一種礦井提升機恆減速安全制動系統及制動方法

《一種礦井提升機恆減速安全制動系統及制動方法》是中信重工機械股份有限公司和洛陽中重自動化工程有限責任公司於2010年11月8日申請的發明專利，該專利的申請號為2010105342327，公布號為CN102030280A，公布日為2011年4月27日，發明人是劉大華、張鳳林、王繼生等，該專利涉及礦井提升機安全制動控制技術領域。

《一種礦井提升機恆減速安全制動系統及制動方法》所述系統包括設定在捲筒制動盤上的盤形制動器、液壓站、電控裝置和檢測反饋裝置；設定在捲筒上的測速感測器採集提升機減速度信號並輸入電控裝置，電控裝置接收此信號並與給定的速度值進行比較發出控制指令，控制指令經電信號處理後，再與從設定在電液比例換向閥出口端與盤形制動器油缸之間液壓管路上的壓力感測器反饋的油壓信號比較後發出電信號控制指令，液壓站的電液比例換向閥輸出按輸入控制指令指令變化的液壓壓力信號控制盤形制動器制動提升機的運動狀態，實施礦井提升機的恆減速安全制動。

2014年11月6日，《一種礦井提升機恆減速安全制動系統及制動方法》獲得第十六屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種礦井提升機恆減速安全制動系統及制動方法》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種礦井提升機恆減速安全制動系統及制動方法
• 公布號：CN102030280A
• 公布日：2011年4月27日
• 申請號：2010105342327
• 申請日：2010年11月8日
• 申請人：中信重工機械股份有限公司、洛陽中重自動化工程有限責任公司
• 地址：河南省洛陽市澗西區建設路206號
• 發明人：劉大華、張鳳林、王繼生、孫富強、張偉、張步斌、趙寶法、朱峰、姜海濤、程愛學、呂翔
• 分類號：B66D5/28（2006.01）I、F15B1/02（2006.01）I、F15B13/044（2006.01）I
• 代理機構：洛陽市凱旋專利事務所
• 類別：發明專利
• 代理人：陸君

專利背景

礦井提升機是礦山開採的咽喉設備，承擔著井上井下之間礦物、設備、材料和人員輸送的重要任務，其性能好壞對於礦山安全生產十分重要。而礦井提升機制動系統是關係到提升機安全性能的關鍵部件。

安全制動是指提升機或提升絞車在運行過程中，為避免出現安全事故而採取的迅速停車的制動行為。提升機的安全制動過程主要是由電液制動系統完成的，其中，電液制動系統由盤形制動器、液壓站、電控櫃、檢測反饋裝置、液壓管路及連線電纜組成。

2010年11月前，大部分礦井提升機仍採用恆力矩二級安全制動控制方式“簡稱二級制動”，即安全制動時，將全部制動力矩以不同數值分兩個制動階段施加到提升機或提升絞車上，並在第一級制動時保持制動力矩恆定直至停車；然後第二級制動時施加全部制動力矩的制動方式，滿足安全規程對最大制動力矩的要求，使提升系統安全地處於靜止狀態，即恆力矩制動控制。二級制動解決了安全制動過程中制動減速度大小要求所需制動力矩和靜止狀態時停車可靠性要求所需制動力矩不一致的矛盾，使之符合國家有關安全規程要求，以實現提升系統安全可靠工作。由於第一級制動力矩，即P_一級值，一經調定後，將不再變動。為了安全起見，一般按最大負荷、最惡劣工況，即全載下放工況來確定P_一級值，即最大制動力矩要求，這樣在重載上提工況下也只能使用這個最大制動力矩去制動；由於此時重力負載方向是幫助提升系統制動的，因此，與重載下放工況相比，重載上提工況下制動減速度變化大，制動衝擊大，制動過程不平穩，在提升系統載荷變化情況下也存在同樣現象。尤其是對於大型多繩提升設備，安全制動過程中很容易突破滑動極限，致使鋼絲繩打滑，降低了設備的安全性能和使用壽命，甚至造成重大安全事故。

2010年11月前，有進口礦井提升機採用恆減速電液制動控制系統，採用電液伺服閥對提升機安全制動過程中的系統油壓進行調節，但抗污染能力差、成本高、維護工作量大、可靠性低。如果設備維護稍有疏忽，在安全制動過程中就可能發生重大安全事故。

發明內容

專利目的

《一種礦井提升機恆減速安全制動系統及制動方法》的目的是提供一種礦井提升機恆減速安全制動系統及制動方法，從而實現緊急制動時，使制動減速度不隨負荷、工況變化而變化，始終按預先設定的速度值進行制動，提高礦井提升機制動的平穩性和安全性；且該制動系統具有高回響速度、高控制精度，可對制動減速度實施雙向調節。

