，并考虑绳索质量的实际分布。由于绳索质量的分布，由波动传导所导引的几个共振频率会在绳索内出现。该分析表明两个最低频率是起支配作用的，会造成大的振荡的这些频率特别是会在紧急制动中发生。

尽量使绳索中的振荡和应力为最小值具有很重要的意义，因为绳索中振荡和应力的发生会严重影响到绳索的工作寿命。

该出版物还提示应该如何使用该机械刹车使尽可能防止绳索中振荡的发生。当使用该刹车时，制动扭矩应按等变速方式增至实际载荷下可施加的最大制动扭矩的一半，使在最高频率f₂的期间T₂(即f₂的一个期间T₂内)，获得所要求的减速。然后，在最低频率f₁期间T₁的一半与期间T₂之间的差值这一段时间内使该制动扭矩保持不变。最后，该制动扭矩再次在还是对应于该最大频率f₂的期间T₂，即f₂的一段时间T₂内均速增至该当前的最大扭矩。

周期判定的进行是借助于，例如以其绳索质量集中于吊斗及绳索卷筒的简化矿井提升机模型中，其共振频率的数学表达式。考虑进现行操作数据，负荷，吊斗在矿井中的位置等因素于该模型之中后，在不同井深及吊斗速度时发生紧急停止中可能出现的共振频率遂可确定。

这意味着上述的起重要作用的共振频率可预先确定，接着就有可能采用适当的等变速函数使不论矿井提升机吊斗位于矿井中什么位置上被叫紧急停止时均可进行紧急制动。

当承载吊斗从装载地层移向地表面而配重或另外的吊斗离开地表在矿井中下降时，频率f₁和f₂会作相应的变化。这意味着，例如当该周期T₁的一半比T₂小时，上述紧急制动程序中的第二等变速率会在该第一等变速率完成之前开始。

为了有满意的紧急制动功能，在该制动系统的控制系统与该矿井提升机的速度和扭矩控制之间必须有一种相互作用。这在该紧急制动过程开始及在紧急制动过程最后、即当矿井提升机停止时都要起作用。制动程序起作用时，驱动马达无论作用着驱动扭矩还是制动扭矩都必须被分离。与紧急制动相关的难题仍是当矿井提升机停止和瞬时减速接近零时不可避免地会开始绳的振荡。上述的利斯(LiTH)出版物没有提出减少这种振荡的方法。

因此，本发明的目的在于提供一种矿井提升机紧急制动的方法和装置，以在紧急制动中控制速度控制和扭矩控制之间的相互作用从而减少绳索发生振荡的危险。

为达到上述目的，本发明提供了一种方法，用于防止矿井提升机紧急停止过程中矿井提升机吊斗可能出现的垂直振荡，所述矿井提升机由一个电驱动系统驱动，该电驱动系统包括在矿井提升机绳索卷筒的速度控制系统内，而其中所述吊斗被绳索卷筒与吊斗之间的绳索悬挂，并且，绳索上设有用作测量绳上张力S₁和S₂的绳张力测量装置，所述矿井提升机还包括一个机械制动系统，

该方法的特征为，当呼叫紧急停止时，一个控制信号M_B就在加有关于负荷及提升机吊斗在井中位置的当前信息的一个制动作用信号发生器中产生，该控制信号传到所述机械制动系统使机械制动扭矩从零增加到对应于实际负荷下的最大制动扭矩的一个值，而随着机械制动扭矩的增加，由所述制动作用信号发生器产生的所述控制信号M_B还通过一个减速装置同时用来使所述驱动系统减速；

