CN203794539U - 一种矿井提升机同步共点多通道恒减速安全制动系统 - Google Patents

Abstract

一种矿井提升机同步共点多通道恒减速安全制动系统，包含由液压系统、恒减速闭环电气控制装置及检测反馈装置构成的制动回路；所述制动系统至少包括两路并行的单独制动回路，所述每路单独制动回路的恒减速闭环电气控制装置输入同一恒减速给定值指令信号，并接收同一速度反馈信号，速度反馈信号与恒减速给定值指令信号比较后差值，作为各单独制动回路的输入指令控制该制动回路；所述每条单独制动回路均输出液压介质至同一执行元件；在任一或多个单独制动回路工作时则制动系统工作。

Description

一种矿井提升机同步共点多通道恒减速安全制动系统

技术领域

本发明创造涉及矿井提升机安全制动控制技术领域。

背景技术

矿井提升机是井工矿山开采的咽喉设备，承担着井上井下之间矿物、设备、材料和人员输送的重要任务，其性能好坏对于矿山安全生产十分重要。矿井提升系统载荷大（运动质量可达数百吨）、速度快（每秒超过10米），人员多（提升人员时可达数十人到数百人），一旦制动失灵，后果不堪设想；故制动系统的制动性能和可靠性则是矿井提升系统安全生产的重要保障，其中电液制动系统是关系到提升机安全制动性能的关键部分。

安全制动是指提升机或提升绞车在运行过程中，为避免出现安全事故时迅速停车的制动行为；安全制动过程主要是由电液制动系统完成的。

恒减速安全制动控制方式是目前最为先进的矿井提升系统安全制动方式。恒减速安全制动是指：安全制动时，通过闭环控制系统的控制作用，达到在同一制动过程中保持提升系统制动减速度恒定不变的制动方式。在安全制动时，可以在各种载荷、各种速度、各种工况下，使提升系统按照给定的恒定减速度进行制动。详细技术方案记载在专利号为ZL201010534232.7的专利说明书中。但目前普遍使用的恒值闭环恒减速安全制动装置均采用单回路，即由单一的制动装置、电液控制装置和检测反馈装置组成的闭环控制系统实现安全制动过程中提升系统的恒值闭环制动控制功能。

由于矿井提升机是一种对设备安全可靠性要求极高的设备，且控制装置都是由若干个零部件组成，任何一个组成部分的功能失效都有可能造成系统功能失效，从而造成机毁人亡的重大安全事故。因此目前的措施除了采用高可靠性的元器件外，还需要配置备用的安全制动回路。在安全制动过程中，当制动系统检测到主制动控制回路失效时，自动转到备用制动控制回路完成安全制动工作，以避免出现制动失效而产生安全事故。

目前采用的备用安全制动回路主要有两种：一种是恒减速制动方式备用恒力矩二级制动方式。这种备用方式的工作过程是：在安全制动过程中，当制动系统检测到恒减速制动回路控制失效时，自动转到备用的恒力矩二级制动控制回路完成安全制动过程。这种备用制动控制方式回路简单、可靠，但由于恒力矩二级制动控制方式制动性能不如恒减速制动方式性能安全、平稳，且使满足大型多绳摩擦提升机的防滑条件降低，需要在矿井提升系统设计上同时满足两种制动控制方式下的提升系统参数配置，实际上是按照参数较低的条件进行设计，这样就会造成提升系统增加配重、加大设备规格和功率，增加建设成本等不利条件。另一种是恒减速制动方式备用恒减速制动方式。这种备用方式的工作过程是：在安全制动过程中，当制动系统检测到恒减速制动回路控制失效时，自动转到备用的恒减速制动控制回路完成安全制动过程。这种备用制动控制方式虽然保证了备用制动方式在转换前后制动性能不变，但单回路制动系统不论在转换前后都必然具有其故障率的固有特性；此外，在转换过程中，转换装置也必然具有其故障率，转换前后的两个制动回路的故障率和转换装置的故障率具有叠加效果，三个装置各自故障率的和构成了整个制动系统总故障率。这样的系统故障率对于对安全性要求极高的矿井提升机系统来说不是最理想的。

