CN108859779A - 一种交流变频电驱运输车辆电液耦合制动系统及控制方法 - Google Patents

一种交流变频电驱运输车辆电液耦合制动系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于矿用大功率交流变频电驱车辆制动技术领域，具体是一种交流变频电驱运输车辆电液耦合制动系统及控制方法。包括压力油源、行车制动模块、驻车制动模块、泄油块、制动器、减速器、电机、控制模块和加速踏板。本发明提高了变频电驱运输车辆制动系统的可靠性和安全裕度，科学充分利用电机反馈制动能量，降低了制动能耗，消除了在纯机械制动时造成电机和变频器的过载、过流现象，提高了制动器、变频器、电机的使用寿命。

Description

一种交流变频电驱运输车辆电液耦合制动系统及控制方法
技术领域
本发明属于矿用大功率交流变频电驱车辆制动技术领域，具体是一种交流变频电驱运输车辆电液耦合制动系统及控制方法。
背景技术
在井下掘进工作面，运煤车多采用交流变频电机驱动，具有环保，高效等优点。由于运煤车在井下工作时，频繁、往复、短距离穿梭于连采机与皮带机之间，制动频繁，且井下存在视觉条件差，地面起伏坡度变化大等恶劣因素，制动系统的可靠性和制动性能对人机安全和煤矿安全、高效生产意义重大。
现井下变频电驱车辆多为单一液压-机械制动，存在制动系统可靠性设计裕度较小以及在车辆正常行驶过程中，司机无意识接触行车制动阀踏板，可能造成一个微小的制动力一直存在，进而使制动器摩擦片异常磨损的问题。另外，传统机械制动会造成电机转子的“飞轮效应”而产生的巨大惯性转矩，造成制动器寿命短，电机和变频器受冲击而过载、过流，能耗较高且对电机和变频器损害较大，影响煤矿安全生产效率。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供一种交流变频电驱运输车辆电液耦合制动系统及控制方法。
本发明采取以下技术方案：一种交流变频电驱运输车辆电液耦合制动系统，包括压力油源、行车制动模块、驻车制动模块、泄油块、制动器、减速器、电机、控制模块和加速踏板。
行车制动模块包括充液阀、储能装置、行车制动阀和顺序阀，充液阀（2.1）A口与储能装置和行车制动阀P口相连，行车制动阀A口与顺序阀相连；驻车制动模块包括急停阀和三通电磁阀；控制模块中包括控制器、变频器、转速传感器、压力变送器I、压力变送器II和电流互感器，压力变送器II连接行车制动模块和控制器，压力变送器I连接驻车制动模块和控制器，转速传感器、电流互感器、变频器和加速踏板连接控制器，转速传感器还与变频器连接。
液压油源与行车制动模块连接，顺序阀A口制动器行车制动口连接，顺序阀P口与压力变送器II连接，行车制动模块中的充液阀A口与驻车制动模块中的急停阀P口连接，急停阀A口与三通电磁阀A口和P口连接，急停阀A口还与压力变送器以及制动器解制动腔连接，急停阀T口以及三通电磁阀T口与泄油块连接，制动器、减速器和电机依次相连，电机同时与控制模块中的变频器、电流互感器和转速传感器相连接，变频器和加速踏板连接。
交流变频电驱运输车辆电液耦合制动系统的控制方法：
1）行车制动时，当系统检测到行车制动阀输出压力为0~2 MPa时，此压力小于顺序阀的设定压力，制动液无法到达制动器行车制动腔内，制动器不工作，此时系统依靠电机制动，电机减速度为1000r/min/s；此时电机制动力矩为798Nm。
当系统检测到行车制动阀输出压力2~6 MPa时，压力信号作为系统输入信号，同时控制电机与制动器的制动力度，传感器将压力信号转换成电压信号传输给控制器，控制器实时控制变频器的输出频率，使电机制动减速度值自动匹配行车制动阀输出压力，电机减速度值与行车制动阀输出压力线性相关，此过程中，电机减速度变化范围为1000r/min/s~2100r/min/s。
2）驻车制动，三通电磁阀与急停阀联动，解制动压力油既可以通过急停阀A口到T口释放，也可以可通过三通电磁阀A口到T口后释放，完成车辆驻车制动。
