CN108180187A - 安全制动串并联冗余二级制动液压站及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种安全制动串并联冗余二级制动液压站及其控制方法，液压站包括油泵、电机、比例溢流阀、溢流阀、减压阀、单向阀、蓄能器、监测阀位的传感器、B管制动器、A管制动器和电磁换向阀；安全制动时，A组制动器与油箱、B组制动器与油箱分别通过两个并联的电磁换向阀连接实现并联冗余导通；B管制动器，与比例溢流阀通过串联的两个电磁换向阀连接实现串联冗余阻断，与溢流阀通过一个电磁换向阀和串联的两个电磁换向阀相并联连接实现并联冗余导通，或者与溢流阀通过并联的两个电磁换向阀连接实现并联冗余导通，使B管制动器成为闭合回路并维持第一级制动油压值。安全制动时有四条通道，四条通道都冗余，若每条都有一个电磁换向阀出现换位故障，仍能完成本次安全制动。

Description

安全制动串并联冗余二级制动液压站及其控制方法

技术领域

本发明涉及提升机安全制动串并联冗余二级制动液压站及其控制方法，尤其是一种适用于提升机制动器或其它机器制动器。

背景技术

2016年10月1日执行的《煤矿安全规程》第425条规定：安全制动必须有并联冗余的回油通道。

2013年07月出版的《矿井提升机故障处理和技术改造》第186页图4-45所示E149A液压站，两个电磁换向阀11虽然并联但不冗余，怎样才能称为并联冗余？在一条通道上并联的两个电磁换向阀，有一个出现换位故障，仍能完成本次安全制动，称为并联冗余。井中实施第一级安全制动时，根据第187页表4-20，比例溢流阀6断电，电动机4断电，液压泵3停止供油，B管制动器的压力油经过并联的两个电磁换向阀11同时断电换到右位与溢流阀18、蓄能器19导通，油压迅速降到溢流阀18调定第一级制动油压，调定延时时间为小于10秒，在延时过程中，蓄能器19起稳压和补油作用，第一级制动油压值基本不变，实现井中第一级安全制动；并联的两个电磁换向阀11任一个出现换位故障，若右边电磁换向阀11出现断电未换位处在左位的换位故障，B管制动器的压力油经过右边电磁换向阀11左位与比例溢流阀6导通回油箱，油压瞬间降为零，B管制动器突然制动，没有完成井中第一级安全制动功能，井中全速行驶的提升容器的巨大惯性可能导致断绳或滑绳事故，说明并联的两个电磁换向阀11不冗余，分析其原因：B管制动器和溢流阀18要导通用两个电磁换向阀11并联连接虽然是冗余的，但B管制动器和比例溢流阀要阻断用两个电磁换向阀11并联连接不冗余。

ZL200810023108.7的专利高可靠性回油二级制动液压站及其控制方法，附图2中，实施井中第一级安全制动时，油泵1停止供液和电液调压装置3断电，制动器8的压力油，与电液调压装置3的残压油路被串联的电磁换向阀G4、G9同时断电换到左位阻断，使制动器8成为闭合回路，从电磁换向阀G4左位进入溢流阀6定压溢流，维持井中第一级制动油压。若电磁换向阀G4出现处在中间位置的换位故障，阻断了制动器8的压力油通往溢流阀6的通道，制动器8的压力油仍为开闸工作压力，没有达到井中第一级制动油压，导致井中第一级制动失灵，说明串联的两个电磁换向阀G4、G9不冗余，分析其原因：虽然制动器8的油路与电液调压装置3的油路要阻断用两个电磁换向阀G4、G9串联连接是冗余的。但制动器8的油路和溢流阀6的油路要导通用两个电磁换向阀G4、G9串联连接不冗余。