针对采用备用方式提高制动系统可靠性的控制方式存在的问题，出现了一种多通道制动系统采用三条制动回路并联、并同时工作的制动控制方式。这种制动控制方式可以有三条回路同时工作，从概率理论上，两条以上回路同时出现故障的概率可极大降低，三条以上回路同时出现故障的概率更低。但这种控制方式中，执行机构制动器被分成与独立回路数量相同的几部分，每一条独立回路都只连接其中的一部分。这样，只要其中任何一条回路出现故障，这条回路所控制的这一部分制动器就失效了，整个制动系统的最大制动力就损失了几分之一，在需要最大制动力的时候可能出现制动失效，从而造成重大安全事故。

发明内容

基于背景技术中的问题，本发明创造提供一种能够大大降低现有技术的安全制动系统故障率，提高矿井提升机的制动安全性的同步共点多通道恒减速矿井提升机安全制动控制系统。

本发明创造的控制逻辑为：如果能让备用回路和工作回路并联在一起（即共输出点），且同时投入工作（同步），就会出现跨越式的提高。因为只要有一条独立回路正常工作，整个制动系统的全部制动力就可以实现正常工作，而两条以上回路同时出现故障的概率则极大降低（详见说明书举例），三条以上回路同时出现故障的概率更低。这样就可以极大的提高制动系统的可靠性。

具体的，本发明创造通过如下技术方案来实现：

一种矿井提升机同步共点多通道恒减速安全制动系统，包含由液压系统、恒减速闭环电气控制装置及检测反馈装置构成的制动回路；

所述液压系统包括用于电液信号转换的电液比例换向阀、传导液压介质及执行制动的执行元件；

所述检测反馈装置用于采集信号并将信号反馈至恒减速闭环电气控制装置；

所述恒减速闭环电气控制装置接收反馈信号，并将反馈信号与内置给定信号比较，根据比较结果发出控制指令至电液比例换向阀，所述电液比例换向阀输出按控制指令变化的液压介质至执行元件；

进一步的，所述制动系统至少包括两路并行的单独制动回路，所述每路单独制动回路的恒减速闭环电气控制装置实现为输入同一恒减速给定值指令信号，并接收同一速度反馈信号，依据速度反馈信号与恒减速给定值指令信号比较后差值，作为各单独制动回路的输入指令控制该制动回路；所述每条单独制动回路均输出液压介质至同一执行元件；在任一或多个单独制动回路工作时则制动系统工作。

作为优选实施例的，所述速度反馈信号由设置在提升机卷筒上的测速传感器采集并反馈至恒减速闭环电气控制装置。

作为优选实施例的，所述恒减速闭环电气控制装置接收速度反馈信号，并与恒减速给定值指令信号比较，根据比较结果发出控制指令至电液比例换向阀，所述电液比例换向阀输出按控制指令变化的液压介质至执行元件形成速度闭环控制回路。

作为优选实施例的，所述检测反馈装置还包括设置在每条制动回路电液比例换向阀出口端与执行元件之间液压介质管路上的压力传感器；所述压力传感器将采集到的液压介质油压信号反馈至所在制动回路的恒减速闭环电气控制装置。

作为优选实施例的，所述恒减速闭环电气控制装置接收油压反馈信号，并与电液比例换向阀入口端油压信号比较，根据比较结果发出控制指令至电液比例换向阀，所述电液比例换向阀按控制指令变化的液压介质输出形成压力闭环控制回路。

作为优选实施例的，所述液压系统还包括储能装置，切换液压系统正常工作工况与安全制动工况的电磁换向阀；所述储能装置与电液比例换向阀液压介质管路连接后形成结点间通路，所述至少两个通路并联设置后与电磁换向阀液压介质管路连接，电磁换向阀经液压介质管路连接至执行元件。

作为优选实施例的，所述电液比例换向阀的入口端接储能装置，所述储能装置与液压源通过单向阀相连并获取液压介质补充，所述单向阀允许流体朝向储能装置的方向流动而不能反向流动；所述并联设置的通路与电磁换向阀之间旁设溢流阀；所述电磁换向阀经截止阀连至执行元件。

本发明创造的各独立回路既可单独完成制动系统的恒减速制动过程，又可在同一个恒减速给定值指令信号和同一个速度传感器所检测的速度反馈信号控制下共同同步控制执行元件制动的过程，即形成了同步共输出点多通道恒减速电液制动系统；实现任一或多个回路有效工作时即可执行制动工作。

