CN109682588B - 一种用于测试恒减速制动的实验系统 - Google Patents
一种用于测试恒减速制动的实验系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于测试恒减速制动的实验系统，将执行机构、液压站、控制装置和数据采集模块结合，基于提升综合试验台进行模拟恒减速制动实验，提升综合试验台具有惯性负载，可以模拟提升系统的紧急制动工况，与实际紧急工况基本一致；该恒减速制动实验系统的制动原理与实际提升系统的制动原理一致，且系统结构相对简单可靠，同时具有工作制动，恒减速制动，二级制动与一级制动功能；研究人员可以基于此系统反复多次进行恒减速制动实验，可以通过恒减速制动实验不断地改善液压系统的性能；在不改变实验系统的情况下，可以研究针对恒减速制动的不同控制策略下的恒减速制动性能，也可以对实验系统中的组成部分进行重新设计，有针对性的进行研究。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测试恒减速制动的实验系统，属于实验设备技术领域。
背景技术
恒减速制动以恒定的制动减速度为控制目标，不受负载及运行工况变化的影响，始终以给定的减速度进行平稳制动，是目前国内外比较流行的一种安全制动方式，也是当前最为理想的安全制动方式；对于恒减速制动方式，国内外都进行了很深入的研究；但是，如何进行恒减速制动系统的设计、安装及调试才能满足煤矿行业标准对恒减速制动系统的要求，是本行业的研究方向；为了测试已设计的恒减速制动系统，当前采用的方法主要是利用正常生产的矿井提升机进行，由于进行恒减速制动实验所模拟的安全制动工况的特殊性，因此这种现场试验测试的方式将带来很大的安全隐患；同时，目前还没有一套完整且行之有效的实验系统可以进行恒减速制动的实验研究。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于测试恒减速制动的实验系统，能模拟煤矿提升机的工况，从而有效实现恒减速制动的实验研究。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于测试恒减速制动的实验系统，包括制动执行机构、液压站、控制器、工业计算机和数据采集模块；
所述制动执行机构包括安装于提升试验系统驱动主轴上的制动盘和装在制动盘上的盘式制动器，驱动主轴上设有光电旋转编码器；
所述液压站为制动执行机构提供动力，其包括电机、油泵、过滤器Ⅰ、过滤器Ⅱ、溢流阀Ⅰ、溢流阀Ⅱ、溢流阀Ⅲ、油压传感器Ⅰ～Ⅴ、电磁换向阀G1～G5、压力表Ⅰ、压力表Ⅱ、压力继电器Ⅰ、压力继电器Ⅱ、蓄能器、比例溢流阀Ⅰ和比例溢流阀Ⅱ，电机与油泵传动连接，过滤器Ⅰ的一端与油箱连接，过滤器Ⅰ的另一端与油泵的进油端连接，油泵的出油端通过过滤器Ⅱ与单向阀Ⅰ的进口连接，单向阀Ⅰ的出口与电磁换向阀G1的A端口、单向阀Ⅱ的进口、电磁换向阀G3的A端口和电磁换向阀G6的A端口连接，电磁换向阀G1的B端口通过节流阀Ⅰ与单向阀Ⅱ的出口、节流阀Ⅱ的一端、压力表Ⅰ、压力继电器Ⅰ、蓄能器和油压传感器Ⅰ连接，节流阀Ⅱ的另一端与电磁换向阀G2的A端口连接，电磁换向阀G2的B端口与溢流阀Ⅱ的一端连接，溢流阀Ⅱ的另一端接油箱，电磁换向阀G2的C端口与溢流阀Ⅲ的一端和电磁换向阀G3的B端口连接，溢流阀Ⅲ的另一端接油箱，电磁换向阀G3的C端口与电磁换向阀G4的A端口、电磁换向阀G5的A端口、压力表Ⅱ、压力继电器Ⅱ、油压传感器Ⅱ～Ⅴ连接，电磁换向阀G4的B端口和电磁换向阀G5的B端口接油箱，电磁换向阀G6的B端口与比例溢流阀Ⅰ的进口连接，电磁换向阀G6的C端口与比例溢流阀Ⅱ的进口连接，比例溢流阀Ⅰ的出口和比例溢流阀Ⅱ的出口接油箱，溢流阀Ⅰ的一端接单向阀Ⅰ和过滤器Ⅱ之间的油路上，压差发讯器并联在过滤器Ⅱ的两端，蓄能器与油箱之间通过截止阀Ⅰ连接，电磁换向阀G3的C端口连接有截止阀Ⅲ，电磁换向阀G4的A端口连接有截止阀Ⅱ；