现有二级制动液压站，存在的问题是：(1)《煤矿安全规程》第425条规定安全制动必须有并联冗余的回油通道的，安全制动时制动闸组与断电的比例溢流阀需要阻断采用两个并联的电磁换向阀连接不能实现冗余阻断，两个并联的电磁换向阀任一个出现故障，制动闸组的压力油经过故障的电磁换向阀与断电的比例溢流阀导通流回油箱，制动闸组迅速制动，没有保住二级制动所需油压值，导致二级制动失灵，可能出现断绳或滑绳事故；(2)安全制动时，制动闸组与溢流阀需要导通采用两个串联的电磁换向阀连接不能实现冗余导通，若第一个电磁换向阀出现处在中间位置不导通的换位故障，阻断了制动闸组压力油通往溢流阀的通道，制动闸组的压力油仍为开闸工作压力，没有达到井中第一级制动油压，导致井中第一级制动失灵。

两个阀并联不一定冗余，两个阀串联也不一定冗余，《煤矿安全规程》第425条规定：安全制动必须有并联冗余的回油通道，并联不等于冗余，“并联冗余”的提法是不恰当的，实现安全制动冗余是目的，不论用何种联接方法必须达到冗余。安全制动冗余通道的概念理解为，通过安装同时动作的两个电磁换向阀，任一个电磁换向阀出现故障，仍能完成本次安全制动，同时监测到电磁换向阀的故障报警或闭锁下次开车。当用并联达不到冗余时，突破“并联冗余”的误区，探索两个电磁换向阀实现冗余的联接方法。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对已有技术中存在的不足之处，设计一条通道要导通用两个并联的电磁换向阀连接实现并联冗余导通，一条通道要阻断用串联的两个电磁换向阀连接实现串联冗余阻断，将该设计理念应用在安全制动串并联冗余二级制动液压站及其控制方法中。

技术方案：本发明的安全制动串并联冗余二级制动液压站，包括:油泵、电机、比例溢流阀、溢流阀、减压阀、单向阀、蓄能器、监测阀位的传感器、B管制动器、A管制动器和电磁换向阀，所述的B管制动器连接油泵的管路上串联有两个电磁换向阀G44、G444，B组制动器连接溢流阀和蓄能器的管路上并联有电磁换向阀G4和串联的两个电磁换向阀G44、G444，或B组制动器连接溢流阀和蓄能器的管路上并联有电磁换向阀G4和电磁换向阀G44；所述B管制动器连接油箱的管路上设有两个并联的电磁换向阀G5和G55；所述A管制动器连接油泵和油箱的管路上并联有两个电磁换向阀G3、G33；所述的油泵连接比例溢流阀，油泵与溢流阀和蓄能器相通的管路上设有串联连接的减压阀和单向阀；所有电磁换向阀上均设有监测阀位的传感器。

上述安全制动串并联冗余二级制动液压站的控制方法，包括如下过程：

提升机系统正常工作时，电磁换向阀G3、G33、G4、G44、G444、G5、G55全部通电，由比例溢流阀调节的压力油分别通过两个并联的电磁换向阀G33、G3处在右位和串联的两个电磁换向阀G44、G444处在右位进入A管制动器和B管制动器，比例溢流阀电压逐渐升到工作电压，油压逐渐升到工作油压，制动器开闸提升机正常运转；同时压力油经过减压阀、单向阀进入蓄能器，减压阀调定的油压值比溢流阀调定的油压值低0.2Mpa，溢流阀调定的油压值为井中二级安全制动的第一级制动油压值；

工作制动时，比例溢流阀的输入电压从工作电压逐渐降到零，相应的油压从工作油压逐渐降到残压，制动器合闸提升机制动；

当提升机系统发生故障，包括全矿断电、超速、倒转时，提升机系统分两种不同情况实现安全制动，电机断电，油泵停止供油，比例溢流阀断电；A管制动器中的压力油从两个并联的电磁换向阀G3、G33同时断电换到左位回油箱，A管制动器迅速制动。

