恒减速制动液压站在矿井副井提升系统中的应用

胡斌

摘 要：ZK143D多通道智能恒减速闸控系统由恒减速液压站E143D、恒减速闸控柜DE143D、制动器装置及其他辅助装置组成。其主要的作用是能够在应急停车的状况下，实施制动的减速度，并且在制动之后，能够完全抱闸，同时监控提升机运行状态并进行保护。E143D多通道恒减速液压站，在应急制动的工况下，可以让制动减速操作，不因负载变化和工况的变化而发生改变，一直按预设的标准减速值实施制动作业，有效提升了设备的运行可靠性。同时恒减速功能按多通路并联设计，实现了安全制动回路的冗余和故障回路的自动隔离，保证了设备始终处于恒减速制动的保护下运行。

关键词：恒减速；
液压站；
提升系统

中图分类号：TD534                                  文献标识码：A                               文章编号：2096-6903（2023）02-0049-03

0 引言

在煤矿行业的生产工艺中，主副井提升设备的作用十分重要，其承担着矿井下的物料运输、与地上联系的重要功能。矿井提升设备的制动系统有两种类型：一种是恒力矩制动，另一种是恒减速制动。恒力矩制动的工作原理，是通过制动机械，产生制动力矩，让提升机的运行速度降低，从而达到安全制动的目的。

但在实际运行环节，恒力矩制动有着很多隐患之处，例如：缠绕式提升设备会因为钢丝结构的质量张力过大，导致提升设备运行速度快，减幅速度太快，对提升设备造成很严重的冲击。相比于前者，恒减速制动能够做到速度的实时监测，从而把控提升系统的减速过程，并且能够实时调整油压，防止系统的实际运行减速和预设值误差过大。因此，恒减速制动可以有效防止负载对于提升设备制动的不利干扰，减少对提升设备的冲击。

1 提升机恒减速制动要求

制动力矩的标准：矿井提升设备制动作业时，所产生的力矩和实际提升最大静荷重旋转力矩之比，不能低于3，即：MZ＞Mjmax，其中MZ为静态工作状态下的最高制动力矩，Mjmax为提升设备的极限载荷力矩。

计算Mjmax根据公式（1）：

Mjmax=QcmaxR                                                              （1）

其中，Qcmax為提升设备的极限静张力；
R为提升设备的卷筒半径。

为确保提升设备的安全运行，减缓提升设备的工作速度，恒减速制动液压标准需要符合以下6点。

第一，制动的讯号输出直至提升设备接收并稳定，这一时间需要把控在0.8 s之内，即T＜0.8 s。

第二，盘闸的空荷载时间需要把控在0.3 s之内，即t1＜0.3 s。

第三，盘闸的残压需把控在0.5 MPa之内，即P＜0.5 MPa。

第四，制动的讯号调整油压的时间需要把控在0.15 s之内，即t2＜0.15 s。

第五，电压和油压的线性关系确保良好。

第六，过滤设备的精度，不超过10 μm。

紧急制动的加速标准是自然减速时，Ac=g（sinθ+fcosθ），其中，Ac为自然减速；
g为重力加速；
θ为巷道倾角；
f为阻力的参数（通常在0.01～0.015）。

如果提升系统需要向上进行提升重载，那么制动减速A需要符合A＜Ac（0°≤θ≤30°）或A＜5（θ＞30°）。如果提升系统需要向下下放重载，那么制动减速A需要符合A≥0.75（θ＜15°）、A≥0.3Ac（15°≤θ≤30°）、A≥1.5Ac（θ＞30°）[1]。