并且在一个发生器中，依据所述制动作用信号发生器的输出信号，以及相应于所述绳索卷筒当前速度的一个信号n_ltr，形成一个速度紧急停止参考信号n_ref，

并且在一个速度控制器中，所述速度紧急停止参考信号与对应于当前绳索卷筒速度的信号n_ltr进行比较，将其输出信号M_n送到

一个扭矩信号发生器，连同对应于绳索卷筒当前速度的信号n_ltr以及通过一个估量器获得的吊斗速度的估量值 都提供给该扭矩信号发生器，

所述估量器是依据矿井提升机的一个状态模型的卡曼滤波器型式的一个估量器，其上加有来自绳张力测量装置的信号S₁和S₂，以及对应于绳索卷筒速度的信号M_ltr，

并且在获得了所有输入信号及给予了权重因子P₁和P₂的所述扭矩信号发送器中，形成相应的一个扭矩参考信号 $M_{\mathrm{ref}}=M_M+P_1(n_{\mathrm{ltr}}-\widehat{Z_1})+P_2(n_{\mathrm{ltr}}-\widehat{Z_2})$ 该扭矩参考信号被用作所述机械制动系统的附加控制信号，

并且当所述绳索卷筒速度接近零时，所述机械刹车的制动作用通过所述速度控制装置来减弱。

本发明还提供了一种执行上述方法用的装置，用于防止矿井提升机紧急停止过程中矿井提升机吊斗可能出现的垂直振荡，所述矿井提升机由一个电驱动系统驱动，该电驱动系统包括在矿井提升机绳索卷筒的速度控制系统内，而其中所述吊斗被绳索卷筒与吊斗之间的绳索悬挂，并且，绳索上设有用作测量绳上绳张力S₁和S₂的绳张力测量装置，所述矿井提升机还包括一个机械制动系统，

其特征在于，其中一个计算元件含有供以下部件用的程序：

形成供速度控制用的紧急停止参考信号n_ltr的一个紧急停止信号发生器，

有一个输出信号M_n的用于速度控制的一个紧急停止速度控制器，

估量吊斗速度Z₁和Z₂的一个估量器，

用以形成一个送至所述机械制动系统的控制信号M_ref的一个扭矩信号发生器，

用以形成一个送至机械制动系统的控制信号M_B的一个制动作用信号发生器，

使所述驱动系统减速用的一个减速装置，

用于积累所述控制信号M_B和M_ref的一个加法器，

将控制信号M_B接至加法器用的一个开关器，

而且其中控制信号 $M_{\mathrm{ref}}=M_M+P_1(n_{\mathrm{ltr}}-\widehat{Z_1})+P_2(n_{\mathrm{ltr}}-\widehat{Z_2})$

具有给定的权重因子P₁和P₂，

并且其中所述计算元件的输入信号包括紧急停止信号、绳张力S₁和S₂、绳索卷筒速度、有关矿井提升机负荷、吊斗位置的运作信息、和正常运行时速度控制的控制系统送来的信息，