所述提升机系统分两种不同情况的安全制动如下：

1)当提升容器位于井中发生故障时的井中二级安全制动：B管制动器的压力油与比例溢流阀的残压油路被串联的两个电磁换向阀G44、G444同时断电换到左位阻断，B管制动器9的压力油经过并联的电磁换向阀G4断电换到左位和串联的两个电磁换向阀G44、G444同时断电换到左位，一部分流到蓄能器7内，另一部分由溢流阀4溢流回油箱，使B管制动器9成为闭合并维持井中二级安全制动的第一级制动油压值；或B管制动器9的压力油经过并联的两个电磁换向阀G4、G44同时断电换到左位，一部分流到蓄能器7内，另一部分由溢流阀4溢流回油箱，使B管制动器9成为闭合回路并维持井中二级安全制动的第一级制动油压值；调定延时时间为小于10秒，在延时过程中，蓄能器起稳压和补油作用，井中二级安全制动的第一级制动油压值基本不变，实现井中第一级安全制动；延时时间结束，B管制动器的压力油经过两个并联的电磁换向阀G5、G55同时断电换到左位回油箱，使油压迅速降到零，实现井中第二级安全制动，达到全制动状态；

2)当提升容器位于井口发生故障时的井口一级安全制动：应立即停车，电磁换向阀G44、G444仍处在通电导通状态，电磁换向阀G4处在通电阻断状态，B管制动器的压力油，经过电磁换向阀G44、G444右位流入比例溢流阀回油箱，同时经过两个并联的电磁换向阀G5、G55同时断电换到左位回油箱，B管制动器迅速制动，实现井口一级安全制动，达到全制动状态，满足《煤矿安全规程》第426条盘式制动器空动时间不得超过0.3秒的规定。

有益效果：由于采用了上述技术案，本发明为串并联冗余二级制动液压站，解决了现有技术中两个电磁换向阀并联不冗余、两个电磁换向阀串联不冗余的问题，应用的是下列创新设计理念：安全制动时，一条通道需要导通采用并联的两个电磁换向阀连接实现并联冗余导通，一条通道需要阻断采用两个串联的电磁换向阀连接实现串联冗余阻断。本发明优点是，参与安全制动的所有条通道都冗余，即所有条通道都设置两个或多于两个阀并同时动作，若每条通道都有一个电磁换向阀出现换位故障，仍能完成本次安全制动，同时监测到电磁换向阀的故障报警或闭锁下次开车。具体实施是：(1)安全制动时，B管制动器与断电的比例溢流阀需要阻断采用两个串联的电磁换向阀连接实现串联冗余阻断，完成本次安全制动功能；两个串联的电磁换向阀任一个出现故障，被换位正确电磁换向阀阻断，仍能完成本次安全制动功能，解决了现有技术中两个电磁换向阀并联不冗余的问题。(2)B管制动器与溢流阀需要导通采用一个电磁换向阀和串联的两个电磁换向阀并联即串并联连接实现并联冗余导通，完成本次安全制动功能；串并联的三个电磁换向阀任一个出现故障，通过换位正确电磁换向阀导通，仍能完成本次安全制动功能，解决了现有技术中两个电磁换向阀串联不冗余的问题。(3)A管制动器与油箱需要导通采用两个并联的电磁换向阀连接实现并联冗余导通，完成本次安全制动功能；两个并联的电磁换向阀任一个出现故障，通过换位正确电磁换向阀导通，仍能完成本次安全制动功能，解决了现有技术中两个电磁换向阀串联不冗余的问题。本发明结构简单，安全制动通道冗余，制动可靠，使用效果好，具有广泛的实用性。

附图说明

图1为本发明实施例一安全制动串联冗余二级制动液压站工作原理示意图。

图2为本发明实施例二安全制动串联冗余二级制动液压站工作原理示意图。

图中：油泵-l，电机-2，比例溢流阀-3，溢流阀-4，减压阀-5，单向阀-6，蓄能器-7，监测阀位的传感器-8，B管制动器-9，A管制动器-10，电磁换向阀-G3、G33、G4、G44、G444、G5、G55。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述：