制动系统的残压标准中残压P0需符合：P0≤0.5 MPa（Pmax=6.3 MPa）、P0≤1.0 MPa（Pmax=14 MPa或21 MPa）。

2 提升机提升机恒减速制动液压站的设计

2.1 提升机恒减速制动液压站的设计工作原理

系统工作原理参考图1。

2.1.1 正常工作

待机状态下，系统通过压力传感器11.3和11.4判断蓄能器充压压力，如果其值小于设定值，阀18失电，油泵启动，比例溢流阀10的控制信号由0增加到Vmax，油泵泵出的油液全部进入蓄能器进行充压。当压力值达到设定压力后，比例阀信号由Vmax降到0，控制油压从Pmax降到系统残压，电磁阀18得电，系统转为备妥状态；
在备妥状态。系统给出开闸命令，油泵电机运转，比例溢流阀10的控制信号由0增加到Vmax，压力油进入闸盘油缸。随着闸盘打开压力由零升至Pmax。需要合闸时，闸信号由Vmax降到0，控制比例溢流阀压力从Pmax降到系统残压，实现合闸[2]。

2.1.2 安全制动

提升系统发生重故障时，系统安全回路断开，闸控系统液压站油泵电机立即断电，比例溢流阀断电，油泵停止供油。G1阀断电，制动器回路切入蓄能器24和比例方向阀17、溢流阀19组成的恒减速制动回路。制动系统油压降至溢流阀19设定值——即贴闸压力，在此过程闸间隙降为零。同时，DSP数字恒减速控制板，根据安装于提升机主轴端的测速机和编码器反馈的容器位置和速度参数，开始调节比例方向阀控制信号，以控制制动器油压。快速连续调节制动力矩，直至提升机速度降至接近于零，最终达到按恒定减速度减速停车的效果。调整结束后，G3、G4阀带电，系统完全卸荷，制动器以大于3倍静张力差的力矩完全抱闸。

2.2 提升机恒减速制动液压站的主要结构设计

2.2.1 油箱

油箱是用于存储液压介质，与外界进行热交换对油液进行自然冷却，同时析出气体，沉淀杂质。

液位控制器用于控制油液泄露。较高的液位开关设定点表示油液少量流失，当油箱液面降低到此液位时它向控制系统发出油液泄露报警信号，系统做轻故障处理。液位低，标明油箱液位低限，低于此液位极有可能导致作异常、油泵损坏，液位控制器向控制系统发送一个中断重信号，做故障处理。液位控制器也可根据液位信号进行其他方式控制。

温度传感器用来检测油液温度，并用来进行系统控制和保护。控制系统共有4挡温度设定值：温度10℃时，不允许启动油泵，避免设备损坏导致不能启动油泵；
温度15℃时，电加热器停止；
温度45℃时，冷却系统运行；
温度40℃时，冷却系统停止；
温度60℃时，表示系统温升异常或处于非正常环境和条件下工作，此时提升系统可继续工作，但需对系统进行仔细检查，并注意观察温升情况；
温度65℃时，液压系统不能正常工作保证制动系统的安全，提升机必须停机。系统允许一次提升，在油温降到正常温度之前不允许重新启动系统。

2只电加热器安装于接近油箱底部的侧壁，用于低温（<10℃）环境下油液的加热。该加热器配合温度传感器受PLC程序自动控制；
也可手动开启和关闭。液位计位于油箱正前侧壁，可直接观察油箱液位和温度。

泵装置由电机、主变量泵和循环泵组成。一个7.5 kW的油泵电机通过联轴器连接变量油泵。变量泵自带一个调压阀设定油泵最大供油压力，即最大开闸压力。循环泵串聯在主油泵后。主泵为斜盘式轴向柱塞变量泵，采用恒压变量工作方式。在制动器打开过程全流量输出，实现快速开闸；
循环泵用来向过滤冷却装置提供循环油液，用以改善系统工作介质状态。

2.2.2 主阀组

主阀组是系统核心控制部件。主要有电磁方向阀18、比例方向阀17、比例溢流阀10、溢流阀19及压力传感器11和继电器13等元件安装在一个集成油路块上构成。多个控制元件集成安装于一个油路块上，避免渗漏油液，减少了空间占用。