与现有技术相比，本发明提高了变频电驱运输车辆制动系统的可靠性和安全裕度，科学充分利用电机反馈制动能量，降低了制动能耗，消除了在纯机械制动时造成电机和变频器的过载、过流现象，提高了制动器、变频器、电机的使用寿命；保证了运煤车的安全、高效使用。实际使用证明，此制动系统安全可靠性高，性能优越，是一种理想的交流变频电驱车辆制动系统。
附图说明
图1为本发明原理图；
图2为电液耦合制动系统控制流程图；
图中1-压力油源，2-行车制动模块，3-驻车制动模块，4-泄油块，5-制动器，6-减速器，7-电机，8-控制模块，9-加速踏板，2.1-充液阀，2.2-储能装置，2.3-行车制动阀，2.4-顺序阀，3.1-急停阀，3.2-三通电磁阀，8.1-控制器，8.2-变频器，8.3-转速传感器，8.4-压力变送器I，8.5-压力变送器II，8.6-电流互感器。
具体实施方式
如图1所示，包括压力油源1，行车制动模块2，驻车制动模块3，泄油块4，制动器5，减速器6，电机7，控制模块8，加速踏板9。所述元件压力油源1经行车制动模块2中的充液阀2.1到储能装置2.2后分两路，一路经行车制动阀2.3和顺序阀2.4后到制动器5，另一路驻车制动模块3经急停阀3.1后连接三通电磁阀3.2和制动器5解制动腔，所有元件的T口与泄油块4相连接。制动器5，减速器6，电机7依次相连，控制模块8中压力变送器I8.4采集压力信号传送给PID控制模块8.1，转速传感器8.3采集电机转速信号传送给控制器8.1，PID控制模块8.1与变频器8.2连接进行数据、信号传输。
行车制动时，压力油源通过行车制动模块2中的充液阀2.1到行车制动阀2.3，当司机踩下行车制动阀2.3踏板时，压力油输出到顺序阀2.4P口，当此压力大于顺序阀2.4设定值时，压力油经顺序阀2.4到制动器5行车制动腔，通过制动器5中制动柱塞使制动器摩擦片动片和静片压紧，形成制动。当外界因某些故障不能提供压力油时，储能装置2.2可提供临时压力油源，保证车辆正常制动，提高了制动系统行车制动的可靠性。
当驻车制动时，按下驻车制动模块3中的急停阀3.1按钮，解制动压力油从制动器解制动腔经急停阀3.1的A口到T口，至卸荷至泄油块4，车辆完成驻车制动。三通电磁阀3.2可与急停阀3.1联动，解制动压力油也可通过三通电磁阀3. 2A口到T口后释放，此冗余设计提高驻车制动的可靠性。
电气制动的控制策略：如图2所示，在车辆制动过程中，采集加速踏板9电压信号、行车制动阀2.3压力信号，以制动压力作为主要给定信号，采集电机7转速信号，作为电机恒转矩区与恒功率区的分界依据，分别控制；仅由加速踏板9控制降速即纯电机制动时，提供适度有效的制动力；行车制动阀2.3作用时，压力信号同时控制电机7与制动器5的制动力度，根据压力信号动态调整电机7制动减速度，保证制动器5和电机7制动扭矩进行有效的叠加；同时在电机制动控制系统中，设定制动电流上限，避免因载重、坡道阻力等外负载变化造成电气系统过载。
行车制动：
液压系统提供的行车制动压力为0~6 MPa。
当系统检测到行车制动阀2.3输出压力为0~2 MPa时，由于此压力小于顺序阀2.4的设定压力，制动液无法到达制动器5行车制动腔内，所以制动器5不工作。此时系统完全依靠电机制动，电机减速度为1000r/min/s；此时电机制动力矩为798Nm。此工况效防止在车辆正常行驶过程中，司机无意识接触行车制动阀2.3踏板，造成一个微小的制动力一直存在，进而使制动器摩擦片异常磨损的问题。
当系统检测到行车制动阀2.3输出压力2~6 MPa时，压力信号作为系统输入信号，同时控制电机与制动器的制动力度。传感器8.5将压力信号转换成电压信号传输给控制器8.1，控制器8.1实时控制变频器8.2的输出频率，使电机7制动减速度值自动匹配行车制动阀2.3输出压力，电机减速度值与行车制动阀2.3输出压力线性相关，保证制动器5制动力矩和电机7制动力矩进行有效的叠加，完成系统耦合制动。此过程中，电机减速度变化范围为1000r/min/s~2100r/min/s。
控制流程图见附图2.
驻车制动：
驻车制动时，三通电磁阀3.2与急停阀3.1联动，解制动压力油既可以通过急停阀3.1A口到T口释放，也可以可通过三通电磁阀3.2A口到T口后释放，完成车辆驻车制动。此冗余设计提高驻车制动的可靠性。