以及其中所述计算元件的输出信号包括送至所述驱动系统的一个减速信号和送至所述机械制动系统的控制信号。

本发明克服了现有技术中的问题和缺点，在矿井提升机紧急制动中减少了绳索发生振荡的危险。

图1a，1b，1c，1d，1e表示的是当该矿井提升机马达产生一个驱动扭矩时紧急制动的循环图。

图2a，2b，2c，2d，2e表示的是当该矿井提升机马达产生一个制动扭矩时紧急制动的循环图。

图3为紧急制动中表示该机械制动作用原理的控制图。

图4示出了按本发明的一个紧急制动系统的实施例。

结合以附图1a，1b，1c，1d，1e及2a，2b，2c，2d，2e，和相关的一种卷筒式提升机来叙述按照本发明的紧急制动过程的原理。

图1a，1b，1c，1d描述了将一定载荷从矿井底部向地面提升时提升循环开始的一个紧急制动循环，也就是按图1e，马达驱动需要形成一个驱动扭矩，即正扭矩。

当装载的吊斗正朝上移动，因空的下行吊斗及所包括的绳索质量减少了这不平衡，则对驱动马达扭矩的需求会呈减少。

当装载的吊斗接近地面时，空吊斗则接近井底，随之该吊斗及吊斗绳索的重量之和会比装载的吊斗还重。按图2e，马达驱动此时必得形成一种制动扭矩，即负扭矩。提升循环此阶段中的紧急制动则以图2a，2b，2c，2d来描述。如果装载的吊斗在井中是向上运动，而同时空斗是朝下运动，在马达和绳索卷筒轴上则会有一种不平衡，它趋向于抑制朝上的运动。这意思就是载荷施加到轴上一个扭矩，它相应于等于该载荷扭矩的一个负扭矩。为驱动载荷向上，马达则必须形成对应于正扭矩M_L的一种驱动扭矩，其大小由实际载荷与在井中的位置所确定，见图1a中时间至t₀，即是当该紧急停止循环被启动时为止。而轴上的扭矩在时间至t₀的期间内，保持恒定的速率实际上是零。

按两个等变速功能的所述原理现在实现该制动扭矩的作用，其等变速时间的确定是根据吊斗绳索的两个起共振的频率决定的，见图16中时间至t₃。各相应期间T₁和T₂的确定按前述的相同方法完成。

为实现所期望的制动循环，则需该马达的速度与扭矩控制间的一种互相作用。通过与该制动力矩作用至t₃的期间，亦即至一个最大当前制动扭矩时相同的等变速函数减小马达扭矩至零，该轴上的扭矩则会是该载荷扭矩与制动扭矩之和，见图1C。

该制动扭矩的作用意味着该轴上扭矩为该马达扭矩与制动扭矩之和，即达到该最大制动扭矩及马达完全减速后，该轴扭矩值会是(-M_B-M_L)。

最大制动扭矩作用之后的那段时间中，即于时间t₃之后至速度接近零时，将是匀减速的。该制动系统的控制系统连续不断地传感绳索卷筒的速度。当速度接近零时，按图1b中所示时间段t₄至t₅，本发明的制动扭矩被降低至零。这意味着与此同时轴上的扭矩被改变至-M_L，见图1C。当提升机止动并且制动扭矩为零时则作出全制动作用，之后，它以一个正扭矩M_L直接补偿不平衡，见图1b和1c。

从图1d中可清楚地看出按上述紧急停止循环中绳索卷筒速度n_ltr从当前速度减小至零。时间t₀至t₃过程中，该减速从零变化至作用于时间t₃至t₄的匀减速。时间段t₄至t₅，制动扭矩减小至零，而该减速度减小到相应于当前不平衡作用下的水准。

如前所述，从图2a，2b，2c，2d中清楚示出了马达必须形成一个负扭矩时的一个紧急制动循环。按图2a紧急停止时来自马达的一个相应制动扭矩平衡了载荷的驱动扭矩，根据图2C，以与前述的载荷情况的同样方式，该轴上的扭矩则实际为零。

通过其等变速时间由当前共振频率及其相应期间所决定的两个等变速函数、在此以同样方式完成机械制动的作用。通过速度和扭矩控制，如图2a中所见的，以相同的等变速函数使马达的制动扭矩减小至零。这时机械制动的制动扭矩必须作用到这样一个大小，即必须兼顾到载荷的扭矩以及所允许的减速所必需的扭矩。时间t₃之后，象表示的那样，有一个匀减速，而轴扭矩等于制动扭矩与载荷扭矩之差，见图2C。

通过如前所述的同样方法，当速度接近零时以传感方式，按本发明也是可能完成这种操作状态的，即把机械制动器的制动扭矩减小到相应于时间段t₄至t₅时载荷扭矩的一个值，遂使轴扭矩减小至零；见图2b和2c。当提升机停下时，使刹车全制动，遂可用负扭矩-M_L直接补偿不平衡。由于轴扭矩和减速都可减小至零，遂可得到一个没有振荡的止动循环。

