矿井提升机制动控制系统的优化分析

引言

矿井提升机是煤矿上常用的一种物料输送设备,其工作稳定性和安全性直接关系到物料的运输效率和运输安全。矿井提升机在运行过程中一旦出现异常需要紧急制动时,会对提升钢丝绳产生一个巨大的制动力,鉴于钢丝绳的柔性特性,制动力在钢丝绳内传输的过程中会产生巨大的冲击,严重影响提升机机架的使用安全性,特别是随着综采作业技术水平的不断提高,煤矿井下的综采作业深度不断加大,提升机的提升深度也随之增加,进一步增强了紧急制动时的冲击力。因此,为了降低提升机在制动过程中的振动、冲击力,提高制动稳定性,本文提出了一种新的矿井提升机制动控制系统,能够极大地优化制动特性曲线,减小制动冲击,提升系统稳定性。

1矿井提升机制动控制原理

当矿井提升机进行紧急制动时,需要在尽可能短的时间内实现制动,若制动过程中制动力过大,会导致钢丝绳上产生巨大的制动负荷,严重时甚至造成钢丝绳的断裂及提升机机械系统的损坏:若制动力矩偏小,则会导致停车时间过长,无法满足快速制动的要求。因此,矿井提升机制动控制系统的基本要求是,在确保制动时间满足紧急制动要求的基础上尽量降低制动负荷对提升机系统的影响。

通过分析矿井提升机制动需求,本文提出了一种新的制动控制系统,将提升速度监测点从钢丝绳转移到提升机驱动电机上,通过对电机转速的监控对提升速度进行判断,改变了传统的监控结果极易受到钢丝绳振动、冲击影响而与实际结果产生较大偏差的缺陷。同时将驱动电机的转速信号变成电控信号传输到速度控制器内,实现对提升速度的闭环控制。在制动过程中通过系统内的压力传感器对制动时液压系统的油压进行监控,通过控制液压油的工作压力实现对制动过程中制动力大小的精确控制,确保了制动时能够逐步施加制动压力,达到精确控制制动减速度的目的。为了确保该制动控制系统的可靠性,设置了两组制动系统,一备一用,当主制动系统出现故障时能够零间隔切换到备用制动系统上,从而确保制动过程的稳定性。该制动系统的总体结构如图1所示。

图1矿井提升机制动系统结构示意图

2提升机控制系统的建模分析

为了对该控制系统的制动效果进行分析,本文利用Simu1ink仿真分析软件建立了该提升机制动系统的仿真分析模型。该提升机制动系统的核心在于系统内电液比例方向阀和制动油缸上的压力传感器之间所形成的一种闭环调节关系,需要保证该闭环内信息的传递连续性,从而实现对提升机系统制动力矩的灵活控制。根据矿井提升机的结构特性,本文在对其进行仿真分析时选择了由弹性元件和黏性元件共同构成的开尔文模型作为仿真分析的基础模型,在设置仿真分析的边界条件时,根据矿上所用的提升机在提升过程最危险工况下的紧急制动进行分析,其最大载重约为20t,要求在t8内完成制动,稳定运行时的最大速度为10m/8,则该提升机控制系统在最大速度下的制动效果与采用传统控制方式的制动效果对比如图2所示。

图2不同制动控制方式下制动速度变化曲线

由仿真分析结果可知,在采用传统控制方式时,当对高速运行中的提升机进行制动时,在1.t8内提升机的速度即可由10m/s降低到约2.6m/s,然后基本以恒定的速度运行,并在第7s后进行二次制动,停止提升机运行。当采用优化后的制动控制系统时,提升机开始制动,系统首先以恒定的制动加速度使提升机运行速度降低到5m/s,然后再增加制动力矩,提升制动加速度,使其完成第二个阶段的制动。该控制系统的优点在于,首先以较为平缓的制动加速度使提升机速度降低到一个较低的水平,然后再增加制动力矩,加速制动,满足在平稳制动情况下的快速制动需求。

3结论

本文针对提升机控制系统存在制动冲击、振动大,严重影响制动安全的缺陷,提出了一种新的矿井提升机制动控制系统,介绍了该控制系统的工作原理,同时利用仿真分析软件对不同制动控制系统下的制动速度变化情况进行了分析,结果表明:

(1)该控制系统采用了全新的逐级加压控制方式,在制动过程中通过系统内的压力传感器对制动时液压系统的油压进行监控,通过控制液压油的工作压力实现对制动力大小的精确控制,确保了制动时能够逐步施加制动压力,以精确控制制动减速度。

(2)该控制系统首先以恒定的制动加速度使提升机的运行速度降低,然后再增加制动力矩,增加制动加速度,使其完成第二个阶段的制动。在制动过程中首先以较为平缓的制动加速度降低提升机速度,然后增加制动力矩,加速制动,满足在平稳制动情况下的快速制动需求。