2.2.3 出口阀组

出口阀组包括球阀21、电磁插装阀16及用于制动回路的压力传感器和压力继电器。出口球阀用于系统维护和检修时断开液压站和闸盘制动器之间油路。

2.2.4 蓄能器组

2个4L皮囊蓄能器组安装于油箱左侧底座上，用于在安全制动时向系统提供压力油，保证恒减速功能正常实施。

2.2.5 电液连接

在液压站后侧壁上方安装有一个接线箱，液压站除电机和电加热器外所有控制信号均驳接于此。

2.3 提升机恒减速制动系统调试

E143D型恒减速液压站安装定位后，重点液压站的各项功能进行调试。在正常工作时压力稳定、温升正常，升降压过程顺畅。在紧急制动时，要求能实现恒减速控制，在其中一个恒减速通道发生故障时其他通道仍能正常工作，且满足《矿井提升机和矿用绞车液压站》标准，符合上述标准即可正常运行。

2.3.1 工作制动部分的调试

除了需要带车的联动实验以外，液压系统的全部调试作业，皆需要在液压关闭的状况下实施，全部的电磁铁不能带电。

将电液比例溢流阀的安全阀门拧松，开启油泵发电设备，需要将溢流阀电压调为最大，并观察油压仪表上显示的参数，再旋转其安全阀门，让油压升至超过正常工作状态时的油压Pmax，大约1至2 MPa，之后再调整溢流阀，让油压下降至正常工作状态时的油压Pmax。

查看最小的残压参数。将溢流阀电压调整为0，查看残压能否低于1.0 MPa。按一定规律调整溢流阀的电压，即可获取有规律的油压变化，把电压和油压相对的变化规律与参数记录好，绘制曲线[3]。

2.3.2 安全制动部分的调试

在提升机锁定状态下打开液压站出口球阀，系统启动，电磁铁G1、G3、G4通电，压力油进入盘形制动器油缸。在残压状态或小于2 MPa油压下通过测压接头对制动器油缸进行排气，直至有连续透明的油液流出。油压需要分成3次，调整到工作油压Pmax，调整环节需要查看液压站的阀门与管道是否有渗漏问题。如果发现渗漏，需要马上处理。查看盘形制动设备的操作是否有不规范的现象，然后将闸瓦的间隙整改成预设值。

将盘形制动设备的闸瓦，和制动盘中的间隙调整成0，连接电磁铁G1、G3、G4的电路，调节制动设备为全制动形式，闭合剩余盘形制动设备的液压，之后将液压站的压力调整到开闸的压力，再把未关停的盘形制动设备间隙调整好。液压压力归零后，再闭合调整完毕的盘形制动设备开关。将电磁铁G1、G3、G4的电路闭合，让制动设备为全制动模式。

2.3.3 恒减速制动的调试

将球阀28闭合，把G3、G4电磁铁连电，将电磁换向阀17.1连电、17.2闭合，开启油泵，溢流阀将电压调整到极限，之后再缓慢调整溢流阀的19手柄位置，在压力仪表显示的压力数值，小于P贴值。

比例方向阀试验：溢流阀19调整完毕之后，将电磁铁G1闭合，按下电控柜“右移”的按键，压力仪表显示的数值为0，然后按下电控柜“停止”的按键，压力仪表显示依旧是0，再按下电控柜“左移”的按键。压力仪表显示的数值，需要和蓄能设备仪表相同。恒减速制动试时，可以修正电气调节参数（如图2所示），使其达到要求值即可[4]。

3 结语

依托煤矿行业中提升设备恒减速制动的相关标准，本文提出一种恒减速制动液压的设计方案，完善了副井提升设备的不足，使其维护作业量减少，优化提升系统的可靠性。恒减速功能按多通路并联设计，实现了安全制动回路的冗余和故障回路的自动隔离，保证了设备始终处于恒减速制动的保护下运行。

参考文献

[1] 甘彪彪.煤矿提升系统改造及应用[J].机械管理开发，2019，34 （2）：197-198+243.

[2] 胡昔兵.一种矿井提升机恒减速安全制动系统设计研究[J].有色设备，2018（2）：4-7.

[3] AQ1033－2007，煤矿用JTP型提升绞车－安全检验规范[S].

[4] JB/T3277－2004，矿井提升机和矿用提升绞车液压站[S].

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