实施例一、如图1所示，安全制动串并联冗余二级制动液压站，主要由油泵1、电机2、比例溢流阀3、溢流阀4、减压阀5、单向阀6、蓄能器7、监测阀位的传感器8、B管制动器9、A管制动器10和电磁换向阀，所述的B管制动器9连接油泵1的管路上串联有两个电磁换向阀G44、G444，B组制动器9连接溢流阀4和蓄能器7的管路上并联有电磁换向阀G4和串联的两个电磁换向阀G44、G444；所述B管制动器9连接油箱的管路上设有两个并联的电磁换向阀G5和G55；所述A管制动器9连接油泵1和油箱的管路上并联有两个电磁换向阀G3、G33；所述的油泵1连接比例溢流阀3，油泵1与溢流阀4和蓄能器7相通的管路上设有串联连接的减压阀5和单向阀6；所有电磁换向阀上均设有监测阀位的传感器8。

该安全制动串并联冗余二级制动液压站的控制方法，包括如下过程：

提升机系统正常工作时，电磁换向阀G3、G33、G4、G44、G444、G5、G55全部通电，由比例溢流阀3调节的压力油分别通过两个并联的电磁换向阀G33、G3处在右位和串联的两个电磁换向阀G44、G444处在右位进入A管制动器10和B管制动器9，比例溢流阀3电压逐渐升到工作电压，油压逐渐升到工作油压，制动器开闸提升机正常运转；同时压力油经过减压阀5、单向阀6进入蓄能器7，减压阀5调定的油压值比溢流阀4调定的油压值低0.2Mpa，溢流阀4调定的油压值为井中二级安全制动的第一级制动油压值；

工作制动时，比例溢流阀3的输入电压从工作电压逐渐降到零，相应的油压从工作油压逐渐降到残压，制动器合闸提升机制动；

当提升机系统发生故障，包括全矿断电、超速、倒转时，提升机系统实现安全制动，电机2断电，油泵1停止供油，比例溢流阀3断电；A管制动器10中的压力油从两个并联的电磁换向阀G3、G33同时断电换到左位回油箱，A管制动器10迅速制动，安全制动分为两种不同情况：

1)当提升容器位于井中发生故障时的井中二级安全制动：B管制动器9的压力油与比例溢流阀3的残压油路被串联的两个电磁换向阀G44、G444同时断电换到左位阻断，B管制动器9的压力油经过并联的电磁换向阀G4断电换到左位和串联的两个电磁换向阀G44、G444同时断电换到左位，一部分流到蓄能器7内，另一部分由溢流阀4溢流回油箱，使B管制动器9成为闭合回路并维持井中二级安全制动的第一级制动油压值，调定延时时间为小于10秒，在延时过程中，蓄能器7起稳压和补油作用，井中二级安全制动的第一级制动油压值基本不变，实现井中第一级安全制动；延时时间结束，B管制动器9的压力油经过两个并联的电磁换向阀G5、G55同时断电换到左位回油箱，使油压迅速降到零，实现井中第二级安全制动，达到全制动状态；

2)当提升容器位于井口发生故障时的井口一级安全制动：应立即停车，电磁换向阀G44、G444仍处在通电导通状态，电磁换向阀G4处在通电阻断状态，B管制动器9的压力油，经过电磁换向阀G44、G444右位流入比例溢流阀3回油箱，同时经过两个并联的电磁换向阀G5、G55同时断电换到左位回油箱，B管制动器9迅速制动，实现井口一级安全制动，达到全制动状态，满足《煤矿安全规程》第426条盘式制动器空动时间不得超过0.3秒的规定。

实施例二、如图2所示，与实施例一基本相同，相同之处略。不同之处在于：所述的B组制动器9连接溢流阀4和蓄能器7的管路上并联有电磁换向阀G4和电磁换向阀G44；电磁换向阀G444直接与油泵相连。

控制方法不同之处在于：当提升容器位于井中发生故障时的井中二级安全制动时，所述的B管制动器9的压力油与比例溢流阀3的残压油路被串联的两个电磁换向阀G44、G444同时断电换到左位阻断，B管制动器9的压力油经过并联的两个电磁换向阀G4、G44同时断电换到左位，一部分流到蓄能器7，另一部分由溢流阀4溢流回油箱，使B管制动器9成为闭合回路并维持井中二级安全制动的第一级制动油压值。