当其中一条独立回路出现无输出故障，该回路处于关闭状态，其它独立回路仍可正常完成恒减速安全制动过程；当其中两条独立回路出现无输出故障，其它独立回路仍可正常完成恒减速安全制动过程。当其中一条独立回路出现全泄油故障，该回路液压系统处于通路状态，通过其它独立回路有效输出的补偿作用，整个制动系统仍可正常完成恒减速安全制动过程。因此使制动系统的安全制动可靠性有了极大提高，故可避免重大恶性安全事故，极大提高矿井提升机的安全生产水平。

需说明的是，本发明创造实现的同步共输出点多通道恒减速制动控制方式，面对的不是多条静态控制回路简单的并联，而是多条独立动态调节的闭环控制回路的并联。在工作过程中，每一时刻各条回路均处于不同相位、不同幅值（正值或负值）、不同调节方向（增加或减少）的动态调节过程。在同一时刻，系统中各条回路的幅值处于正负叠加状态，叠加后的幅值才是最终控制制动系统的执行指令。最典型的多条动态回路的叠加例子就是三相交流电，三相交流电的A、B、C相位的三个线圈绕组的一端连接在一起时（星型接法），由于是相位均相差120^O的等幅正弦波，连接点的叠加幅值就为零，这样就形成了供电系统三相四线制的零线。本申请的技术方案定型前，经过设计了几轮试验方案，取得了上千组试验曲线数据，再对本申请的同步共输出点多通道恒减速制动控制试验装置进行了试验测试，取得了测试结果，保持了控制指令幅值在叠加后基本不变，未使各条回路的控制指令幅值在叠加后受到衰减，证明了采用同步共输出点多通道恒减速制动控制方式的可行性。

且采用本发明创造的制动系统的安全制动可靠性比现有技术产品可靠性有了极大提高，故可避免重大恶性安全事故，极大提高矿井提升机的安全生产水平。

附图说明

图1是本发明创造优选实施的控制系统方框图；

图2是本发明创造优选实施的液压系统原理图； 

图中：1－卷筒；2－制动盘；3－盘形制动器；4－球阀；5－电磁换向阀；6－溢流阀；7－单向阀；8－电液比例换向阀；9－球阀；10－蓄能器；11－压力传感器。

具体实施方式

结合图1和图2，本优选实施例的矿井提升机安全制动控制系统，包含三路由液压系统、恒减速闭环电气控制装置及检测反馈装置构成的制动回路，所述三路制动回路并联设置，各制动回路结构功能相同且相互独立。以下以制动回路一为例具体说明。

其中，液压系统包括用于电液信号转换的电液比例换向阀、传导液压介质及执行制动的执行元件（盘形制动器）；检测反馈装置用于采集信号并将信号反馈至恒减速闭环电气控制装置；恒减速闭环电气控制装置接收反馈信号，并将反馈信号与内置给定信号比较，根据比较结果发出控制指令至电液比例换向阀，电液比例换向阀输出按控制指令变化的液压介质至盘形制动器的油缸，构成单回路恒减速电液制动回路。

具体的，检测反馈装置由速度回路和压力回路构成；其中，由设置在提升机的卷筒1上的测速传感器采集速度反馈信号并反馈至恒减速闭环电气控制装置；恒减速闭环电气控制装置接收速度反馈信号，并与恒减速给定值指令信号比较，根据比较结果发出控制指令至电液比例换向阀，电液比例换向阀输出按控制指令变化的液压介质至盘形制动器的油缸形成速度闭环控制回路。由设置在每条制动回路电液比例换向阀出口端与盘形制动器的油缸之间液压介质管路上的压力传感器采集液压介质油压信号并反馈至恒减速闭环电气控制装置；恒减速闭环电气控制装置接收油压反馈信号，并与电液比例换向阀入口端油压信号比较，根据比较结果发出控制指令至电液比例换向阀，电液比例换向阀按控制指令变化的液压介质输出形成压力闭环控制回路。

