《新型矿井提升机电液制动系统的可靠性分析》
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[摘 要]多绳摩擦提升机电液制动系统存在超前滑动、制动力不足等隐患,对提升机安全制动进行可靠性分析,结合ST3-F型新型双恒减速电液制动系统,对液压站及控制系统进行可靠性分析,提出应加强对恒减速液压站及双通道控制技术的研究,提高提升机运行的可靠性.
[关键词]新型 电液制动系统 可靠性
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）01-0041-01
河南省新郑煤电公司矿井设计生产能力300万吨/年,电液制动系统采用德国西马格公司生产的新型ST3-F型双恒减速液压站2套,提升机电控系统为三电平交直交变频控制2套,一用一备（一套西门子公司,一套中矿传动公司）.
电液制动系统是现代矿井提升机的重要安全保护装置,主要由电机、泵装置、控制阀组、油箱滤油器和蓄能器、电控系统、盘型制动器等元件组成.电液制动系统的可靠性是指其在规定的距离内,能够迅速地使提升机停止,或在规定的减速度条件下,使提升机减速运行.从电液制动系统的性能和使用功能方面分析, 其可靠性[1]主要包括液压元件的工作可靠性、各种制动工况的可靠性、电控系统的可靠性以及调试、日常维护的可靠性.
1.液压元件的可靠性分析
液压元件的可靠性是指油泵、压力比例溢流阀、电液比例换向阀、电机等工作执行元件能够正常的完成其设计的作用.其可靠性往往受油路是否畅通,管路是否存在泄漏,系统压力是否正常,系统运行噪音是否在允许的范围、阀是否堵塞以及维护、检修质量等因素影响.因此,应加强对液压系统各元件的故障检查与故障检修.
2.提升机安全制动时的可靠分析
各种制动工况的可靠性包括工作制动和安全制动的可靠性.工作制动时应根据司机操作手柄的位置或控制系统信号给定稳定地反映液压系统的油压值,产生相对应的制动力矩.
2.1 安全制动不发生超前滑动的可靠性分析
多绳摩擦提升机是利用钢丝绳与滚筒上的摩擦衬垫间的摩擦力来传递动力,因此多绳摩擦提升的主要矛盾就是防滑[2].根据防滑分析,上提重载和下放重载紧急制动时,不发生超前滑动的条件： 和 ,式中?为钢丝绳与摩擦衬垫间的摩擦因数； 为钢丝绳在主导轮上的围包角,rad；e为自然对数的底；T1为重载侧钢丝绳的张力,N；T2为轻载侧钢丝绳的张力,N；《煤炭工业设计规范》规定：提升重物时,动防滑安全系数不得小于1.25,静防滑安全系数不得小于1.75.
2.2安全制动时,制动力矩的可靠性分析
盘形制动器的可靠度也直接影响液压制动系统的可靠性,对制动器而言,制动力不足是其主要的故障模式,制动力矩的大小取决于制动盘与闸瓦之间的摩擦系数和制动器蝶形簧的正压力.同时制动力还应满足我国煤矿安全规程规定的要求,即 而 ,式中 为提升机实际静张力差,N.
根据上述分析可知,当提升设备质量是确定的,n为常数,制动力矩与实际载荷Q大小无关,而实际减速度是变化的.同理防滑极限速度也随着静张力比kj的变化而变化.因此煤矿安全规程规定紧急安全制动时上提重物加速度as≤5m/s2,下放重物加速度ax≥1.5m/s2.而制动力矩的大小由电液制动系统产生的压力来决定.所以在电液制动系统安装调试后,要对绞车提升进行各种工况下的减速度的实验及盘型制动器制动力的实际测量以符合规定,确保提升机的可靠运行.
3.双恒减速控制的可靠性分析
3.1 双恒减速控制的性能分析
结合液压站工作原理如图所示
先由1.49阀带电2秒,油路一路通向储能器1.24.1给储能器储能,另一经单向阀1.41.2给储能器1.24.2充油储能,为双恒减速制动创造条件.双恒减速制动即发生紧急安全制动时,有两个安全制动通道用于恒减速控制,当通道1恒减速失败时由备用的第二个恒减速通道进行恒减速控制.若安全回路触发,49号阀断电,把泵朝向闸盘的油路断开,系统压力由储能器24号来补充.系统压力通过39号阀断电、37号阀的压力比较在0.2秒內把系统压力降至贴闸压力10MPa.34号阀为四位四通比例方向控制阀,其上给定的电流信号范围为12-20mA,当加的电流在12mA时,阀芯在中位,油路不接通.在34号阀的作用下,通过控制制动盘的压力达到绞车恒减速运行直到停车.倘若系统检测到恒减速通道1控制压力不正常,则恒减速通道1被封锁,安全制动由恒减速通道2控制.
3.2 利用闸瓦间隙进行可靠性分析
煤矿安全规程规定闸瓦间隙不得大于2mm,电液制动系统程序中设计有闸瓦间隙的保护包括闸瓦磨损和弹簧断裂等保护.当上位机中显示有闸瓦间隙故障和报警时,需要对闸瓦间隙进行调整.闸瓦间隙的调整首先是敞闸校零,随后泄压令制动单元抱闸,闸瓦间隙显示数据应在1.3至2.0之间,否则控制系统就会显示为故障,此时通过上位机观察显示故障的制动闸盘单元调整闸间隙在规定的范围内才可消除故障,提升机才可正常运行.
3.3 控制系统的可靠性分析
控制系统的可靠性就是信号的采集以及实现恒减速控制的可靠性.控制系统以PLC1和PLC2分别作为主站,通过MPI网络连接,同ET200M远程I/O、DP数据耦合器按照Profibus-DP主从协议连接,构成两条PRFIBUS网络.控制系统的主要硬件包括CPU317-2DP、CPU314C-2DP,数字量输入输出、模拟量输入输出数据采集模块.控制系统中使用的阀按照功能可分为三种：带有接通位置监测的液压换向阀,带有接通位置的电液换向阀,用于安全制动的电液比例压力控制阀[4].液压站要实现双通道的恒减速控制功能,I/O分配及控制软件功能实现就成为关键.恒减速通道1中34.1比例换向阀、电液比例溢流阀35.1的状态采集及控制由PLC1及其DP网络组件实现,另外一条恒减速通道2中相应阀的状态采集及控制由PLC2及其DP网络组件实现.而负责工作制动功能的阀30.1、30.2也分别是由PLC1和PLC2控制.同电控系统的接口采用两种方式,一种方式是在提升机电控和制动系统电控中增加ET200分布式I/O模块,提升机电控系统的输入连接到制动控制系统的输出模块,提升机电控系统的输出模块连接到液压制动系统的输入模块,由此相互采集控制所需的信号和进行数据交换.另一种方式是利用DP/DP数据耦合模块连接提升机电控和电液制动系统的主站,通过主站与主站之间的连接实现两个主站之间的数据交换.如闸瓦间隙、系统压力就是通过这种方式传输到提升机电控系统中上位机的.
4.结语
综上所述,矿井提升机电液制动系统存在着超前滑动、制动力矩不足等安全隐患,提出了应加强对提升机恒减速控制液压系统的可靠性及双通道控制技术的研究,利用现代的、先进的电液比例控制技术、PLC控制技术、现场总线技术、传感器技术、上位机监控技术可提高改善电液制动系统工作性能,从而提高提升机电液压制动系统的可靠性.
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