工作原理：安全制动时，一条通道要导通，用并联的电磁换向阀连接实现并联冗余导通，以A管制动器10和油箱要导通为例说明，用两个并联的电磁换向阀G3、G33连接，A管制动器10的压力油经过并联的两个电磁换向阀G3、G33同时断电换到左位回油箱，A管制动器10迅速制动。并联的两个电磁换向阀G3、G33任一个出现换位故障，若电磁换向阀G3断电出现卡在中间不导通的换位故障，A管制动器10的压力油从换位正确的电磁换向阀G33断电换到左位回油箱，A管制动器10迅速制动，仍完成本次安全制动功能；或若电磁换向阀G33断电出现卡在中间不导通的换位故障，A管制动器10的压力油从换位正确的电磁换向阀G3断电换到左位回油箱，A管制动器10仍迅速制动，仍完成本次安全制动功能；监测阀位的传感器7诊断到换位故障报警或闭锁下次开车。安全制动时，一条通道要导通，用并联的电磁换向阀连接实现并联冗余导通的还有：实现井口一级安全制动和井中第二级安全制动时，B管制动器9和油箱要导通，用并联的两个电磁换向阀G5、G55连接实现并联冗余导通。实现井中第一级安全制动时，图2中B组制动器9和溢流阀4要导通，用并联的两个电磁换向阀G4、G44连接实现并联冗余；图1中B组制动器9和溢流阀4要导通，采用其中并联的两个电磁换向阀G4、G44连接已实现并联冗余导通，而用电磁换向阀G4与串联的两个电磁换向阀G44、G444相并联即串并联连接实现并联冗余导通的优点是，若电磁换向阀G44出现断电未换位仍处在右位导通的换位故障，B组制动器9的压力油经过电磁换向阀G44右位和电磁换向阀G444断电换到左位与溢流阀4也导通。

安全制动时，一条通道要阻断，用串联的两个电磁换向阀连接实现串联冗余阻断，B管制动器9和比例溢流阀3要阻断是这种情况，实现井中第一级安全制动时，B管制动器9和比例溢流阀3的残压油路被串联的两个电磁换向阀G4、G44同时断电换到左位阻断，使B管制动器9成为闭合回路，并维持井中第一级制动的油压，完成本次安全制动功能。串联的两个电磁换向阀G4、G44任一个出现换位故障，若电磁换向阀G44断电出现未换位仍处在右位导通的换位故障，B管制动器9和比例溢流阀3的残压油路被换位正确的电磁换向阀G4断电换到左位阻断，同样达到使B管制动器9成为闭合回路，并维持井中第一级制动的油压，仍完成本次安全制动功能。在安全制动时，共有四条通道，四条通道都冗余：第一条、B管制动器9和比例溢流阀3要阻断，用串联的两个电磁换向阀G4、G44连接实现串联冗余阻断；第二条、B组制动器9和溢流阀4要导通，用电磁换向阀G4与串联的两个电磁换向阀G44、G444相并联连接实现并联冗余导通，或用并联的两个电磁换向阀G4、G44连接实现并联冗余导通；第三条、B管制动器9和油箱要导通，用并联的两个电磁换向阀G5、G55连接实现并联冗余导通；第四条、A管制动器10和油箱要导通，用两个并联的电磁换向阀G3、G33连接实现并联冗余导通。四条通道都冗余，即每条通道中同时换位动作的两个电磁换向阀都有一个出现换位故障时，仍能完成本次安全制动，监测阀位的传感器7诊断到换位故障，报警或闭锁下次开车。

Claims (3)

