李丙乾

摘 要：本文通過對平頂山天安煤業(yè)股份有限公司八礦主井提升機(jī)原西德液壓制動系統(tǒng)安全隱患進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了一套多通道智能恒減速閘控系統(tǒng)國產(chǎn)化升級改造方案，利用具有三條獨(dú)立恒減速安全制動回路的高性能閘控系統(tǒng)，對提升機(jī)控制系統(tǒng)的減速過程進(jìn)行實(shí)時智能監(jiān)控，增強(qiáng)了提升機(jī)的制動性能和可靠程度，提高了主提升系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

關(guān)鍵詞：閘控系統(tǒng);智能恒減速;多通道;制動性能

中圖分類號：TD534 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）28-0080-03

Transformation of Multi-channel Intelligent

Constant Deceleration Brake Control System in Coal Mine Main Shaft

——Taking No.8 Coal Mine of Pingdingshan Tian'an Coal Industry Co.， Ltd. as an Example

LI Bingqian

（Transport Area of No.8 Coal Mine of Pingdingshan Tian'an Coal Industry Co.， Ltd.，Pingdingshan Henan 467000）

Abstract： Based on the analysis of the hidden danger of the main hydraulic well braking system of the main shaft hoist in No.8 Coal Mine of Pingdingshan Tian'an Coal Industry Co.， Ltd.， a set of multi-channel intelligent constant deceleration and brake control system was designed and upgraded， and the real-time monitoring system was implemented by using the high-performance brake control system with three independent constant deceleration safety braking circuits. The control system enhanced the braking performance and reliability of the hoist， and improved the operation efficiency of the main hoisting system.

Keywords： brake control system;intelligent constant deceleration;multi-channel;braking performance

平頂山天安煤業(yè)股份有限公司八礦（以下簡稱“八礦”）主井提升機(jī)液壓制動系統(tǒng)為20世紀(jì)70年代西德老式裝備，二級制動蓄力裝置使用老式重錘系統(tǒng)，制動減速度變化大、制動過程不平穩(wěn)、易產(chǎn)生鋼絲繩打滑現(xiàn)象，很難滿足礦井提升機(jī)對安全制動的要求。同時，液壓站閥組老化嚴(yán)重、制動盤形閘碟形簧疲勞，存在制動力矩不足的現(xiàn)象，也已無法滿足主井提升機(jī)對安全制動的要求，急需進(jìn)行制動系統(tǒng)升級改造。由此，本文設(shè)計(jì)了一套多通道智能恒減速閘控系統(tǒng)改造方案，對原制動系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)升級改造，以滿足提升機(jī)對安全制動的要求。

1 恒減速制動系統(tǒng)概述

1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

我國第一代和第二代恒減速制動系統(tǒng)分別于1991年和1994年面世，第三代恒減速液壓站為1997年誕生的TE128、TE128A及其恒減速電控系統(tǒng)，三者都存在系統(tǒng)故障率高、可靠性差、調(diào)試?yán)щy等問題。第四代恒減速液壓站E141于1999—2001年在冬瓜山銅礦誕生，但恒減速閉環(huán)控制功能未能實(shí)現(xiàn)。2010年8月，中信重工研制出了ZK143A（D）型智能恒減速電液制動系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了智能恒減速功能。

國內(nèi)礦井提升機(jī)盤形制動系統(tǒng)多數(shù)采用德國SIEMAG公司和瑞典ABB公司制造的恒減速制動系統(tǒng)。其中，ABB公司生產(chǎn)的恒減速制動液壓站一般具有恒減速制動功能和恒減速制動失效轉(zhuǎn)為二級制動功能。

1.2 研究方法及技術(shù)路線

主井多通道智能恒減速閘控系統(tǒng)升級改造，主要采用理論研究、現(xiàn)場分析、市場調(diào)研、技術(shù)測試等綜合研究方法。通過對主井提升機(jī)液壓制動系統(tǒng)進(jìn)行需求分析，確定滿足提升機(jī)制動要求的液壓站額定壓力、控制測速等參數(shù)，對閘控系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，選擇合適型號的液壓制動系統(tǒng)，進(jìn)而制定出智能閘控系統(tǒng)升級改造方案，并組織人員進(jìn)行安裝調(diào)試和試運(yùn)行。

2 多通道智能恒減速閘控系統(tǒng)的理論研究

多通道智能恒減速閘控系統(tǒng)是礦井提升機(jī)的關(guān)鍵安全控制部件，是由高性能盤形制動器、恒減速液壓站等共同組成的機(jī)電液一體化、閉環(huán)控制的電液制動系統(tǒng)，其可以在緊急制動工況下，通過電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)恒減速控制制動，同時保留了原有的恒力矩二級制動性能。

