CN115448199B - 一种矿井提升机多通道制动系统协同控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿井提升机多通道制动系统协同控制方法，通过实时检测每个盘式制动器闸瓦的位置信息得到闸瓦的磨损量，并通过判断闸瓦的磨损程度的不同划分磨损等级，按照磨损等级制定平均分配、比例分配和指数分配三种制动力分配模式，进而动态调整每个盘式制动器的设定制动压力，利用油压传感器的反馈压力信号，采用压力闭环的控制方法实现盘式制动器对设定制动压力的跟踪控制，实现了基于闸瓦磨损量的矿井提升机多通道制动系统协同制动控制，避免了由闸瓦不均匀磨损导致的单个或多个盘式制动器使用寿命降低，制动性能下降以及制动失效等问题，从而提高了制动系统的使用安全性与可靠性。

Description

一种矿井提升机多通道制动系统协同控制方法

技术领域

本发明涉及矿井提升机技术领域，具体涉及一种矿井提升机多通道制动系统协同制动控制方法。

背景技术

矿井提升机作为煤炭生产中负责提升材料和设备、升降人员等任务的关键设备，其安全可靠性不仅直接影响整个矿井的生产和经济效益,而且最重要的是关系到矿工的生命安全。制动装置作为提升机最为关键的安全保障设备，其运行安全性对矿物生产以及矿工的生命安全有着极其重要影响。随着矿井提升机对运力要求的不断提升，以及对安全性要求的提高，研究人员研发出了一种多通道制动系统，以提升矿井提升机制动过程中的安全性，每个独立盘式制动器通道根据相同的减速指令信号和同一速度反馈信号实现提升机的恒减速制动。在这种方式下，每个盘式制动器获得相同的制动力给定信号，由单独的比例换向阀驱动完成制动力跟踪控制，理论上在制动时每个盘式制动器会保持相同的制动压力，但是由于液压管路布置差异，制动器安装误差，换向阀压力流量特性，盘式制动器响应特性差异等因素必然会导致闸瓦出现不均匀磨损的问题，给每个盘式制动器相同的制动设定压力，往往会导致单个或多个盘式制动器闸瓦磨损加剧的现象，致使其制动性能下降，使用寿命降低甚至出现制动器失效等问题，不仅影响生产效率，而且给制动安全性带来巨大隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矿井提升机多通道制动系统协同制动控制方法，可实现制动力的动态分配，保证多个盘式制动器闸瓦的磨损一致性，解决了闸瓦不均匀磨损问题，从而提高了矿井提升机运行安全性。

为实现上述目的，本发明的一种矿井提升机多通道制动系统协同制动控制方法，基于多通道制动系统，包括多个盘式制动器，每个盘式制动器由一个独立的比例控制阀控制，在每个盘式制动器上安装有油压传感器和位移传感器；所述控制方法包括如下步骤：

步骤S1，利用位移传感器分别测定盘式制动器在完全松闸和压紧时闸瓦的初始位置信息x_is0和x_iy0，以及闸瓦初始厚度Δ_i0，其中i表示第i个盘式制动器；

步骤S2，当提升机系统正式投入使用后，制动命令发出前，利用位移传感器记录盘式制动器完全松闸时的闸瓦位置x_is，当制动命令发出后，记录盘式制动器完全压紧时闸瓦的位置x_iy；

步骤S3，根据以上测定的盘式制动器的位置信息计算闸瓦磨损量Δ_i，制动系统闸瓦总磨损量其中n为盘式制动器个数；制动器闸瓦平均磨损量根据以上物理量计算闸瓦平均磨损量相对于总磨损量的百分比λ_avg，其计算公式为：

步骤S4，计算第i个盘式制动器闸瓦磨损量相对于总磨损量的百分比λ_i和闸瓦磨损率η_i，其计算公式为：

步骤S5，通过比较λ_i与λ_avg，将盘式制动器闸瓦的磨损程度划分成3个磨损等级，当λ_i≤k₁λ_avg时为I级磨损；当k₁λ_avg＜λ_i≤k₂λ_avg时为II级磨损；当λ_i＞k₂λ_avg时为III级磨损，根据盘式制动器闸瓦磨损等级不同，对总需求制动力F_ref进行三种不同的分配方法，其中k₁和k₂是闸瓦磨损等级划分系数；

步骤S6，当盘式制动器闸瓦磨损等级为I级时，总制动力F_sum服从平均分配原则，盘式制动器制动力分配值F_i设定为

步骤S7，当盘式制动器闸瓦磨损等级为II级时，总制动力F_sum服从比例分配原则，盘式制动器制动力分配值F_i设定为

步骤S8，当盘式制动器闸瓦磨损等级为III级时，总制动力F_sum服从指数分配原则，其值F_i设定为

步骤S9，完成盘式制动器的制动压力分配后，在比例换向阀的驱动下，利用安装于盘式制动器进油腔上的油压传感器所反馈的压力信号，实现盘式制动器对所分配制动力F_i的闭环跟踪控制；

