一种比例溢流阀恒减速安全制动冗余液压站及其控制方法
技术领域
本发明涉及安全制动冗余通道恒减速制动液压站及其控制方法,尤其是一种适用于提升机液压盘形制动器或其它机器盘形制动器的安全制动冗余通道恒减速制动液压站及其控制方法。
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175页图4-38所示E141液压站,两个电磁换向阀G1虽然并联但不冗余,怎样才能称为并联冗余的回油通道?在一条回油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,称为并联冗余的回油通道,在井中实现恒减速安全制动时,电动机5断电、恒压变量泵6停止供油,比例溢流阀8断电,制动器的压力油,经过两个并联的电磁换向阀G1同时断电换到右位与溢流阀16导通,油压迅速降到溢流阀16调定压力值,然后在比例方向阀19的作用下,制动器中油压随给定信号变化,使减速度值保持恒定,实现恒减速制动。若两个并联的电磁换向阀G1任一个出现换位故障,例如左边电磁换向阀G1出现未换位故障,制动器的压力油经过左边电磁换向阀G1的左位流到比例溢流阀8,制动器油压降为零迅速制动,导致恒减速制动失灵,可能出现断绳或滑绳事故,因制动器油压已降为零,达不到本书176页叙述的若恒减速制动方式失效系统自动转入备用的二级制动方式。两个电磁换向阀G1虽然是并联的通道但不是冗余的通道,并联只是实现冗余回油通道的一种方法。电液伺服阀13是恒减速控制的核心元件,若电液伺服阀13出现故障,例如出现停止在左位不再动作的故障,制动器一直向油箱排油油压降为零迅速制动,导致恒减速制动失灵,可能出现断绳或滑绳事故,同样达不到本书176页叙述的若恒减速制动方式失效系统自动转入备用的二级制动方式。
专利号ZL200810023108.7的发明专利附图2中,串联的G4、G9不冗余,B组制动闸的压力油,在井中第一级安全制动时,若G4出现阀芯卡在中间的换位故障,阻断了B组制动闸通往溢流阀的通道,B组制动闸的压力油为开闸工作压力,导致井中二级制动失灵。
现有提升机液压站,存在的问题:(1)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,没有保住恒减速制动所需油压值,导致恒减速制动失灵,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。
两个电磁换向阀并联不冗余、两个电磁换向阀串联不冗余,《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:本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处,提供一种避免制动事故的安全制动冗余通道恒减速制动液压站及其控制方法。
技术方案:本发明的比例溢流阀恒减速安全制动冗余液压站,包括油泵、单向阀、比例溢流阀、制动闸组、溢流阀、调速阀、蓄能器、可调节流阀、油压传感器和电磁换向阀,所述的油泵连接比例溢流阀的管路上串联有单向阀和A电磁换向阀,单向阀与A电磁换向阀相连的管路上设有并联的两个蓄能器,并联的两个蓄能器入口管路上分别设有单向阀;所述的制动闸组连接比例溢流阀的管路上设有B电磁换向阀,所述制动闸组和溢流阀连接调速阀和油箱的管路上设有并联的两个电磁换向阀G3、G33,所述调速阀连接蓄能器的管路上设有单向阀8,所述制动闸组与溢流阀和可调节流阀相连的管路上设有并联的两个电磁换向阀G4、G44,可调节流阀连接蓄能器的管路上设有单向阀,所述制动闸组连接油箱的管路上设有并联的两个电磁换向阀G5、G55。
所述油泵连接比例溢流阀的管路上设置的A电磁换向阀为一个或是两个。
所述的制动闸组连接比例溢流阀的管路上设置的B电磁换向阀为一个或是两个。
所述的所有电磁换向阀上均设有监测阀位的传感器。
一种使用上述比例溢流阀恒减速安全制动冗余液压站的控制方法,包括如下过程:
液压站正常工作前,向蓄能器充油,B电磁换向阀断电,其它所有电磁换向阀均通电,比例溢流阀调节的压力油经过单向阀进入蓄能器、单向阀进入蓄能器,直至达到油压传感器的设定值充压完毕,比例溢流阀的电压降为零,系统进入正常工作;
