矿井提升机制动控制系统研究

摘要：针对矿井提升机制动系统控制逻辑复杂、制动速度慢、柔性差、冲击大的不足，提出了一种新的矿井提升机制动控制系统。该系统通过系统监测模块对提升机的运行状态进行监测，根据运量和运行速度自动匹配最佳的制动特性曲线，将控制信息传递给比例溢流阀模块，通过精确控制阀口的大小，实现对制动力的无级调节，满足对提升机柔性制动的需求。根据实际验证，新的制动系统能够将制动速度提升79.3%，将制动时的冲击降低88.5%，显著提升了提升机制动的灵敏性和稳定性。

关键词：提升机；制动系统；比例溢流阀；柔性制动

提升机是用于矿井人员和物料提升的专用设备，在提升的过程中需要根据各种情况进行制动操作，满足物料和人员的运输需求。由于提升机的制动系统为液压控制，通过换向阀控制油液的运行方向和流量，在实际使用过程中存在着控制灵敏性差、制动速度慢、冲击大的不足，不仅限制了提升效率的进一步提高，而且频繁地制动冲击给提升系统造成了较大的安全隐患，已经无法满足提升机系统高效、安全制动的需求。因此，提出了一种新的矿井提升机制动控制系统，以提升状态监测系统为基础，以电磁比例溢流阀控制为核心，通过系统监测模块对提升机的运行状态进行监测，根据运量和运行速度自动匹配最佳的制动特性曲线，将控制信息传递给比例溢流阀模块，通过精确控制阀口的大小，灵活地调整液压油的流量和工作压力，从而精确控制制动力矩，满足不同情况下柔性制动的需求。

1提升机制动系统需求分析

针对提升机制动时的实际情况，为了满足柔性制动和快速制动的需要，提升机制动控制系统需要具备以下功能：1）控制油液输出量的阀体应具有极高的调节灵敏性，确保根据控制信号能够快速进行换向和阀芯开度大小的精确调整。在系统中应设置两个平级的控制回路，当一个系统出现故障后能够快速的切换到另一个系统，实现无停顿切换。2）系统能够实现对提升机运行过程中的提升速度、提升重量、提升机电流、油液温度、压力等的实时监测，确保对提升系统运行状态监测的准确性。3）故障自动检测、记录和报警功能，系统能够对监测结果自动进行匹配分析，及时识别出异常信号并进行故障报警和记录，为维修人员提供故障定位和故障原因分析，实现故障的快速锁定和排除。

2提升机制动控制系统结构

根据现有矿井提升机控制系统的不足和对矿井提升机制动系统的需求分析，本文所提出的提升机制动控制系统结构如图1所示[1]。由图1可知，该提升机制动控制系统主要包括了状态监测模块、数据分析模块（主控单片机）、执行模块和监测终端模块（监控计算机）四个部分。在实际工作中，状态监测模块通过各类传感器设备对提升机运行时的提升速度、提升重量、提升机电流、油液温度、压力等的实时监测，将监测结果传输数据分析模块内进行数据分析处理，对提升机当前的实际运行状态进行判断，获取最佳的制动特性曲线，然后将各类控制信号转换为电信号实现对各制动单元的统一控制。通过对比例溢流阀开口状态的调整来实现对制动闸瓦制动力的调整，在调整时通过加速度传感器对制动加速度进行测量，将测量结果再返回到数据分析模块内，实现对制动力的闭环反馈调整，最终实现对提升机的柔性制动，减少在制动过程中的冲击。监测终端模块主要是指监控中心内的监控终端，主要将监测结果实时显示在控制中心内，便于监控人员实时掌握提升机运行状态，在紧急情况下还可以直接下达控制指令，实现人工干预控制，确保特殊情况下的运行安全。

3比例溢流阀控制逻辑

该制动控制系统的核心在于能否快速的对比例溢流阀的开口状态进行调整，满足快速、精确的调整要求，结合提升机制动的实际需求，本文所提出的比例溢流阀控制逻辑如图2所示。由图2可知，当数据分析模块发出调节指令后，指令以PWM（脉冲宽度调制）波[2]的形式传输到反接卸荷模块内，由功率放大模块对控制信号进行比例放大处理，然后将处理后的信息传递到比例溢流阀控制装置内，电流采样模块会对比例溢流阀内的电流进行采样分析，若电流大于系统保护电路断开，避免过大的电流信号导致溢流阀开度过大，同时系统将采样结构再传递给数据分析模块，对控制信号进行闭环反馈处理，确保了对比例溢流阀开度调整的精确性。

4调整控制模块

在提升机制动过程中，系统接收到制动控制信号后需要及时控制液压系系统调整供液模式，满足快速制动控制的需求，其调整灵敏性和准确性直接决定了系统制动的速度和安全性，该制动控制系统中的调整控制逻辑如图3所示[3]。由图3可知，该系统采用了降低输出的PWM波占比的方式来降低作用在线圈上开启电压的目的，实现了既能够控制换向阀可靠的换向，又能够快速达到开启电压，提升换向灵敏性的目的。在工作的过程中系统首先给出控制信号，利用PWM波来控制驱动芯片的工作状态，当给出的为执行动作信号后，系统驱动电磁换向阀进行换向，系统中的状态反馈电路将电磁换向阀的执行情况再次返回到控制中心，经过和执行信号的对比后判断是否调整到位，并根据判断结果实现对换向阀的二次调整，满足快速、灵敏、可靠的换向调整目的。

5制动状态监测模块

系统在工作时，需要对制动状态进行实时监测，并将监测结果返回到控制中心，确保整机的制动效果，为了确保对制动系统监测的可靠性、灵敏性，该制动状态监测装置的整体结构如图4所示[4]。由图4可知，该制动状态监测模块主要是通过对液压站和磐石制动闸各处的动作状态进行监控，从而对制动状态进行双重判断，避免制动时因振动等因素导致的判断失效，确保对制动状态监测的准确性，同时当检测到系统出现故障后能够自动记录故障位置并对故障原因进行快速判断，提升故障排除速度。通过对该提升机制动控制系统的实际应用，其制动时，从发出控制信号到执行制动指令，其实际时间约为0.12s，比优化前的0.58s提升了约79.3%，在制动过程中的最大制动冲击力由最初的4.6kN降低到了目前的0.552kN降低了约88.5%，显著提升了提升机制动系统在工作时的稳定性和灵敏性。

6结论

1）提升机制动系统应具有监测准确性、调整灵敏性，故障自动检测、记录和报警功能；2）提升机制动控制系统主要包括了状态监测模块、数据分析模块、执行模块和监测终端模块四个部分，能够实现对系统工作状态的准确监测、快速调整、故障快速报警和识别，满足制动安全性需求；3）新的提升机制动控制系统，能够将提升机制动时的反应速度提升79.3%，将在不同工况下的制动冲击降低88.5%，有效地提升了矿井提升机的制动灵敏性和可靠性。

参考文献

[1]宋俊毅，陈斌.论矿井提升机制动系统安全可靠性分析[J].国防制造技术，2017（3）：51-52.

[2]康永玲.基于PWM技术的电液比例控制系统的研究及应用[J].煤矿机电，2017（2）：28-32.

[3]徐俊,张新.基于LabVIEW的矿井提升机智能综合后备保护装置[J].矿山机械，2009，30（3）：119-121.

[4]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．

作者：郭鑫 单位：山西阳泉华阳二矿机电工区维运四队