步骤S10，完成制动任务，实现制动力的动态分配，当需要进行下次制动操作时，重复步骤S1-步骤S9。

进一步地，在步骤S7中，判断是否存在盘式制动器制动力分配值F_i＞F_max的情况，F_max是单个盘式制动器所能提供的最大制动力，如果存在，说明该盘式制动器达到所能提供的最大制动力，即盘式制动器制动力饱和，检测达到制动力饱和的盘式制动器数量m，对于j个达到最大制动力的盘式制动器，其制动力分配值设定为F_j＝F_max,j＝1,...,m；计算剩余所需制动力F_sur＝F_sum-m·F_max，对于n-m个未达到制动力饱和的盘式制动器进行制动力F_sur的再分配，其制动力分配值F_i设定为

进一步地，在步骤S8中，判断是否存在盘式制动器制动力分配值F_i＞F_max的情况，如果存在，说明该盘式制动器达到所能提供的最大制动力，即盘式制动器制动力饱和，检测达到制动力饱和的盘式制动器数量m，对于m个达到最大制动力的盘式制动器，其制动力分配值设定为F_j＝F_max,j＝1,...,m；计算剩余所需制动力F_sur＝F_sum-m·F_max，对于n-m个未达到制动力饱和的盘式制动器进行制动力F_sur的再分配，其制动力分配值F_i设定为

进一步地，若第i个盘式制动器的闸瓦磨损率η_i≥η_max，表示该盘式制动器的闸瓦失效，此时提升机停机检修，更换闸瓦后执行步骤S2，其中η_max为设定闸瓦磨损率安全阈值。

进一步地，闸瓦磨损率的安全阈值η_max取值范围为15％-25％。

进一步地，闸瓦磨损程度等级划分系数k₁取值范围为1.5-2.5，k₂取值范围为4.5-5.5。

进一步地，所述比例控制阀为三位四通比例控制阀。

进一步地，三位四通比例换向阀阀芯中位为全遮盖结构。

进一步地，所述多通道制动系统包括八个通道，每个通道设置一个盘式制动器，八个所述盘式制动器左右对称分布于制动盘的两侧。

本发明的有益效果是：本发明通过检测每个盘式制动器闸瓦的磨损量，根据磨损程度不同划分了三种磨损等级，并根据不同磨损等级制定了平均，比例和指数三种制动力分配策略，每个盘式制动器依据闸瓦磨损量的不同进行制动力动态设定，实现了基于闸瓦磨损量的多通道制动系统协同控制，保证了多个盘式制动器闸瓦磨损的一致性。

附图说明

图1为矿井提升机多通道制动系统制动力分配方法流程图；

图2为矿井提升机多通道制动系统示意图；

图3为矿井提升机多通道制动系统制动力分配控制原理图；

图中，1-卷筒，2-制动盘，3-盘式制动器，4-三位四通比例换向阀，5-油压传感器，6-位移传感器。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

一种矿井提升机多通道制动系统协同制动控制方法，控制方法基于多通道制动系统，请参照图2所示，卷筒1两侧安装有制动盘2，卷筒两侧的制动盘2上下左右对称布置了八个盘式制动器3，每个盘式制动器3的进回油腔通过液压管路连接到三位四通比例换向阀4，八个三位四通比例换向阀4分别独立连接到液压泵站，为了防止因为换向阀零偏导致液压油进出制动器而引起盘式制动器动作，本实施例所采用的三位四通比例换向阀阀芯中位为全遮盖结构。此外每个盘式制动器3的进回油腔安装有液压传感器5，以及靠近制动盘2一侧安装有位移传感器6。

控制方法包括如下步骤：

步骤S1，首先定义盘式制动器3向闸盘2的运动方向为正向，在盘式制动器3安装调试完成且未进行制动工作前，利用安装于盘式制动器3上的位移传感器6分别测定盘式制动器3在完全松闸时闸瓦的初始位置信息x_is0和压紧时闸瓦的初始位置信息x_iy0，闸瓦未进行制动时的初始厚度Δ_i0，其中i表示第i个盘式制动器。

步骤S2，在提升机系统正式投入使用后，制动命令发出前，利用安装于盘式制动器3上的位移传感器6记录盘式制动器3投入使用后完全松闸时的闸瓦位置信息x_is，在制动命令发出后，同样利用安装于盘式制动器3上的位移传感器6记录盘式制动器完全压紧时闸瓦的位置信息x_iy。