液压站正常工作时,所有电磁换向阀全部通电,比例溢流阀电压逐渐升至设定的工作电压,油压逐渐升至设定的工作油压,制动闸组逐渐开闸,提升机正常运行;
工作制动时,比例溢流阀的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,制动闸组合闸,达到全制动状态,提升机停止工作;
当提升机系统发生故障,包括全矿断电、超速、倒转时,制动分为两种不同情况实现提升机系统安全制动,控制油泵的电机断电,油泵停止供油,所有单向阀全部关闭,提升机系统安全制动的两种不同情况如下:
1)故障时提升容器位于井中,比例溢流阀在不间断电源供电下的电压维持不变,当压力油的油压小于开闸油压时,比例溢流阀关闭,A电磁换向阀断电换到左位将比例溢流阀与单向阀阻断,提升容器通过两种形式实现安全制动;
2)故障时提升容器位于井口,应立即停车,实现井口一级安全制动,比例溢流阀断电,B电磁换向阀仍处在通电导通状态,制动闸组的压力油,一路经过B电磁换向阀左位流入比例溢流阀回油箱,另一路经过并联的两个电磁换向阀G5、G55同时断电换到左位回油箱,制动闸组迅速制动,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。
所述提升容器位于井中实现安全制动的两种形式如下:
形式一、制动闸组的压力油经过并联的两个电磁换向阀G3、G33断电换到左位导通,由溢流阀定压溢流,经过调速阀和单向阀与蓄能器导通,若出现蓄能器的油压低于制动闸组的油压的故障,单向阀关闭,阻止制动闸组的油压从蓄能器下降,根据设定的恒减速度控制比例溢流阀的控制电压信号,使制动闸组的油压按设定斜率降低,一旦达到设定的恒减速度值,油压停止下降并保持恒定,提升机以恒减速度减速,在恒减速过程中,蓄能器起稳压和补油作用,直至提升机安全停车,制动闸组的压力油经并联的两个电磁换向阀G5、G55同时断电换到左位回油箱,达全制动状态;
形式二、若形式一恒减速安全制动出现故障,监测到实际减速度与设定的恒减速度差值的绝对值大于给定的公差值时,B电磁换向阀断电换到左位将制动闸组与比例溢流阀阻断,制动闸组的压力油经过并联的两个电磁换向阀G4、G44同时断电换到左位导通,由溢流阀溢流回油箱,经过可调节流阀和单向阀与蓄能器导通,若出现蓄能器的油压低于制动闸组的油压的故障,单向阀关闭,阻止制动闸组的油压从蓄能器下降,维持溢流阀调定的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,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,制动闸组的压力油经过并联的两个电磁换向阀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。
有益效果:由于采用了上述技术方案,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,本发明安全制动时,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。本发明通过两种形式实现安全制动:比例溢流阀实现的恒减速安全制动和溢流阀实现的恒力矩二级安全制动,当前一种安全制动形式失灵,将前一种安全制动形式冗余关闭,同时冗余转入下一种安全制动。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阀出现故障,仍能完成本次安全制动,同时监测到阀的故障报警或闭锁下次开车。具体实施是:(1)安全制动时,制动闸组与油箱需要导通采用两个并联的电磁换向阀实现冗余导通,制动闸组制动,完成本次安全制动功能;若两个并联的电磁换向阀任一个出现故障,制动闸组通过换位正确电磁换向阀与油箱导通,制动闸组仍制动,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。(2)诊断到比例溢流阀出现故障,制动闸组与比例溢流阀被串联的两个电磁换向阀同时断电换位阻断,完成本次安全制动功能;若两个并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。本发明结构简单,操作方便,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为本发明实施例一比例方向阀恒减速安全制动冗余液压站工作原理示意图。