技術方案

《一種礦井提升機恆減速安全制動系統及制動方法》的礦井提升機恆減速安全制動系統，包括設定在捲筒制動盤上的盤形制動器、液壓站、電控裝置和檢測反饋裝置；所述系統的液壓站包括儲能裝置，至少包括一個將輸入的電信號轉換為相應液壓流量及改變液流方向的電液比例換向閥，還包括一個切換液壓站正常工作工況與安全制動工況的電磁換向閥；所述儲能裝置與電液比例換向閥、電磁換向閥液壓管路連線，電磁換向閥出口端液壓管路連線至盤形制動器油缸；所述系統的檢測反饋裝置包括設定在捲筒上的測速感測器；所述測速感測器採集提升機減速度信號並輸入電控裝置，電控裝置接收所述減速度信號並與給定的速度值進行比較發出控制指令，所述控制指令經電信號處理，電液比例換向閥將電信號控制指令轉換為液壓信號並輸出按輸入電信號控制指令變化的液壓壓力信號控制盤形制動器形成速度閉環控制迴路。

所述的礦井提升機恆減速安全制動系統，所述檢測反饋裝置還包括設定在電液比例換向閥出口端與盤形制動器油缸之間液壓管路上的壓力感測器，所述壓力感測器將採集到的油壓信號經電控裝置處理後反饋至電液比例換向閥入口端，形成壓力閉環控制迴路。

所述的礦井提升機恆減速安全制動系統，所述液壓站的電液比例換向閥的入口端接儲能裝置，所述電液比例換向閥和電磁換向閥之間設旁路溢流閥；所述儲能裝置與液壓泵源通過單向閥相關連並獲取壓力油補充，所述單向閥允許流體朝向儲能裝置的方向流動而不能反向流動；所述電磁換向閥經截止閥連至盤形制動器油缸。

所述的礦井提升機恆減速安全制動系統，輸入電液比例換向閥的電信號控制指令為正信號時，電液比例換向閥進油閥口開啟、泄油閥口關閉，儲能裝置與電液比例換向閥的進油閥口聯通，液壓油通過電液比例換向閥進油閥口進入盤形制動器油缸，進行開閘或減小制動力矩的操作，所述電液比例換向閥進油閥口開啟大小與輸入的電信號控制指令大小成比例。

所述的礦井提升機恆減速安全制動系統，輸入電液比例換向閥的電信號控制指令為負信號時，電液比例換向閥泄油閥口開啟、進油閥口關閉，盤形制動器油缸與電液比例換向閥泄油閥口聯通、液壓油通過電液比例換向閥泄油閥口流回油箱進行合閘或增加制動力矩的操作，所述電液比例換向閥泄油閥口開啟大小與輸入的電信號控制指令大小成比例。

所述的礦井提升機恆減速安全制動系統，輸入電液比例換向閥的電信號控制指令為零時，電液比例換向閥閥芯在彈簧力的作用下自動處於中間位置，壓力油源入口、通往盤形制動器油缸的工作油口和泄油口處於關閉狀態，制動系統處於停止調節工況。

為更好的實施該發明創造，所述電液比例換向閥具有閥芯位置反饋功能，在該閥閥芯上裝有位移感測器。通過閥芯位置的檢測和信號閉環反饋控制，使電液比例換向閥的輸出參數與輸入信號保持一致。且通過閥芯位置閉環反饋控制功能，使電液制動控制系統成為高回響速度、高控制精度的高性能控制系統。

為更好的實施該發明創造，所述電液比例換向閥閥芯中位位置採用正遮蓋的滑閥結構，使制動系統處在非輸出參數工作狀態的閥芯中間位置時，既具有高回響速度和高控制精度，又具有良好的封閉性能和抗污染能力。

該發明中的電液比例換向閥作為一種電液轉換放大元件，當輸入連續變化的電信號控制指令時，自動輸出隨動變化的液壓動力油流或壓力信號。由於電液比例換向閥根據輸入控制信號的不同實施三種工作機能，即在安全制動過程中具有對制動減速度實施增加制動力矩操作和減少制動力矩操作的雙向調節功能，從而具備了實現恆值閉環控制的良好條件。