所述工业计算机与数据采集模块和控制器连接，控制器与电磁换向阀G1～G5、电机、溢流阀Ⅰ、溢流阀Ⅱ、溢流阀Ⅲ、比例溢流阀Ⅰ和比例溢流阀Ⅱ电连接；
所述数据采集模块与光电旋转编码器、压力表Ⅰ、压力表Ⅱ、压差发讯器、油压传感器Ⅰ～Ⅴ连接。
进一步，还包括液位计和温度计，液位计和温度计均与数据采集模块电连接，分别用于检测油箱内的液位和温度。
进一步，所述过滤器Ⅱ为高压过滤器。
与现有技术相比，本发明将执行机构、液压站、控制装置和数据采集模块结合于一体，基于提升综合试验台进行模拟恒减速制动实验，提升综合试验台具有惯性负载，可以模拟提升系统的紧急制动工况，与实际提升系统的紧急工况基本一致；该恒减速制动实验系统的制动原理与实际提升系统的制动原理一致，且系统结构相对简单可靠，同时具有工作制动，恒减速制动，二级制动与一级制动功能；研究人员可以基于此系统反复多次进行恒减速制动实验，可以通过恒减速制动实验不断地改善液压系统的性能；在不改变实验系统的情况下，可以研究针对恒减速制动的不同控制策略下的恒减速制动性能，也可以对实验系统中的组成部分进行重新设计，有针对性的进行研究。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图；
图2是本发明中液压站的液压原理图。
图中：1、制动盘，2、盘式制动器，3、光电旋转编码器，4、油箱，5、温度计，6、液位计，7.1、过滤器Ⅰ，7.2、过滤器Ⅱ，8、电机，9、油泵，10、压差发讯器，11.1、溢流阀Ⅰ，11.2、溢流阀Ⅱ，11.3、溢流阀Ⅲ，12.1、单向阀Ⅰ，12.2、单向阀Ⅱ，13.1、油压传感器Ⅰ，13.2、油压传感器Ⅱ，13.3、油压传感器Ⅲ，13.4、油压传感器Ⅳ，13.5、油压传感器Ⅴ，14、电磁换向阀G1，15.1、节流阀Ⅰ，15.2、节流阀Ⅱ，16.1、压力表Ⅰ，16.2、压力表Ⅱ，17.1、压力继电器Ⅰ，17.2、压力继电器Ⅱ，18.1、截止阀Ⅰ，18.2、截止阀Ⅱ，18.3、截止阀Ⅲ，19、蓄能器，20、电磁换向阀G2，21.1、比例溢流阀Ⅰ，21.2、比例溢流阀Ⅱ，22、电磁换向阀G3，23、电磁换向阀G4，24、电磁换向阀G5，25、电磁换向阀G6。
具体实施方式
下面将对本发明做进一步说明。
如图所示，本发明包括制动执行机构、液压站、控制器、工业计算机和数据采集模块；
所述制动执行机构包括安装于提升试验系统驱动主轴上的制动盘1和装在制动盘1上的盘式制动器2，驱动主轴上设有光电旋转编码器3；
所述液压站为制动执行机构提供动力，其包括电机8、油泵9、过滤器Ⅰ7.1、过滤器Ⅱ7.2、溢流阀Ⅰ11.1、溢流阀Ⅱ11.2、溢流阀Ⅲ11.3、油压传感器Ⅰ～Ⅴ、电磁换向阀G1～G5、压力表Ⅰ16.1、压力表Ⅱ16.2、压力继电器Ⅰ17.1、压力继电器Ⅱ17.2、蓄能器19、比例溢流阀Ⅰ21.1和比例溢流阀Ⅱ21.2，电机8与油泵9传动连接，过滤器Ⅰ7.1的一端与油箱4连接，过滤器Ⅰ7.1的另一端与油泵9的进油端连接，油泵9的出油端通过过滤器Ⅱ7.2与单向阀Ⅰ12.1的进口连接，单向阀Ⅰ12.1的出口与电磁换向阀G1的A端口、单向阀Ⅱ12.2的进口、电磁换向阀G3的A端口和电磁换向阀G6的A端口连接，电磁换向阀G1的B端口通过节流阀Ⅰ15.1与单向阀Ⅱ12.2的出口、节流阀Ⅱ15.2的一端、压力表Ⅰ16.1、压力