具体的，液压系统还包括储能装置10-1（以下也成蓄能器），切换液压系统正常工作工况与安全制动工况的电磁换向阀5；储能装置10-1与电液比例换向阀8-1通过液压介质管路连接后形成结点间通路，其中，该通路上也可以连接压力传感器11-1；通路与电磁换向阀5通过液压介质管路连接，电磁换向阀5液压介质管路连接至盘形制动器3的油缸。其中，电液比例换向阀8-1的入口端接储能装置10-1，储能装置与液压源通过单向阀7-1相连并获取液压介质补充，单向阀允许流体朝向储能装置的方向流动而不能反向流动；通路与电磁换向阀之间旁设溢流阀6；电磁换向阀经截止阀4连至盘形制动器的油缸。其中电液比例换向阀8-1是电液转换放大元件，输入连续变化的电信号指令，输出随动变化的液压动力油流；蓄能器10-1作为系统的备用油源，在安全制动（包括停电）时为液压制动系统提供控制压力油；溢流阀6用来限制系统的预制动工作油压；截止阀9-1是检修时用来给蓄能器泄油的；截止阀4是检修时用来切断液压站与盘形制动器3之间油流的；盘形制动器3是作为整个系统的液压－力转换装置，也是制动执行元件。同理，独立回路二和独立回路三的液压回路分别由对应的元器件组成，工作原理与独立回路一相同。

通过液压系统的三个结点间通路并联，以及压力闭环控制回路并联构成本优选实施例的三个独立并行的制动回路；每条独立的制动回路都是一个完整的、具有恒减速制动功能的独立控制回路，可独立完成矿井提升机的恒减速制动过程。其中，三个独立的制动回路输入同一恒减速给定值指令信号，并接收同一个速度传感器所检测的速度反馈信号，提升机的卷筒1实际输出速度反馈信号与恒减速给定值指令信号比较后差值，作为各独立制动回路的输入指令控制该恒减速制动回路，每条制动回路均独立输出液压介质至盘形制动器的油缸；即同步共输出点多通道控制系统，实现在任一或多个单独制动回路工作时则控制系统工作。

同步共输出点多通道控制系统工作时，全部独立制动回路均处于工作状态，各独立制动回路既可单独完成控制系统的恒减速制动过程，又可在同一个恒减速给定值指令信号和同一个速度传感器所检测的速度反馈信号控制下共同同步控制盘形制动器的制动过程。当其中一条独立制动回路出现无输出故障，既该独立制动回路的液压系统无有效输出，该制动回路处于关闭状态，其它两条独立回路仍可正常完成恒减速安全制动过程；当其中两条独立制动回路出现无输出故障，其它一条独立制动回路仍可正常完成恒减速安全制动过程；实现在任一单独制动回路工作时则控制系统工作。当其中一条独立制动回路出现全泄油故障，既该独立制动回路液压系统处于泄油状态，处于通路状态，通过其它两条独立制动回路有效输出的补偿作用，整个控制系统仍可正常完成恒减速安全制动过程；实现在多个（至少两个）单独制动回路工作时则控制系统工作。

在另一实施例中，将两个制动回路并联设置，相比于上一实施例，能在制动回路出现无输出故障时（大多数属于此类故障），实现在任一单独制动回路工作时则控制系统工作；而在制动回路出现全泄油故障时（少数情况），另一条独立制动回路则不能实现有效输出的补偿作用，则整个控制系统不能正常完成恒减速安全制动过程。因此在实际应用例中，为确保安全系数，应至少设置为三条或三条以上独立的制动回路进行并联成控制系统。

基于上述控制系统的矿井提升机安全制动控制方法，根据输入各制动回路恒减速闭环电气控制装置的同一恒减速给定值指令信号，以及各制动回路恒减速闭环电气控制装置接收的同一速度传感器反馈的速度反馈信号，速度反馈信号与恒减速给定值指令信号比较后差值，作为各独立制动回路的输入指令控制该制动回路，使任一或多个有效工作状态制动回路输出液压介质至执行元件执行提升机卷筒制动工作。

具体工作时，在输入电信号指令为正（或为负）信号时，以制动回路一为例，电液比例换向阀8-1进油阀口开启、泄油阀口关闭，来自蓄能器10-1的具有压力能的液压油通过电液比例换向阀8-1进油阀口进入盘形制动器3的油缸进行开闸或减小制动力矩的操作，使盘形制动器脱离制动盘2，电液比例换向阀8-1阀口开启大小即减小制动力矩操作的程度大小与输入的电信号指令大小成比例；在输入电信号指令为负（或为正）信号时，电液比例换向阀8-1泄油阀口开启、进油阀口关闭，盘形制动器3的油缸内的液压油在制动弹簧作用下通过该电液比例换向阀8-1泄油阀口流回油箱进行合闸或增加制动力矩的操作，使盘形制动器贴紧制动盘2，其阀口开启大小即增加制动力矩操作的程度大小与输入的电信号指令大小成比例。