1.一种安全制动串并联冗余二级制动液压站，包括:油泵(1)、电机(2)、比例溢流阀(3)、溢流阀(4)、减压阀(5)、单向阀(6)、蓄能器（7）、监测阀位的传感器(8)、B管制动器(9)、A管制动器(10)和电磁换向阀，其特征在于：所述的B管制动器(9)连接油泵(1)的管路上串联有两个电磁换向阀G44、G444，B组制动器(9)连接溢流阀(4)和蓄能器（7）的管路上并联有电磁换向阀G4和串联的两个电磁换向阀G44、G444，或B组制动器(9)连接溢流阀(4)和蓄能器（7）的管路上并联有电磁换向阀G4和电磁换向阀G44；所述B管制动器(9)连接油箱的管路上设有两个并联的电磁换向阀G5和G55；所述A管制动器(9)连接油泵(1)和油箱的的管路上并联有两个电磁换向阀G3、G33；所述的油泵(1)连接比例溢流阀(3)，油泵(1)与溢流阀(4)和蓄能器（7）相通的管路上设有串联连接的减压阀(5)和单向阀(6)；所有电磁换向阀上均设有监测阀位的传感器（8）。

2.根据权利要求l所述安全制动串并联冗余二级制动液压站的控制方法，其特征在于包括如下过程：

提升机系统正常工作时，电磁换向阀G3、G33、G4、G44、G444、G5、G55全部通电，由比例溢流阀(3)调节的压力油分别通过两个并联的电磁换向阀G33、G3处在右位和串联的两个电磁换向阀G44、G444处在右位进入A管制动器(10)和B管制动器(9)，比例溢流阀（3）电压逐渐升到工作电压，油压逐渐升到工作油压，制动器开闸提升机正常运转；同时压力油经过减压阀(5）、单向阀（6）进入蓄能器（7），减压阀（5）调定的油压值比溢流阀（4）调定的油压值低0.2Mpa，溢流阀（4）调定的油压值为井中二级安全制动的第一级制动油压值；

工作制动时，比例溢流阀（3）的输入电压从工作电压逐渐降到零，相应的油压从工作油压逐渐降到残压，制动器合闸提升机制动；

当提升机系统发生故障，包括全矿断电、超速、倒转时，提升机系统实现安全制动，电机(2)断电，油泵(1)停止供油，比例溢流阀（3）断电；A管制动器(10)中的压力油从两个并联的电磁换向阀G3、G33同时断电换到左位回油箱，A管制动器(10)迅速制动。

3.根据权利要求2所述安全制动串并联冗余二级制动液压站的控制方法，其特征在于：所述提升机系统分两种不同情况的安全制动如下：

1）当提升容器位于井中发生故障时的井中二级安全制动：B管制动器（9）的压力油与比例溢流阀（3）的残压油路被串联的两个电磁换向阀G44、G444同时断电换到左位阻断，B管制动器(9)的压力油经过并联的电磁换向阀G4断电换到左位和串联的两个电磁换向阀G44、G444同时断电换到左位，一部分流到蓄能器(7)内，另一部分由溢流阀（4）溢流回油箱，使B管制动器（9）成为闭合并维持井中二级安全制动的第一级制动油压值；或B管制动器(9)的压力油经过并联的两个电磁换向阀G4、G44同时断电换到左位，一部分流到蓄能器(7)内，另一部分由溢流阀（4）溢流回油箱，使B管制动器（9）成为闭合回路并维持井中二级安全制动的第一级制动油压值；调定延时时间为小于10秒，在延时过程中，蓄能器（7）起稳压和补油作用，井中二级安全制动的第一级制动油压值基本不变，实现井中第一级安全制动；延时时间结束，B管制动器（9）的压力油经过两个并联的电磁换向阀G5、G55同时断电换到左位回油箱，使油压迅速降到零，实现井中第二级安全制动，达到全制动状态；

2）当提升容器位于井口发生故障时的井口一级安全制动：应立即停车，电磁换向阀G44、G444仍处在通电导通状态，电磁换向阀G4处在通电阻断状态，B管制动器（9）的压力油，经过电磁换向阀G44、G444右位流入比例溢流阀(3)回油箱，同时经过两个并联的电磁换向阀G5、G55同时断电换到左位回油箱，B管制动器（9）迅速制动，实现井口一级安全制动，达到全制动状态，满足《煤矿安全规程》第426条盘式制动器空动时间不得超过0.3秒的规定。