2.1 多通道智能恒減速閘控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

智能恒減速電液制動系統(tǒng)主要由高性能盤形制動器、恒減速液壓站、恒減速電控柜、測速裝置和閘檢測系統(tǒng)共同組成。

2.1.1 盤形制動器。盤形制動器是一種新型高性能的制動器，成對分布在提升機(jī)滾筒制動盤兩側(cè)，通過內(nèi)置的蝶形彈簧來產(chǎn)生制動力矩，在提升機(jī)運(yùn)行的減速階段提供一定的減速度，對提升機(jī)進(jìn)行制動。

2.1.2 恒減速液壓站。恒減速液壓站主要由油箱、泵裝置和各種閥組等組成，主要為盤形制動器提供可以調(diào)節(jié)的壓力油，使提升機(jī)獲得不同的制動力矩，使礦井提升機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)速和停車。

2.1.3 智能恒減速電氣系統(tǒng)。智能恒減速電氣系統(tǒng)主要由電氣控制柜、提升機(jī)盤形制動器在線監(jiān)控系統(tǒng)和輔助設(shè)備等三部分組成。電氣控制柜為并柜結(jié)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)兩個液壓站和制動器的各種控制;智能閘監(jiān)測系統(tǒng)用于提升機(jī)制動器上盤形閘的檢測;輔助設(shè)備包括兩臺測速發(fā)電機(jī)、增量編碼器組合和一個制動手柄，用于完成恒減速制動的速度反饋、監(jiān)視提升機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的松閘施閘順序控制。

2.2 多通道智能恒減速閘控系統(tǒng)的技術(shù)

2.2.1 多通道智能恒減速閘控系統(tǒng)的工作原理。提升機(jī)恒減速控制柜為恒減速電液控制系統(tǒng)的重要組成部分，通過PLC對液壓站進(jìn)行邏輯控制，完成系數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的恒減速制動、二級制動、一級制動和工作制動等功能。

恒減速電液制動系統(tǒng)具有減速度恒值閉環(huán)自動控制功能。在安全制動時，可以在各種載荷、速度和工況下，使提升系統(tǒng)按照給定的恒定減速度進(jìn)行制動。在檢測裝置檢測到實(shí)際減速度偏離給定值時，通過電液閉環(huán)制動控制系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)和補(bǔ)償作用，使其迅速減小偏差，并保持制動過程減速度恒定不變，從而達(dá)到恒減速制動的效果[1]。

2.2.2 多通道智能恒減速電控系統(tǒng)的制動過程。礦井提升機(jī)多通道恒減速電液制動系統(tǒng)可以在所有工況條件下通過恒減速制動提供可靠的安全制動。制動系統(tǒng)提供互相熱備、完全獨(dú)立的三通道恒減速制動回路，三條通道都在工作狀態(tài)，任一條恒減速安全制動回路出現(xiàn)故障，系統(tǒng)其他恒減速安全制動回路仍能自動實(shí)施備用恒減速安全制動方式，確保提升機(jī)系統(tǒng)安全可靠停車。

安全制動過程中，當(dāng)恒減速制動過程發(fā)生故障時，電氣控制裝置檢測出實(shí)際速度超過恒減速制動范圍，判定恒減速制動失效，并通過比例方向閥的位移反饋功能，迅速關(guān)閉失效恒減速相應(yīng)通道，通過其他正常恒減速制動通道繼續(xù)執(zhí)行恒減速制動，直至提升機(jī)可靠停車[2]。當(dāng)所有通道恒減速制動失效時，電氣控制裝置能立即轉(zhuǎn)換至一級制動方式。

3 多通道智能恒減速閘控系統(tǒng)技術(shù)改造方案

3.1 多通道智能恒減速閘控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

八礦主井提升機(jī)制動系統(tǒng)采用恒力矩液壓制動系統(tǒng)。在進(jìn)行系統(tǒng)改造過程中，把目前制動系統(tǒng)的液壓站、閘腿、盤形制動器全部拆除，更換為具有智能恒減速制動功能的ZK143A（D）多通道智能恒減速閘控系統(tǒng)。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要為速度環(huán)、壓力環(huán)閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

3.2 多通道智能恒減速閘控系統(tǒng)的安裝過程

3.2.1 提升機(jī)滾筒舊閘盤的車削。由于智能閘控系統(tǒng)盤形閘閘瓦面積比滾筒閘盤大，因此，需要對閘盤進(jìn)行車削，保證盤形閘和制動閘盤接觸面積。在提升機(jī)滾筒東北側(cè)兩個地腳螺栓上焊接車刀架子，對盤形閘內(nèi)圈進(jìn)行車削，在車刀架子上安裝砂輪，對閘盤進(jìn)行磨削，保證光潔度。