图2d示出紧急停止循环中绳索卷筒速度n_ltr的减小。

另一事实则是制动系统包括所说过的等变速函数，本发明的特点包括：本发明的控制系统可抑制伴随紧急停止发生的该吊斗的垂直振荡。其实现是通过提供了如与此同时申请的瑞典专利申请中描绘的带相同振荡阻尼方法的控制系统。这意味着采用了依据一个矿井提升机状态模型以一种卡曼滤波器(Kalman filter)形式的估量器。以此方式，可获得吊斗速度的估定值，遂可进行阻尼扭矩的计量。

按以上对本发明原理的叙述可以知道，需要对机械制动器与驱动系统间的相互作用作出好的改进。这种相互作用在本发明优选实例中将有更详尽的描述。还将给出与之相关的用于机械制动系统的控制系统的更详细的说明，另外还有如何连续判定起支配作用的共振频率的描述。

图3是紧急停止中机械刹车作用原理的控制示意图。所以要描述该控制图是要说明其原理，以当今技术而言，这种控制功能总是以计算装置，最好是在一台计算机里完成的。所以按图3中所示的划分单元应当更恰当地被解释成对于紧急停止时控制程序如何起作用的一种功能描述。

紧急停止的众多可以选择的实例属本发明的范围。实施例按所用矿井提升机、负载状况、吊斗在矿井中位置等等情况予以采用。而图3所示的控制原理图表示的是一个优选方案。但图中所包括的这些功能单元都可以由各种方式用于所建议的实施例中。

从对本发明的描述中不难看出，紧急停止时，在矿井提升机电驱动系统与制动系统间存在一种相互作用。正常工作时，驱动系统1通过一个控制系统、例如可以是设计得象在上述瑞典专利申请中那样的控制系统中得到其控制作用。

现设定这样一个传感件，可随时送出一个矿井提升机的″紧急停止″启动信号。从图3可知，该信号会激发好多个并列的同步动作的执行。其中之一则是切断正常工作操作系统以准备减速。

图3还进一步示出标记以″制动作用信号发生器″的一个功能单元2。作为优选实施例，该单元作用为一个匀变速函数发生器，而此时在该单元中执行的则是连续判定绳索的两个控制共振频率的一个程序。该单元不断地被供给以有关现行负荷、吊斗位置之类的运行信息。依据这两个频率及对应的时间区段，还有当前负荷扭矩，遂可形成所需的那些可变速函数并作为控制信号M_B按图1b和2b相应的制动扭矩提供给机械制动系统3。同样的匀变速函数还通过一个减速装置4供给驱动系统1使驱动系统减速。

为了能区分出驱动系统与机械制动系统，图3示出了电驱动马达5、车盘6及机械刹车7。另外，图中还示出了绳索卷筒8和9、绳索10和11、吊斗12和13、及测量装置14和15，用以测量绳上的负荷。

图3表示的是一种内开式系统(internal open system)的制动系统，它对绳索卷筒的一个速度控制的紧急制动系统起到执行作用的目的。对于这种速度控制，需要有一个紧急停止信号发送器16，它在紧急停止时传送一个参考符号给速度控制系统。该参考符号则是依据诸如绳索卷筒当前速度、最大允许减速、来自制动作用信号发生器的等变速函数、该函数本身包括的有关当前负荷及吊斗在矿井中位置的信息等等几个方面因素来确定的。

速度控制系统一般包括一个速度控制器17，它传送一个扭矩参考符号M_n给一个扭矩信号发生器18。在紧急停止操纵中吊斗发生垂直振荡是很自然的事。为减少这种振荡的危险，紧急停止应具备在前已提及的瑞典专利申请中所描述的同样的阻尼振荡功效。为此目的，依据一个矿井提升机状态模型采用了以卡曼滤波器形式的一个估量器19。该估量器被提供有关两根绳索10和11上负载S₁和S₂的信息，还有关于绳索卷筒当前速度的信息，并可传递对吊斗速度的估量值

