浅谈矿井提升的恒减速制动技术

【摘 要】目前，矿井提升机主要有一级制动、二级制动和恒减速制动等几种制动模式，正常运行时，各种制动模式几乎都可以满足系统的工作要求，但随着采掘技术的进步和工作面的不断延伸，系统对提升制动的安全性要求不断升高，恒减速制动模式的优势逐渐显露出来，逐渐成为了矿井提升控制的主流发展趋势。本文对矿井提升的恒减速制动技术进行了介绍。

【关键词】矿井提升机；恒减速；制动技术

0 引言

作为矿井作业中的关键机械，矿井提升设备在生产的全过程中担负着矿物、人员、材料及设备的上下和运输工作，对采矿效率具有重要影响。而提升系统一旦出现事故，常常会造成不可估量的生命财产损失。因此，必须对其制动系统进行精密和及时的控制，以便在发生紧急情况时，通过可靠的制动性能，减少和避免危险的发生，确保煤炭生产的安全性和稳定性。研究显示，影响提升机制动效果的因素复杂，并可能根据不同的工况发生变化，而若在多变的工况下制动减速度变化过大，制动过程就会变得不平稳，出现诸如钢丝绳打滑等现象，使提升设备的安全性受到严重影响。目前，矿井提升机主要有一级制动、二级制动和恒减速制动等几种制动模式，正常运行时，各种制动模式几乎都可以满足系统的工作要求，但随着采掘技术的进步和工作面的不断延伸，系统对提升制动的安全性要求不断升高，恒减速制动模式的优势逐渐显露出来，逐渐成为了矿井提升控制的主流发展趋势。该方法通过自动调节油压动力实现了减速度恒定的控制目标，让提升设备可以按照事先设定减速度完成制动，使提升设备的安全性大大提高。

1 恒减速制动的意义

提升机安全制动是在提升机事故状态下，为防止事故扩大化所必须采用的最后一种技术手段。在竖井和30°以上的斜井提升时，提升机制动力矩不得小于最大静力矩的三倍。但如果把大于或等于三倍静力矩的制动力一次直接加丁.提升机上，将会产生过人的减速度。这样，钢丝绳将剧烈地摆动，很可能会引起断丝，从而影响钢丝绳的使用寿命，斜井提升机可能断绳，载人的提升机将可能发生重大人身伤亡事故。

目前的提升系统，不论一级制动还是二级制动，制动力矩基本不变（二级制动只变一次）。即不论提升机是运行在正力、负力，还是平衡提升状态，制动力矩均不能随负荷的变化而变化，因此造成实际的减速度相差甚远。

矿井提升机安全制动恒减速控制系统解决了上述问题，在发生安全制动时，它通过速度环、压力环实现安全制动时的自动调节制动力矩的大小，以保证减速度达到一个预期的综合值。使提升机不论在提升或下放、高速度或低速度状态下运行，都按照给定的安全制动速度图运行。

2 恒减速制动的工作原理

矿井提升机的运行流程为启动一加速一匀速一减速一低速爬行一停车的循环过程。其中精确的“启动一加速一匀速”过程在生产中较容易实现，而控制的关键在于对“减速一低速爬行一停车”阶段的准确控制，恒减速制动能使提升机平稳、安全地进入低速爬行阶段，为精确的停车控制奠定了基础。

由于制动力矩与减速度之间属于非线性关系，受复杂的工况条件影响，很难从力的因素人手对减速度进行控制，因此，恒减速系统通常是通过液压系统实现自动控制的。首先，制动系统接收到由保护装置发送的减速制动信号，此时液压系统的油压下降到某一设定值，提升机运行在磨闸皮状态下。同时，安装在滚筒的轴编码器测量值进入可编程逻辑控制器（PLC）内部进行计算，得出减速度值和已设定的减速度值相比较，经数字处理器处理，由减速度偏差值得到一个与制动力矩相对应的电流值，并将此电流值作用在恒减速电液比例阀上，通过电磁阀的启闭，使制动压力处于增压一保压一减压的状态转换中，从而使电机得到合适的制动力矩，使电机按照恒定的减速度停车。恒减速系统极大地减小了减速环节对设备的冲击，可克服由安全制动引起的多绳摩擦提升机的钢丝绳滑动问题和斜井提升机的钢丝绳损伤与掉道问题，还能改善缠绕式提升机因不平衡载荷而产生的制动性能问题。

