礦井提升機制動控制系統(tǒng)的優(yōu)化分析

引言

礦井提升機是煤礦上常用的一種物料輸送設備,其工作穩(wěn)定性和安全性直接關系到物料的運輸效率和運輸安全。礦井提升機在運行過程中一旦出現(xiàn)異常需要緊急制動時,會對提升鋼絲繩產(chǎn)生一個巨大的制動力,鑒于鋼絲繩的柔性特性,制動力在鋼絲繩內(nèi)傳輸?shù)倪^程中會產(chǎn)生巨大的沖擊,嚴重影響提升機機架的使用安全性,特別是隨著綜采作業(yè)技術水平的不斷提高,煤礦井下的綜采作業(yè)深度不斷加大,提升機的提升深度也隨之增加,進一步增強了緊急制動時的沖擊力。因此,為了降低提升機在制動過程中的振動、沖擊力,提高制動穩(wěn)定性,本文提出了一種新的礦井提升機制動控制系統(tǒng),能夠極大地優(yōu)化制動特性曲線,減小制動沖擊,提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。

1礦井提升機制動控制原理

當?shù)V井提升機進行緊急制動時,需要在盡可能短的時間內(nèi)實現(xiàn)制動,若制動過程中制動力過大,會導致鋼絲繩上產(chǎn)生巨大的制動負荷,嚴重時甚至造成鋼絲繩的斷裂及提升機機械系統(tǒng)的損壞:若制動力矩偏小,則會導致停車時間過長,無法滿足快速制動的要求。因此,礦井提升機制動控制系統(tǒng)的基本要求是,在確保制動時間滿足緊急制動要求的基礎上盡量降低制動負荷對提升機系統(tǒng)的影響。

通過分析礦井提升機制動需求,本文提出了一種新的制動控制系統(tǒng),將提升速度監(jiān)測點從鋼絲繩轉移到提升機驅動電機上,通過對電機轉速的監(jiān)控對提升速度進行判斷,改變了傳統(tǒng)的監(jiān)控結果極易受到鋼絲繩振動、沖擊影響而與實際結果產(chǎn)生較大偏差的缺陷。同時將驅動電機的轉速信號變成電控信號傳輸?shù)剿俣瓤刂破鲀?nèi),實現(xiàn)對提升速度的閉環(huán)控制。在制動過程中通過系統(tǒng)內(nèi)的壓力傳感器對制動時液壓系統(tǒng)的油壓進行監(jiān)控,通過控制液壓油的工作壓力實現(xiàn)對制動過程中制動力大小的精確控制,確保了制動時能夠逐步施加制動壓力,達到精確控制制動減速度的目的。為了確保該制動控制系統(tǒng)的可靠性,設置了兩組制動系統(tǒng),一備一用,當主制動系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能夠零間隔切換到備用制動系統(tǒng)上,從而確保制動過程的穩(wěn)定性。該制動系統(tǒng)的總體結構如圖1所示。

圖1礦井提升機制動系統(tǒng)結構示意圖

2提升機控制系統(tǒng)的建模分析

為了對該控制系統(tǒng)的制動效果進行分析,本文利用Simu1ink仿真分析軟件建立了該提升機制動系統(tǒng)的仿真分析模型。該提升機制動系統(tǒng)的核心在于系統(tǒng)內(nèi)電液比例方向閥和制動油缸上的壓力傳感器之間所形成的一種閉環(huán)調節(jié)關系,需要保證該閉環(huán)內(nèi)信息的傳遞連續(xù)性,從而實現(xiàn)對提升機系統(tǒng)制動力矩的靈活控制。根據(jù)礦井提升機的結構特性,本文在對其進行仿真分析時選擇了由彈性元件和黏性元件共同構成的開爾文模型作為仿真分析的基礎模型,在設置仿真分析的邊界條件時,根據(jù)礦上所用的提升機在提升過程最危險工況下的緊急制動進行分析,其最大載重約為20t,要求在t8內(nèi)完成制動,穩(wěn)定運行時的最大速度為10m/8,則該提升機控制系統(tǒng)在最大速度下的制動效果與采用傳統(tǒng)控制方式的制動效果對比如圖2所示。

圖2不同制動控制方式下制動速度變化曲線

由仿真分析結果可知,在采用傳統(tǒng)控制方式時,當對高速運行中的提升機進行制動時,在1.t8內(nèi)提升機的速度即可由10m/s降低到約2.6m/s,然后基本以恒定的速度運行,并在第7s后進行二次制動,停止提升機運行。當采用優(yōu)化后的制動控制系統(tǒng)時,提升機開始制動,系統(tǒng)首先以恒定的制動加速度使提升機運行速度降低到5m/s,然后再增加制動力矩,提升制動加速度,使其完成第二個階段的制動。該控制系統(tǒng)的優(yōu)點在于,首先以較為平緩的制動加速度使提升機速度降低到一個較低的水平,然后再增加制動力矩,加速制動,滿足在平穩(wěn)制動情況下的快速制動需求。

3結論

本文針對提升機控制系統(tǒng)存在制動沖擊、振動大,嚴重影響制動安全的缺陷,提出了一種新的礦井提升機制動控制系統(tǒng),介紹了該控制系統(tǒng)的工作原理,同時利用仿真分析軟件對不同制動控制系統(tǒng)下的制動速度變化情況進行了分析,結果表明:

(1)該控制系統(tǒng)采用了全新的逐級加壓控制方式,在制動過程中通過系統(tǒng)內(nèi)的壓力傳感器對制動時液壓系統(tǒng)的油壓進行監(jiān)控,通過控制液壓油的工作壓力實現(xiàn)對制動力大小的精確控制,確保了制動時能夠逐步施加制動壓力,以精確控制制動減速度。

(2)該控制系統(tǒng)首先以恒定的制動加速度使提升機的運行速度降低,然后再增加制動力矩,增加制動加速度,使其完成第二個階段的制動。在制動過程中首先以較為平緩的制動加速度降低提升機速度,然后增加制動力矩,加速制動,滿足在平穩(wěn)制動情況下的快速制動需求。