信号给扭矩作用信号发生器。有关绳索卷筒当前速度n_ltr的信息还供给扭矩信号发送器。

对于当前矿井提升机的扭矩信号发送器18须提供权重因子P₁和P₂，它们根据当前工作状态来确定比如端位、中间位置、加速/减速等等，按公式确定出扭矩信号： $M_{\mathrm{ref}}=M_M+P_1(n_{\mathrm{ltr}}-\widehat{Z_1})+P_2(n_{\mathrm{ltr}}-\widehat{Z_2})$

如图3所示，送给制动系统的制动作用信号发生器的控制信号M_B要通过一个加法器20。按以上优选实例，来自速度控制的制动扭矩，即M_ref意欲通过开关21和加法器20紧随这些变速功能完成之后，作为一个附加信号接入给该机构刹车的控制信号，以减少吊斗可能的垂直振荡的影响。

另一个实例中，作为对机械制动系统的控制信号，在制动作用信号发生器中形成一个单一时间常数函数(a Simple time constantfunction)：M=M_B(1-e^-t/T)

其中，时间常数T依照当前负荷数据、矿井提升机中吊斗位置等确定。而紧急制动系统的其他部分则如图3中所示。

在其他实例中，无论在制动作用信号发生器内独立形成何种函数，M_ref信号都可固定地接入制动系统。

作为本发明的一个概括，就是当速度接近零时会出现机械刹车制动效果减弱。其实现乃是通过改变来自紧急停止信号发生器的速度参考符号而使来自速度控制系统的机械刹车的控制信号M_ref减少其机械制动。

从实际出发，上述那些功能单元可作为若干程序在一个适于计算机采用的超常计算元件内予以实现。因此，本发明的另一个实例就可以从图4说起。在计算元件22内执行的编程可以用于n-紧急停止信号发送器16、n-紧急停止控制器17、扭矩信号发送器18、估量器19、加法器20、开关21、制动作用信号发生器2、和减速装置4。

该计算元件的输入信号由紧急停止信号、来自绳张力测量的负荷信号、绳索卷筒速度信号、以及连续运行信息和正常运行控制系统的信号组成。该计算元件的输出信号则包括给驱动系统1的控制信号及给机械制动系统3的控制信号。

Claims (6)

1．一种方法，用于防止矿井提升机紧急停止过程中矿井提升机吊斗(12，13)可能出现的垂直振荡，所述矿井提升机由一个电驱动系统(1)驱动，该电驱动系统包括在矿井提升机绳索卷筒(8，9)的速度控制系统内，而其中所述吊斗被绳索卷筒与吊斗之间的绳索(10，11)悬挂，并且，绳索上设有用作测量绳上张力S₁和S₂的绳张力测量装置(14，15)，所述矿井提升机还包括一个机械制动系统(3)，

该方法的特征为，当呼叫紧急停止时，一个控制信号M_B就在加有关于负荷及提升机吊斗在井中位置的当前信息的一个制动作用信号发生器(2)中产生，该控制信号传到所述机械制动系统使机械制动扭矩从零增加到对应于实际负荷下的最大制动扭矩的一个值，而随着机械制动扭矩的增加，由所述制动作用信号发生器产生的所述控制信号M_B还通过一个减速装置(4)同时用来使所述驱动系统减速；

并且在一个发生器(16)中，依据所述制动作用信号发生器的输出信号，以及相应于所述绳索卷筒当前速度的一个信号n_ltr，形成一个速度紧急停止参考信号n_ref，

并且在一个速度控制器(17)中，所述速度紧急停止参考信号与对应于当前绳索卷筒速度的信号n_ltr进行比较，将其输出信号M_n送到

一个扭矩信号发生器(18)，连同对应于绳索卷筒当前速度的信号n_ltr以及通过一个估量器(19)获得的吊斗速度的估量值 $\hat{Z}$ 和 $\hat{Z}$ 都提供给该扭矩信号发生器(18)，

所述估量器(19)是依据矿井提升机的一个状态模型的卡曼滤波器型式的一个估量器，其上加有来自绳张力测量装置的信号S₁和S₂，以及对应于绳索卷筒速度的信号M_ltr，