Claims (2)

1.一种交流变频电驱运输车辆电液耦合制动系统，其特征在于：包括压力油源（1）、行车制动模块（2）、驻车制动模块（3）、泄油块（4）、制动器（5）、减速器（6）、电机（7）、控制模块（8）和加速踏板（9）；
行车制动模块（2）包括充液阀（2.1）、储能装置（2.2）、行车制动阀（2.3）和顺序阀（2.4），充液阀（2.1）A口与储能装置（2.2）和行车制动阀（2.3）P口相连，行车制动阀（2.3）A口与顺序阀（2.4）相连；
驻车制动模块（3）包括急停阀（3.1）和三通电磁阀（3.2）；
控制模块（8）中包括控制器（8.1）、变频器（8.2）、转速传感器（8.3）、压力变送器I（8.4）、压力变送器II（8.5）和电流互感器（8.6），压力变送器II（8.5）连接行车制动模块（2）和控制器（8.1），压力变送器I（8.4）连接驻车制动模块（3）和控制器（8.1），转速传感器（8.3）、电流互感器（8.6）、变频器（8.2）和加速踏板（9）连接控制器（8.1），转速传感器（8.3）还与变频器（8.2）连接；
液压油源（1）与行车制动模块（2）连接，顺序阀（2.4）A口制动器（5）行车制动口连接，顺序阀（2.4）P口与压力变送器II（8.5）连接，行车制动模块（2）中的充液阀（2.1）A口与驻车制动模块（3）中的急停阀（3.1）P口连接，急停阀（3.1）A口与三通电磁阀（3.2）A口和P口连接，急停阀（3.1）A口还与压力变送器（8.4）以及制动器（5）解制动腔连接，急停阀（3.1）T口以及三通电磁阀（3.2）T口与泄油块（4）连接，制动器（5）、减速器（6）和电机（7）依次相连，电机（7）同时与控制模块（8）中的变频器（8.2）、电流互感器（8.6）和转速传感器（8.3）相连接，变频器（8.2）和加速踏板（9）连接。
2.一种如权利要求1所述的交流变频电驱运输车辆电液耦合制动系统的控制方法，其特征在于：
1）行车制动时，当系统检测到行车制动阀（2.3）输出压力为0~2 MPa时，此压力小于顺序阀（2.4）的设定压力，制动液无法到达制动器（5）行车制动腔内，制动器（5）不工作，此时系统依靠电机制动，电机减速度为1000r/min/s；此时电机制动力矩为798Nm，
当系统检测到行车制动阀（2.3）输出压力2~6 MPa时，压力信号作为系统输入信号，同时控制电机与制动器的制动力度，传感器（8.5）将压力信号转换成电压信号传输给控制器（8.1），控制器（8.1）实时控制变频器（8.2）的输出频率，使电机（7）制动减速度值自动匹配行车制动阀（2.3）输出压力，电机减速度值与行车制动阀（2.3）输出压力线性相关，此过程中，电机减速度变化范围为1000r/min/s~2100r/min/s；
2）驻车制动，三通电磁阀（3.2）与急停阀（3.1）联动，解制动压力油既可以通过急停阀（3.1）A口到T口释放，也可以可通过三通电磁阀（3.2）A口到T口后释放，完成车辆驻车制动。
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