根据上述实施例，与现有技术相比，制动控制系统安全制动工作可靠性得到了极大提高：假定每一条独立制动回路在安全制动过程中发生故障的概率为百分之一，既1％，则两条独立制动回路在安全制动过程中同时发生故障的概率为1％×1％＝0.01％，既万分之一；同理，三条独立制动回路在安全制动过程中同时发生故障的概率为百万分之一。对于独立制动回路出现无输出故障，由于一条独立制动回路出现故障或两条独立制动回路同时出现故障情况下，制动控制系统仍可正常工作，而三条独立制动回路同时出现故障的概率极小（百万分之一），故制动控制系统的制动安全可靠性得到极大提高。另一方面，即使一条独立制动回路出现全泄油故障，通过其它两条或以上独立制动回路有效输出的补偿作用，整个制动控制系统仍可正常完成恒减速安全制动过程，对于三个独立制动回路并联成的制动控制回路，两条独立制动回路同时出现故障才能使制动控制系统失效，而两条独立制动回路同时出现故障的概率为万分之一，仍比现有技术的制动可靠性有很大提高。

本发明创造未详尽叙述部分与现有技术相同。

Claims (7)

1.一种矿井提升机同步共点多通道恒减速安全制动系统，包含由液压系统、恒减速闭环电气控制装置及检测反馈装置构成的制动回路；

所述液压系统包括用于电液信号转换的电液比例换向阀、传导液压介质及执行制动的执行元件；

所述检测反馈装置用于采集信号并将信号反馈至恒减速闭环电气控制装置；

所述恒减速闭环电气控制装置接收反馈信号，并将反馈信号与内置给定信号比较，根据比较结果发出控制指令至电液比例换向阀，所述电液比例换向阀输出按控制指令变化的液压介质至执行元件；其特征是：

所述制动系统至少包括两路并行的单独制动回路，所述每路单独制动回路的恒减速闭环电气控制装置实现为输入同一恒减速给定值指令信号，并接收同一速度反馈信号，依据速度反馈信号与恒减速给定值指令信号比较后差值，作为各单独制动回路的输入指令控制该制动回路；所述每条单独制动回路均输出液压介质至同一执行元件；在任一或多个单独制动回路工作时则制动系统工作。

2.根据权利要求1所述的矿井提升机同步共点多通道恒减速安全制动系统，其特征是：所述速度反馈信号由设置在提升机卷筒上的测速传感器采集并反馈至每路恒减速闭环电气控制装置。

3.根据权利要求1或2所述的矿井提升机同步共点多通道恒减速安全制动系统，其特征是：所述恒减速闭环电气控制装置接收速度反馈信号，并与恒减速给定值指令信号比较，根据比较结果发出控制指令至电液比例换向阀，所述电液比例换向阀输出按控制指令变化的液压介质至执行元件形成速度闭环控制回路。

4.根据权利要求1所述的矿井提升机同步共点多通道恒减速安全制动系统，其特征是：所述检测反馈装置还包括设置在每条制动回路电液比例换向阀出口端与执行元件之间液压介质管路上的压力传感器；所述压力传感器用于采集液压介质油压信号并反馈至所在制动回路的恒减速闭环电气控制装置。

5.根据权利要求1或4所述的矿井提升机同步共点多通道恒减速安全制动系统，其特征是：所述恒减速闭环电气控制装置接收油压反馈信号，并与电液比例换向阀入口端油压信号比较，根据比较结果发出控制指令至电液比例换向阀，所述电液比例换向阀按控制指令变化的液压介质输出形成压力闭环控制回路。

6.根据权利要求1所述的矿井提升机同步共点多通道恒减速安全制动系统，其特征是：所述液压系统还包括储能装置，切换液压系统正常工作工况与安全制动工况的电磁换向阀；所述储能装置与电液比例换向阀液压介质管路连接后形成结点间通路，所述至少两个通路并联设置后与电磁换向阀液压介质管路连接，电磁换向阀经液压介质管路连接至执行元件。

7.根据权利要求6所述的矿井提升机同步共点多通道恒减速安全制动系统，其特征是：所述电液比例换向阀的入口端接储能装置，所述储能装置与液压源通过单向阀相连并获取液压介质补充，所述单向阀允许流体朝向储能装置的方向流动而不能反向流动；所述并联设置的通路与电磁换向阀之间旁设溢流阀；所述电磁换向阀经截止阀连至执行元件。