图2为本发明实施例二比例方向阀恒减速安全制动冗余液压站工作原理示意图。
图中:油泵-l,单向阀-2、8、12、14、15,比例溢流阀-3,监测阀位的传感器-4,制动闸组-5,溢流阀-6、10,调速阀-7,蓄能器-9、13,可调节流阀-11,油压传感器-16,电磁换向阀-G1、G11、G2、G22、G3、G33、G4、G44、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,比例溢流阀恒减速安全制动冗余液压站,包括油泵1,单向阀2、8、12、14、15,比例溢流阀3,监测阀位的传感器4,制动闸组5,溢流阀6、10,调速阀7,蓄能器9、13,可调节流阀11,油压传感器16,电磁换向阀G1、G11、G2、G22、G3、G33、G4、G44、G5、G55,所述的油泵1连接比例溢流阀3的管路上串联有单向阀2和电磁换向阀G1、G11,单向阀2与电磁换向阀G1、G11相连的管路上设有并联的两个蓄能器9、13,并联的两个蓄能器9、13入口管路上分别设有单向阀15、14,所述的制动闸组5连接比例溢流阀3的管路上设有串联的两个电磁换向阀G2、G22,所述制动闸组5和溢流阀6连接调速阀7和油箱的管路上设有并联的两个电磁换向阀G3、G33,所述调速阀7连接蓄能器(9)的管路上设有单向阀8,所述制动闸组5与溢流阀10和可调节流阀11相连的管路上设有并联的两个电磁换向阀G4、G44,可调节流阀11连接蓄能器13的管路上设有单向阀12,所述制动闸组5连接油箱的管路上设有并联的两个电磁换向阀G5、G55。所有电磁换向阀上均设有监测阀位的传感器4。
上述比例溢流阀恒减速安全制动冗余液压站的控制方法,包括如下过程:
液压站正常工作前,向蓄能器9、13充油,电磁换向阀G2、G22断电,其它所有电磁换向阀均通电,比例溢流阀3调节的压力油经过单向阀15进入蓄能器9、单向阀14进入蓄能器13,直至达到油压传感器16的设定值充压完毕,比例溢流阀3的电压降为零,系统进入正常工作;
液压站正常工作时,所有电磁换向阀全部通电,比例溢流阀3电压逐渐升至设定的工作电压,油压逐渐升至设定的工作油压,制动闸组5逐渐开闸,提升机正常运行;
工作制动时,比例溢流阀3的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,制动闸组5合闸,达到全制动状态,提升机停止工作;
当提升机系统发生故障,包括全矿断电、超速、倒转时,制动分为两种不同情况实现提升机系统安全制动,控制油泵1的电机断电,油泵1停止供油,所有单向阀全部关闭,提升机系统安全制动的两种不同情况如下:
1)故障时提升容器位于井中,比例溢流阀3在不间断电源供电下的电压维持不变,当压力油的油压小于开闸油压时,比例溢流阀3关闭,电磁换向阀G1、G11断电换到左位将比例溢流阀3与单向阀2、14、15阻断,通过以下两种形式实现安全制动:
形式一、制动闸组5的压力油经过并联的两个电磁换向阀G3、G33断电换到左位导通,由溢流阀6定压溢流,经过调速阀7和单向阀8与蓄能器9导通,若出现蓄能器9的油压低于制动闸组5的油压的故障,单向阀8关闭,阻止制动闸组5的油压从蓄能器9下降,根据设定的恒减速度控制比例溢流阀3的控制电压信号,使制动闸组5的油压按设定斜率降低,一旦达到设定的恒减速度值,油压停止下降并保持恒定,提升机以恒减速度减速,在恒减速过程中,蓄能器9起稳压和补油作用,直至提升机安全停车,制动闸组5的压力油经并联的两个电磁换向阀G5、G55同时断电换到左位回油箱,达全制动状态;