并且在获得了所有输入信号及给予了权重因子P₁和P₂的所述扭矩信号发送器中，形成相应的一个扭矩参考信号 $M_{\mathrm{ref}}=M_M+P_1(n_{\mathrm{ltr}}-\widehat{Z_1})+P_2(n_{\mathrm{ltr}}-\widehat{Z_2})$ 该扭矩参考信号被用作所述机械制动系统的附加控制信号，

并且当所述绳索卷筒速度接近零时，所述机械刹车的制动作用通过所述速度控制装置来减弱。

2．如权利要求1的矿井提升机紧急停止方法，其特征在于，其中来自所述制动作用信号发生器(2)的控制信号M_B是以一个矿井提升机简单模型、通过判断矿井提升机绳索的两个起作用的共振频率而形成的，控制信号开始时按变速率增加到对应于当前负载下最大制动扭矩一半时的那个控制信号，其时间为相应于两个控制频率中最高频率的期间的这段时间，此后该控制信号在对应于两个控制频率最低者期间的一半与两个频率最高者期间之差的一段时间内保持不变，此后此控制信号再在对应于两频率最高频率期间的一段时间内按等变速率增加到对应于当前负荷下的最大扭矩时的那个信号。

3．如权利要求1的矿井提升机紧急停止方法，其特征在于，其中来自所述制动作用信号发生器(2)的控制信号M_B为一个从零开始以单一时间常数函数增加的信号，增加到当前负荷下对应的最大制动扭矩的信号电平，而其中的时间常数是按当前负载数据确定的。

4．如权利要求1的矿井提升机紧急停止方法，其特征在于，其中对所述机械制动系统的附加控制信号M_ref是当来自所述制动作用信号发生器的控制信号M_B在对应于当前负荷下最大制动扭矩的信号电平已经达到之后才接入的。

5．如权利要求1的矿井提升机紧急停止方法，其特征在于，其中接入所述机械制动系统的附加控制信号M_ref是在一个紧急停止请求已作出之后马上被接入的。

6．一种执行权利要求1的方法用的装置，用于防止矿井提升机紧急停止过程中矿井提升机吊斗(12，13)可能出现的垂直振荡，所述矿井提升机由一个电驱动系统(1)驱动，该电驱动系统包括在矿井提升机绳索卷筒(8，9)的速度控制系统内，而其中所述吊斗被绳索卷筒与吊斗之间的绳索(10，11)悬挂，并且，绳索上设有用作测量绳上绳张力S₁和S₂的绳张力测量装置(14，15)，所述矿井提升机还包括一个机械制动系统(3)，

其特征在于，其中一个计算元件(22)含有供以下部件用的程序：

形成供速度控制用的紧急停止参考信号n_ltr的一个紧急停止信号发生器(16)，

有一个输出信号M_n的用于速度控制的一个紧急停止速度控制器(17)，

估量吊斗速度Z₁和Z₂的一个估量器(19)，

用以形成一个送至所述机械制动系统的控制信号M_ref的一个扭矩信号发生器(18)，

用以形成一个送至机械制动系统的控制信号M_B的一个制动作用信号发生器(2)，

使所述驱动系统减速用的一个减速装置(4)，

用于积累所述控制信号M_B和M_ref的一个加法器(20)，

将控制信号M_B接至加法器用的一个开关器(21)，

而且其中控制信号 $M_{\mathrm{ref}}=M_M+P_1(n_{\mathrm{ltr}}-\widehat{Z_1})+P_2(n_{\mathrm{ltr}}-\widehat{Z_2})$

具有给定的权重因子P₁和P₂，

并且其中所述计算元件的输入信号包括紧急停止信号、绳张力S₁和S₂、绳索卷筒速度、有关矿井提升机负荷、吊斗位置的运作信息、和正常运行时速度控制的控制系统送来的信息，

以及其中所述计算元件的输出信号包括送至所述驱动系统的一个减速信号和送至所述机械制动系统的控制信号。

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