步骤S3，根据以上测定的盘式制动器3的位置信息计算第i个盘式制动器3的闸瓦磨损量Δi，其计算公式为Δ_i＝(x_iy-x_is)-(x_iy0-x_is0)；多通道制动系统闸瓦总磨损量为Δ_sum，其计算公式为其中n为盘式制动器3个数；制动器闸瓦平均磨损量为Δ_avg，其计算公式为/>根据以上物理量计算盘式制动器3闸瓦平均磨损量相对于总磨损量的百分比λ_avg，其计算公式为：

步骤S4，计算第i个盘式制动器3闸瓦磨损量相对于总磨损量的百分比λ_i和闸瓦磨损率η_i，其计算公式为：

第i个盘式制动器3的闸瓦磨损率η_i≥η_max，表示该盘式制动器的闸瓦失效，此时提升机停机检修，更换闸瓦后执行步骤b)，其中η_max为设定闸瓦磨损率安全阈值。闸瓦磨损率的安全阈值η_max取值范围为15％-25％。

步骤S5，通过比较λ_i与λ_avg，将盘式制动器3闸瓦的磨损程度划分成3个磨损等级，当λ_i≤k₁λ_avg时为I级磨损；当k₁λ_avg＜λ_i≤k₂λ_avg时为II级磨损；当λ_i＞k₂λ_avg时为III级磨损，(其中k₁和k₂是闸瓦磨损等级划分系数)根据盘式制动器3闸瓦磨损等级不同，对总需求制动力F_ref进行三种不同的分配方法，闸瓦磨损程度等级划分系数k₁取值范围为1.5-2.5，k₂取值范围为4.5-5.5。

步骤S6，当盘式制动器3闸瓦磨损等级为I级时，制动力F_sum服从平均分配原则，盘式制动器3制动力分配值F_i设定为

步骤S7，盘式制动器3闸瓦磨损等级为II级时，制动力F_sum服从比例分配原则，盘式制动器3制动力分配值F_i设定为

判断是否存在盘式制动器3制动力分配值F_i＞F_max的情况，(_aF_m是单个盘式制动器3所能提供的最大制动力)，如果存在，说明该盘式制动器3达到所能提供的最大制动力，即盘式制动器3制动力饱和，检测达到制动力饱和的盘式制动器3数量m，对于j个达到最大制动力的盘式制动器3，其制动力分配值设定为F_j＝F_max,j＝1,...,m；计算剩余所需制动力F_sur＝F_sum-m·F_max，对于n-m个未达到制动力饱和的盘式制动器3进行制动力F_sur的再分配，其制动力分配值F_i设定为

步骤S8，当盘式制动器3闸瓦磨损等级为III级时，制动压力服从指数分配原则，其值F_i设定为

判断是否存在盘式制动器3制动力分配值F_i＞F_max的情况，(_aF_m是单个盘式制动器3所能提供的最大制动力)，如果存在说明该盘式制动器3达到所能提供的最大制动力，即盘式制动器3制动力饱和，检测达到制动力饱和的盘式制动器3数量m，对于m个达到最大制动力的盘式制动器3，其制动力分配值设定为F_j＝F_max,j＝1,...,m；计算剩余所需制动力F_sur＝F_sum-m·F_max，对于n-m个未达到制动力饱和的盘式制动器3进行制动力F_sur的再分配，其制动力分配值F_i设定为

步骤S9，完成盘式制动器3的制动压力分配后，在三位四通比例换向阀4的驱动下，利用安装于盘式制动器进回油腔上的油压传感器5所反馈的压力信号，实现盘式制动器3对所分配制动力F_i的闭环跟踪控制。

步骤S10，完成制动任务，实现制动力的动态分配，当需要进行下次制动操作时，重复步骤S1-S9。

矿井提升机多通道制动系统协同控制结构原理如图3所示，总制动力F_sum由制动控制器在设定提升机制动参考信号下利用提升机系统状态反馈计算后得到，然后利用步骤S1-S9的步骤得到盘式制动器所分配制动力F_i，最后利用三位四通比例换向阀和油压传感器完成盘式制动器制动力闭环控制，最终实现了多通道制动系统的协同制动控制。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于此，在所属技术领域的技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下可以作出的各种变化，都处于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种矿井提升机多通道制动系统协同制动控制方法，其特征在于，控制方法基于多通道制动系统，包括多个盘式制动器，每个盘式制动器由一个独立的比例控制阀控制，在每个盘式制动器上安装有油压传感器和位移传感器；所述控制方法包括如下步骤：

步骤S1，利用位移传感器分别测定盘式制动器在完全松闸和压紧时闸瓦的初始位置信息x_is0和x_iy0，以及闸瓦初始厚度Δ_i0，其中i表示第i个盘式制动器；

步骤S2，当提升机系统正式投入使用后，制动命令发出前，利用位移传感器记录盘式制动器完全松闸时的闸瓦位置x_is，当制动命令发出后，记录盘式制动器完全压紧时闸瓦的位置x_iy；