继电器Ⅰ17.1、蓄能器19和油压传感器Ⅰ13.1连接，节流阀Ⅱ15.2的另一端与电磁换向阀G2的A端口连接，电磁换向阀G2的B端口与溢流阀Ⅱ11.2的一端连接，溢流阀Ⅱ11.2的另一端接油箱4，电磁换向阀G2的C端口与溢流阀Ⅲ11.3的一端和电磁换向阀G3的B端口连接，溢流阀Ⅲ11.3的另一端接油箱4，电磁换向阀G3的C端口与电磁换向阀G4的A端口、电磁换向阀G5的A端口、压力表Ⅱ16.2、压力继电器Ⅱ17.2、油压传感器Ⅱ～Ⅴ连接，电磁换向阀G4的B端口和电磁换向阀G5的B端口接油箱4，电磁换向阀G6的B端口与比例溢流阀Ⅰ21.1的进口连接，电磁换向阀G6的C端口与比例溢流阀Ⅱ21.2的进口连接，比例溢流阀Ⅰ21.1的出口和比例溢流阀Ⅱ21.2的出口接油箱4，溢流阀Ⅰ11.1的一端接单向阀Ⅰ12.1和过滤器Ⅱ7.2之间的油路上，压差发讯器10并联在过滤器Ⅱ7.2的两端，蓄能器19与油箱4之间通过截止阀Ⅰ18.1连接，电磁换向阀G3的C端口连接有截止阀Ⅲ18.3，电磁换向阀G4的A端口连接有截止阀Ⅱ18.2；
所述工业计算机与数据采集模块和控制器连接，控制器与电磁换向阀G1～G5、电机8、溢流阀Ⅰ11.1、溢流阀Ⅱ11.2、溢流阀Ⅲ11.3、比例溢流阀Ⅰ21.1和比例溢流阀Ⅱ21.2电连接；
所述数据采集模块与光电旋转编码器3、压力表Ⅰ16.1、压力表Ⅱ16.2、压差发讯器10、油压传感器Ⅰ～Ⅴ连接。
进一步，还包括液位计6和温度计5，液位计6和温度计5均与数据采集模块电连接，分别用于检测油箱4内的液位和温度。
进一步，所述过滤器Ⅱ7.2为高压过滤器。
当进行恒减速制动实验时，首先通过工业计算机中组态的人机界面参数设置页面进行实验参数设置，包括提升实验系统运行速度，恒减速制动减速度值等；然后工业计算机通过控制器控制电机启动，使油泵9工作通过液压站使提升系统正常运行，当提升系统运行至恒减速制动有效区间范围，断开安全回路信号，模拟提升机恒减速制动，控制器得到安全回路掉电信号后，控制器根据光电旋转编码器3采集到的速度信号，通过微分算法得到提升系统的实时减速度值，与给定的减速度值作差，通过已知的控制算法(如模糊神经网络、模糊控制、PID、模糊PID等)计算得到比例溢流阀Ⅰ21.1(比例溢流阀Ⅱ21.2作为比例溢流阀Ⅰ的备份，在其发生故障时开始使用)的控制电压信号，通过模拟量输出模块控制比例溢流阀的控制压力，进而控制提升系统的制动力矩，不断地调节提升系统的制动减速度，以使其达到给定的减速度值并以此值进行恒减速制动；与此同时，数据采集模块不断地通过安装于提升系统主轴的光电旋转编码器3进行提升速度的采集，通过液压站的压力变送器13采集盘式制动器油缸压力与蓄能器19压力，并将其保存于工业计算机内，供实验后分析。
工作制动，恒减速制动，二级制动与一级制动，四个制动模式的具体工作过程为：
工作制动：提升机综合试验台开车前要先启动液压站，当液压站进入工作状态后，电机8电动机带动泵9运转首先经过单向阀12.2给蓄能器19充油，当蓄能器19内油压达到预设值时压力继电器17.1动作使电磁换向阀G5、G3得电，电磁换向阀G4失电，油液经电磁换向阀G5进入盘式制动器的油缸，制动盘开闸；当提升机运行至停车点时，比例溢流阀Ⅰ21.1的控制信号降为0，与此同时电磁换向阀G5、G3失电，电磁换向阀G4得电，盘式制动器油缸内的液压油经电磁换向阀G4、G5流回油箱，盘式制动器抱闸。