3 恒减速制动模糊控制器的设计

矿井提升设备组成了一个大惯量闭环，其制动部分则是一个结构复杂的机、电、液一体化系统，工作中充满了各种不确定性因素，阻尼与摩擦、制动衬片弹性以及各元件间隙等的变化，都可能使制动相应表现出死区、滞环、饱和等多种强非线性动态特征，给恒减速控制算法的动态模型建设制造困难。而模糊控制器模拟人的思想和控制经验进行决策，不需建立完整的数学模型，仅需以模糊控制算法，模拟执行元件在电机闸盘上对制动力矩作用进行控制，实践中具有良好的灵活性和鲁棒性。模糊控制器的设计首先由确定其输入、输出语言变量开始，通常选取与实际减速度有关的变量作为输入语言变量，而输出语言 4选择与油压有关的变量。其次应将模糊控制器输入、输出变量之间的经验关系通过逻辑推理表现出来，建立控制器的控制规则集。在模糊推理开始前，应对精确输入量进行模糊化处理，将其转换至输入语言变量可以讨论的论域范围内，再以适当的隶属度函数在各自的论域中对其进行描述，得出推理结果后，还需将此模糊集合进行模糊判决，即找出其隶属度函数或横坐标围成面积的重心在论域上的值，即可将集合转换为精确值，从而可以向对象实施直接控制。系统设计完成后，还应进行现场试验，得出制动压力与速度的关系曲线，验证该控制模式是否切实具有可行性。

4 贴闸环节的控制

恒减速制动控制环节复杂，每一部分的性能都能影响到最终的调节效果。如油液的清洁度，整个闭环系统的刚性、控制元件的调节性能、电气元件是否受到干扰等。其中恒减速调节的第一步是液压回路中溢流阀将制动器内大部分的油泄回油箱，即“贴闸”过程，该环节对整个调试效果起着关键作用。安全回路断开的瞬间，闸瓦与闸盘有lmm左右的间隙，这lmm左右的间隙可能会导致飞车或速度超调。从控制角度讲，压力环首先给出了一压力信号，反映到速度环中得出一初始速度偏差。如果贴闸不迅速，会出现速度超调量大，即初始速度偏差大。而影响贴闸效果的因素很多。以制动器为例，若其碟簧的回弹速度不够，油压降得慢，贴闸时间长，可能使之后某点的瞬时制动减速度很大。因此在恒减速调试之前，应首先对制动器的性能指标和空动时间进行检查。此外，原配件性能和装配精度也对贴闸效果有较大的影响，须依现场条件进行适当地调整。为使减速曲线平缓，须通过对比例阀的线性调节实现对制动器油液的精密控制。实践中应由低速到高速，轻载到重载，逐次调节，兼顾各种工况，以达到理想的贴闸效果。

5 结束语

恒减速安全制动是以制动的减速度恒定为控制目标，通过自动调节制动力矩，使提升机按各种综合因素所设定的减速度进行制动，从根本上改善制动性能，提高了安全制动的可靠性，同时解决了摩擦提升机由于滑动所带来的困难，对提升机参数选型设备重量特性系数选择都带来方便。矿井提升机制动系统是一个复杂的、非线性的、同时内部参数随外部环境不断变化的系统，而模糊控制策略是模拟人类的思维方式来处理复杂控制系统的一种有效控制策略。所以对矿井提升机的恒减速制动控制来说，更是一种有效的智能控制策略。

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