形式二、若形式一恒减速安全制动出现故障,监测到实际减速度与设定的恒减速度差值的绝对值大于给定的公差值时,电磁换向阀断G2、G22电换到左位将制动闸组5与比例溢流阀3阻断,为的是及时保持制动闸组5的油压,避免从故障比例溢流阀3泄油。制动闸组5的压力油经过并联的两个电磁换向阀G4、G44同时断电换到左位导通,由溢流阀10溢流回油箱,经过可调节流阀11和单向阀12与蓄能器13导通,若出现蓄能器13的油压低于制动闸组5的油压的故障,单向阀12关闭,阻止制动闸组5的油压从蓄能器13下降,维持溢流阀10调定的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13起稳压和补油作用,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,制动闸组5的压力油经过并联的两个电磁换向阀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)故障时提升容器位于井口,应立即停车,实现井口一级安全制动,比例溢流阀3断电,电磁换向阀G2、G22仍处在通电导通状态,制动闸组5的压力油,一路经过电磁换向阀G2、G22左位流入比例溢流阀3回油箱,另一路经过并联的两个电磁换向阀G5、G55同时断电换到左位回油箱,制动闸组5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,比例溢流阀恒减速安全制动冗余液压站,包括油泵1,单向阀,2、8、12、14、15,比例溢流阀3,监测阀位的传感器4,制动闸组5,溢流阀6、10,调速阀7,蓄能器9、13,可调节流阀11,油压传感器16,电磁换向阀G1、G2、G3、G33、G4、G44、G5、G55,所述的油泵1连接比例溢流阀3的管路上串联有单向阀2和电磁换向阀G1,单向阀2与电磁换向阀G1相连的管路上设有并联的两个蓄能器9、13,并联的两个蓄能器9、13入口管路上分别设有单向阀15、14,所述的制动闸组5连接比例溢流阀3的管路上设有一个电磁换向阀G2,所述制动闸组5和溢流阀6连接调速阀7和油箱的管路上设有并联的两个电磁换向阀G3、G33,所述调速阀7连接蓄能器(9)的管路上设有单向阀8,所述制动闸组5与溢流阀10和可调节流阀11相连的管路上设有并联的两个电磁换向阀G4、G44,可调节流阀11连接蓄能器13的管路上设有单向阀12,所述制动闸组5连接油箱的管路上设有并联的两个电磁换向阀G5、G55。所有电磁换向阀上均设有监测阀位的传感器4。
上述比例溢流阀恒减速安全制动冗余液压站的控制方法,包括如下过程:
液压站正常工作前,向蓄能器9、13充油,电磁换向阀G2断电,其它所有电磁换向阀均通电,比例溢流阀3调节的压力油经过单向阀15进入蓄能器9、单向阀14进入蓄能器13,直至达到油压传感器16的设定值充压完毕,比例溢流阀3的电压降为零,系统进入正常工作;
液压站正常工作时,所有电磁换向阀全部通电,比例溢流阀3电压逐渐升至设定的工作电压,油压逐渐升至设定的工作油压,制动闸组5逐渐开闸,提升机正常运行;
工作制动时,比例溢流阀3的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,制动闸组5合闸,达到全制动状态,提升机停止工作;
当提升机系统发生故障,包括全矿断电、超速、倒转时,制动分为两种不同情况实现提升机系统安全制动,控制油泵1的电机断电,油泵1停止供油,所有单向阀全部关闭,提升机系统安全制动的两种不同情况如下:
1)故障时提升容器位于井中,比例溢流阀3在不间断电源供电下的电压维持不变,当压力油的油压小于开闸油压时,比例溢流阀3关闭,电磁换向阀G1断电换到左位将比例溢流阀3与单向阀2、14、15阻断,通过以下两种形式实现安全制动:
形式一、制动闸组5的压力油经过并联的两个电磁换向阀G3、G33断电换到左位导通,由溢流阀6定压溢流,经过调速阀7和单向阀8与蓄能器9导通,若出现蓄能器9的油压低于制动闸组5的油压的故障,单向阀8关闭,阻止制动闸组5的油压从蓄能器9下降,根据设定的恒减速度控制比例溢流阀3的控制电压信号,使制动闸组5的油压按设定斜率降低,一旦达到设定的恒减速度值,油压停止下降并保持恒定,提升机以恒减速度减速,在恒减速过程中,蓄能器9起稳压和补油作用,直至提升机安全停车,制动闸组5的压力油经并联的两个电磁换向阀G5、G55同时断电换到左位回油箱,达全制动状态;
形式二、若形式一恒减速安全制动出现故障,监测到实际减速度与设定的恒减速度差值的绝对值大于给定的公差值时,电磁换向阀断G2电换到左位将制动闸组5与比例溢流阀3阻断,为的是及时保持制动闸组5的油压,避免从故障比例溢流阀3泄油。制动闸组5的压力油经过并联的两个电磁换向阀G4、G44同时断电换到左位导通,由溢流阀10溢流回油箱,经过可调节流阀11和单向阀12与蓄能器13导通,若出现蓄能器13的油压低于制动闸组5的油压的故障,单向阀12关闭,阻止制动闸组5的油压从蓄能器13下降,维持溢流阀10调定的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13起稳压和补油作用,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,制动闸组5的压力油经过并联的两个电磁换向阀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)故障时提升容器位于井口,应立即停车,实现井口一级安全制动,比例溢流阀3断电,电磁换向阀G2仍处在通电导通状态,制动闸组5的压力油,一路经过电磁换向阀G2左位流入比例溢流阀3回油箱,另一路经过并联的两个电磁换向阀G5、G55同时断电换到左位回油箱,制动闸组5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。
工作原理:安全制动时,需要导通的通道采用并联的两个电磁换向阀连接实现冗余导通,以图1中制动闸组5与油箱要导通采用并联的两个电磁换向阀G5、G55连接为例说明,制动闸组5的压力油经过并联的电磁换向阀G5、G5断电换到左位与油箱导通,制动闸组5制动,完成本次安全制动功能;若并联的两个电磁换向阀G5、G55任一个出现换位故障,若电磁换向阀G5出现断电不与油箱导通的换位故障,制动闸组5的压力油经过换位正确的电磁换向阀G55断电换到左位与油箱导通,制动闸组5仍制动,仍完成本次安全制动功能;同理若电磁换向阀G55出现断电不与油箱导通的换位故障也一样;监测阀位的传感器诊断到电磁换向阀换位故障报警或闭锁下次开车。安全制动时,需要导通的通道采用并联的两个电磁换向阀连接实现冗余导通的还有:制动闸组5和溢流阀6与调速阀7和油箱要导通,采用并联的两个电磁换向阀G3、G33连接实现并联冗余导通;制动闸组5与溢流阀10和可调节流阀11要导通,采用并联的两个电磁换向阀G4、G44连接实现并联冗余导通。
安全制动时,需要阻断的通道采用两个串联的电磁换向阀连接实现冗余阻断,以图1中制动闸组5和比例溢流阀3要阻断用串联的两个电磁换向阀G2、G22连接为例说明,制动闸组5和比例溢流阀3被串联的两个电磁换向阀G2、G22同时断电换到左位阻断,完成本次安全制动功能。若串联的两个电磁换向阀G2、G22任一个出现换位故障,若电磁换向阀G2断电出现未换位仍处在右位导通的换位故障,制动闸组5和比例溢流阀3被换位正确的电磁换向阀G22断电换到左位阻断,仍完成本次安全制动功能;同理若电磁换向阀G22断电出现未换位仍处在右位导通的换位故障也一样;监测阀位的传感器诊断到电磁换向阀换位故障报警或闭锁下次开车。安全制动时,需要阻断的通道采用两个串联的电磁换向阀连接实现冗余阻断的还有,比例溢流阀3与单向阀2、14、15要阻断,用串联的两个电磁换向阀G1、G11连接实现串联冗余阻断。
安全制动时,需要导通的通道采用并联的两个电磁换向阀连接实现冗余导通,需要阻断的通道采用两个串联的电磁换向阀连接实现冗余阻断。参与安全制动的所有条通道都冗余,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,诊断到电磁换向阀故障,报警或闭锁下次开车。