恒减速制动：提升机制动系统接收到安全回路掉电信号后，电机停止转动，电磁换向阀G1得电，蓄能器19作为系统的动力源，电磁换向阀G3、G5保持得电状态不变，电磁换向阀G4保持失电状态，控制系统根据反馈的加速度与给定加速度的误差通过控制算法实时调整比例溢流阀21的控制信号，调节盘式制动器的制动力；当速度降到接近为0时电磁换向阀G3、G5失电，电磁换向阀G4得电，比例溢流阀Ⅰ21.1的控制信号变位0，盘式制动器的全部制动力矩作用到制动盘上。
恒力矩二级制动：当提升机恒减速制动失效时，制动方式由恒减速转变成恒力矩二级制动，电磁换向阀G3、G1失电，电磁换向阀G2得电，系统内的油压经溢流阀11.2、11.3降至二级制动油压，此时蓄能器19在系统中起到补偿系统泄露保压的效果；延时一段时间后电磁换向阀G5得电，G4失电，系统内液压油经电磁换向阀G4、G5回油箱，盘式制动器的全部制动力矩作用到制动盘上。
一级制动：当提升机容器在井口或井底附近安全回路掉电时，只能实施一级制动，电磁换向阀G5、G3得电，电磁换向阀G4失电，盘式制动器内的液压油经电磁换向阀G4、G5迅速回油箱，盘式制动器抱死制动盘。
表1不同模式下电磁换向阀的状态
注释：“+”表示电磁换向阀得电，“-”电磁换向阀失电，“→”表示延时切换。
Claims (3)
1.一种用于测试恒减速制动的实验系统，其特征在于，包括制动执行机构、液压站、控制器、工业计算机和数据采集模块；
所述制动执行机构包括安装于提升试验系统驱动主轴上的制动盘和装在制动盘上的盘式制动器，驱动主轴上设有光电旋转编码器；
所述液压站为制动执行机构提供动力，其包括电机、油泵、过滤器Ⅰ、过滤器Ⅱ、溢流阀Ⅰ、溢流阀Ⅱ、溢流阀Ⅲ、油压传感器Ⅰ～Ⅴ、电磁换向阀G1～G5、压力表Ⅰ、压力表Ⅱ、压力继电器Ⅰ、压力继电器Ⅱ、蓄能器、比例溢流阀Ⅰ和比例溢流阀Ⅱ，电机与油泵传动连接，过滤器Ⅰ的一端与油箱连接，过滤器Ⅰ的另一端与油泵的进油端连接，油泵的出油端通过过滤器Ⅱ与单向阀Ⅰ的进口连接，单向阀Ⅰ的出口与电磁换向阀G1的A端口、单向阀Ⅱ的进口、电磁换向阀G3的A端口和电磁换向阀G6的A端口连接，电磁换向阀G1的B端口通过节流阀Ⅰ与单向阀Ⅱ的出口、节流阀Ⅱ的一端、压力表Ⅰ、压力继电器Ⅰ、蓄能器和油压传感器Ⅰ连接，节流阀Ⅱ的另一端与电磁换向阀G2的A端口连接，电磁换向阀G2的B端口与溢流阀Ⅱ的一端连接，溢流阀Ⅱ的另一端接油箱，电磁换向阀G2的C端口与溢流阀Ⅲ的一端和电磁换向阀G3的B端口连接，溢流阀Ⅲ的另一端接油箱，电磁换向阀G3的C端口与电磁换向阀G4的A端口、电磁换向阀G5的A端口、压力表Ⅱ、压力继电器Ⅱ、油压传感器Ⅱ～Ⅴ连接，电磁换向阀G4的B端口和电磁换向阀G5的B端口接油箱，电磁换向阀G6的B端口与比例溢流阀Ⅰ的进口连接，电磁换向阀G6的C端口与比例溢流阀Ⅱ的进口连接，比例溢流阀Ⅰ的出口和比例溢流阀Ⅱ的出口接油箱，溢流阀Ⅰ的一端接单向阀Ⅰ和过滤器Ⅱ之间的油路上，压差发讯器并联在过滤器Ⅱ的两端，蓄能器与油箱之间通过截止阀Ⅰ连接，电磁换向阀G3的C端口连接有截止阀Ⅲ，电磁换向阀G4的A端口连接有截止阀Ⅱ；
所述工业计算机与数据采集模块和控制器连接，控制器与电磁换向阀G1～G5、电机、溢流阀Ⅰ、溢流阀Ⅱ、溢流阀Ⅲ、比例溢流阀Ⅰ和比例溢流阀Ⅱ电连接；
所述数据采集模块与光电旋转编码器、压力表Ⅰ、压力表Ⅱ、压差发讯器、油压传感器Ⅰ～Ⅴ连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于测试恒减速制动的实验系统，其特征在于，还包括液位计和温度计，液位计和温度计均与数据采集模块电连接，分别用于检测油箱内的液位和温度。
3.根据权利要求1所述的一种用于测试恒减速制动的实验系统，其特征在于，所述过滤器Ⅱ为高压过滤器。
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