步骤S3，根据以上测定的盘式制动器的位置信息计算闸瓦磨损量Δ_i，制动系统闸瓦总磨损量其中n为盘式制动器个数；制动器闸瓦平均磨损量/>根据以上物理量计算闸瓦平均磨损量相对于总磨损量的百分比λ_avg，其计算公式为：

步骤S4，计算第i个盘式制动器闸瓦磨损量相对于总磨损量的百分比λ_i和闸瓦磨损率η_i，其计算公式为：

步骤S5，通过比较λ_i与λ_avg，将盘式制动器闸瓦的磨损程度划分成3个磨损等级，当λ_i≤k₁λ_avg时为I级磨损；当k₁λ_avg＜λ_i≤k₂λ_avg时为II级磨损；当λ_i＞k₂λ_avg时为III级磨损，根据盘式制动器闸瓦磨损等级不同，对总需求制动力F_ref进行三种不同的分配方法，其中k₁和k₂是闸瓦磨损等级划分系数；

步骤S6，当盘式制动器闸瓦磨损等级为I级时，总制动力F_sum服从平均分配原则，盘式制动器制动力分配值F_i设定为

步骤S7，当盘式制动器闸瓦磨损等级为II级时，总制动力F_sum服从比例分配原则，盘式制动器制动力分配值F_i设定为

步骤S8，当盘式制动器闸瓦磨损等级为III级时，总制动力F_sum服从指数分配原则，其值F_i设定为

步骤S9，完成盘式制动器的制动压力分配后，在比例换向阀的驱动下，利用安装于盘式制动器进油腔上的油压传感器所反馈的压力信号，实现盘式制动器对制动力分配值F_i的闭环跟踪控制；

步骤S10，完成制动任务，实现制动力的动态分配，当需要进行下次制动操作时，重复步骤S1-步骤S9。

2.根据权利要求1所述的一种矿井提升机多通道制动系统协同制动控制方法，其特征在于，在步骤S7中，判断是否存在盘式制动器制动力分配值F_i＞F_max的情况，F_max是单个盘式制动器所能提供的最大制动力，如果存在，说明该盘式制动器达到所能提供的最大制动力，即盘式制动器制动力饱和，检测达到制动力饱和的盘式制动器数量m，对于j个达到最大制动力的盘式制动器，其制动力分配值设定为F_j＝F_max,j＝1,...,m；计算剩余所需制动力F_sur＝F_sum-m·F_max，对于n-m个未达到制动力饱和的盘式制动器进行制动力F_sur的再分配，其制动力分配值F_i设定为

3.根据权利要求1所述的一种矿井提升机多通道制动系统协同制动控制方法，其特征在于，在步骤S8中，判断是否存在盘式制动器制动力分配值F_i＞F_max的情况，如果存在，说明该盘式制动器达到所能提供的最大制动力，即盘式制动器制动力饱和，检测达到制动力饱和的盘式制动器数量m，对于m个达到最大制动力的盘式制动器，其制动力分配值设定为F_j＝F_max,j＝1,...,m；计算剩余所需制动力F_sur＝F_sum-m·F_max，对于n-m个未达到制动力饱和的盘式制动器进行制动力F_sur的再分配，其制动力分配值F_i设定为

4.根据权利要求1所述的一种矿井提升机多通道制动系统协同制动控制方法，其特征在于，若第i个盘式制动器的闸瓦磨损率η_i≥η_max，表示该盘式制动器的闸瓦失效，此时提升机停机检修，更换闸瓦后执行步骤S2，其中η_max为设定闸瓦磨损率安全阈值。

5.根据权利要求4所述的一种矿井提升机多通道制动系统协同制动控制方法，其特征在于，闸瓦磨损率的安全阈值η_max取值范围为15％-25％。

6.根据权利要求1所述的一种矿井提升机多通道制动系统协同制动控制方法，其特征在于，闸瓦磨损程度等级划分系数k₁取值范围为1.5-2.5，k₂取值范围为4.5-5.5。

7.根据权利要求1所述的一种矿井提升机多通道制动系统协同制动控制方法，其特征在于，所述比例控制阀为三位四通比例控制阀。

8.根据权利要求7所述的一种矿井提升机多通道制动系统协同制动控制方法，其特征在于，三位四通比例换向阀阀芯中位为全遮盖结构。

9.根据权利要求1所述的一种矿井提升机多通道制动系统协同制动控制方法，其特征在于，所述多通道制动系统包括八个通道，每个通道设置一个盘式制动器，八个所述盘式制动器左右对称分布于制动盘的两侧。