3.2.2 閘腿及盤形制動器的更換。把目前在用的閘腿和盤形制動器拆除，更換為性能優(yōu)良的新的閘腿和盤形制動器，主要利用車房20T天車、繩扣等工具。

3.2.3 智能恒減速液壓站的更換。把目前在用的恒力矩電液系統(tǒng)更換為具有多通道智能恒減速功能的電液制動系統(tǒng)。主要利用三腳架、3T導(dǎo)鏈、Φ15mm的繩扣等工具將老液壓站推出，把新液壓站放置固定牢固;根據(jù)接線圖紙接線、更換操作臺閘把，對新液壓站內(nèi)部進(jìn)行清洗，并加注新液壓油。

3.2.4 智能閘在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝。在對系統(tǒng)進(jìn)行智能恒減速制動系統(tǒng)改造后，安裝一套智能閘在線監(jiān)測系統(tǒng)，智能閘監(jiān)測系統(tǒng)用于對提升機(jī)制動器上盤形閘的檢測。在線監(jiān)測系統(tǒng)可實(shí)時檢測并顯示閘皮距閘盤間隙量、彈簧疲勞量、閘盤偏擺量、閘盤溫度和制動器壓力等信息。組成示意圖如圖2所示。

3.2.5 智能恒減速控制系統(tǒng)與主控系統(tǒng)的連接。由于新改造的制動系統(tǒng)具有智能恒減速控制功能和在線監(jiān)測功能，控制系統(tǒng)在安裝后，需要接入目前提升機(jī)的主控系統(tǒng)中，與現(xiàn)有的提升機(jī)主控系統(tǒng)配合來完成整體提升控制功能，主要包括匹配閘把和主令信號、接入主控安全回路等。

4 多通道智能恒減速閘控系統(tǒng)性能分析

由于恒力矩二級制動系統(tǒng)和智能恒減速制動系統(tǒng)在工作原理上存在區(qū)別，因此，對提升機(jī)進(jìn)行多通道智能恒減速制動系統(tǒng)改造后，提升機(jī)在運(yùn)行過程中的制動性能有了明顯提升。

4.1 恒力矩二級制動系統(tǒng)制動性能

恒力矩二級制動方式控制的安全制動系統(tǒng)，在不同工況下（如提升和下放、重載和輕載等工況），制動減速度變化大，制動過程不平穩(wěn)，安全制動過程中容易產(chǎn)生鋼絲繩打滑現(xiàn)象，從而降低設(shè)備安全性能和使用壽命[3]。

4.2 多通道恒減速制動系統(tǒng)制動性能

多通道恒減速可控力矩制動系統(tǒng)的制動力隨電液比例溢流閥輸入電信號的變化而變化，如圖3所示。

在安全制動過程中，制動系統(tǒng)油壓首先迅速降至[Pdmax]（對應(yīng)于全載上提2m/s2減速度時所需的制動轉(zhuǎn)矩油壓值），然后以一定斜率降低壓力，一旦檢測到合適的減速度，制動油壓停止下降并保持恒定，此時提升機(jī)以給定的恒定制動力矩減速[4]。

4.3 多通道恒減速制動系統(tǒng)性能測試分析

在系統(tǒng)安裝調(diào)試完畢后，為確保系統(tǒng)整體性能，需要對各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場測試，以滿足不同工況條件下的制動需求。主要測試項(xiàng)目為：液壓制動系統(tǒng)與提升機(jī)電控系統(tǒng)接口信號檢查，液壓制動系統(tǒng)速度信號調(diào)試，液壓制動系統(tǒng)安全制動調(diào)試，液壓制動系統(tǒng)的連鎖和調(diào)試。典型的制動曲線如圖4所示。

通過現(xiàn)場對多通道智能恒減速閘控系統(tǒng)測試分析，檢測和確定了多通道智能恒減速閘控系統(tǒng)的性能，最終確定制動系統(tǒng)所有的性能完全滿足要求。智能恒減速電液制動系統(tǒng)已經(jīng)具備工作制動、恒減速制動功能，并具備自診斷及多項(xiàng)保護(hù)功能，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可以投入正常的使用。

5 結(jié)論

通過對提升制動系統(tǒng)的安全隱患進(jìn)行分析后，提出了一套科學(xué)合理的新型多通道智能恒減速閘控系統(tǒng)技術(shù)改造方案。該技術(shù)采用恒值閉環(huán)制動減速度控制方式，具有三條獨(dú)立的恒減速安全制動回路，利用雙測速裝置對提升機(jī)控制系統(tǒng)的減速過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。經(jīng)測試，其滿足不同工況下的制動效果，有力保障了主井提升系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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[4]董玉忠，李克清，梁迎春.ST3-D型提升機(jī)液壓站工作原理的分析[J].煤礦機(jī)電，2008（5）：98-99.