該發明的礦井提升機恆減速安全制動系統的制動方法為：制動系統根據礦井提升機安全制動要求和提升系統需要設定給定速度值，電控裝置將給定速度值和測速感測器實際反饋的減速度信號進行比較後發出控制指令，控制指令經過放大、矯正方式處理後，再與從壓力感測器反饋的油壓信號比較後發出電信號控制指令，通過電液比例換向閥轉換為液壓信號，電液比例換向閥輸出按輸入控制指令指令變化的液壓動力油流或壓力信號控制盤形制動器制動提升機的運動狀態，實施礦井提升機的恆減速安全制動。

在實施安全制動時，該發明的制動系統可以實現在不同載荷、不同速度及不同工況下，使提升系統按照給定的恆定速度進行制動。在檢測反饋裝置檢測到實際減速度偏離給定值的情況下，通過電液閉環制動控制系統的反饋調節和補償作用，使其迅速減小偏差、保持制動過程減速度恆定不變，達到恆減速制動的效果。

改善效果

《一種礦井提升機恆減速安全制動系統及制動方法》避免了2010年11月前已有技術制動減速度變化大，制動衝擊大，制動過程不平穩，制動安全可靠性欠優的不足。提高了制動平穩性和安全可靠性，使系統達到較高的安全可靠性和技術經濟性。對提高礦山咽喉設備的安全可靠性，提高生產效率具有重要意義。

通過採用該發明的技術方案，使該發明的安全制動系統具有對制動減速度實施雙向調節功能，具備了實現恆值閉環控制的良好條件，具有高回響速度、高控制精度的制動性能，並具有良好的抗污染能力。

附圖說明

圖1是該發明雙閉環控制迴路的方框圖；

圖2是該發明液壓迴路原理圖；

圖3是電液比例換向閥結構示意圖；

圖中：1－捲筒；2－制動盤；3－盤形制動器；4－截止閥；5－電磁換向閥；6－溢流閥；7－單向閥；8－電液比例換向閥；9－蓄能器；10－截止閥；11—位移感測器；12—閥芯。

權利要求

1.一種礦井提升機恆減速安全制動系統，包括設定在捲筒制動盤上的盤形制動器、液壓站、電控裝置和檢測反饋裝置；其特徵是：所述系統的液壓站包括儲能裝置（9），至少包括一個將輸入的電信號轉換為相應液壓流量及改變液流方向的電液比例換向閥（8），還包括一個切換液壓站正常工作工況與安全制動工況的電磁換向閥（5）；所述儲能裝置（9）與電液比例換向閥（8）、電磁換向閥（5）液壓管路連線，電磁換向閥（5）出口端液壓管路連線至盤形制動器（3）油缸；所述系統的檢測反饋裝置包括設定在捲筒（1）上的測速感測器；所述測速感測器採集提升機減速度信號並輸入電控裝置，電控裝置接收所述減速度信號並與給定的速度值進行比較發出控制指令，所述控制指令經電信號處理，電液比例換向閥（8）將電信號控制指令轉換為液壓信號並輸出按輸入電信號控制指令變化的液壓壓力信號控制盤形制動器（3）形成速度閉環控制迴路。

2.根據權利要求1所述的礦井提升機恆減速安全制動系統，其特徵是：所述檢測反饋裝置還包括設定在電液比例換向閥（8）出口端與盤形制動器（3）油缸之間液壓管路上的壓力感測器，所述壓力感測器將採集到的油壓信號經電控裝置處理後反饋至電液比例換向閥（8）入口端，形成壓力閉環控制迴路。

3.根據權利要求1所述的礦井提升機恆減速安全制動系統，其特徵是：所述液壓站的電液比例換向閥（8）的入口端接儲能裝置（9），所述電液比例換向閥（8）和電磁換向閥（5）之間設旁路溢流閥（6）；所述儲能裝置（9）與液壓泵源通過單向閥（7）相關連並獲取壓力油補充，所述單向閥（7）允許流體朝向儲能裝置（9）的方向流動而不能反向流動；所述電磁換向閥（8）經截止閥（4）連至盤形制動器（3）油缸。

4.根據權利要求1、2或3所述的礦井提升機恆減速安全制動系統，其特徵是：輸入電液比例換向閥（8）的電信號控制指令為正信號時，電液比例換向閥進油閥口開啟、泄油閥口關閉，儲能裝置（9）與電液比例換向閥（8）的進油閥口聯通，液壓油通過電液比例換向閥進油閥口進入盤形制動器（3）油缸，進行開閘或減小制動力矩的操作，所述電液比例換向閥進油閥口開啟大小與輸入的電信號控制指令大小成比例。

5.根據權利要求1、2或3所述的礦井提升機恆減速安全制動系統，其特徵是：輸入電液比例換向閥（8）的電信號控制指令為負信號時，電液比例換向閥泄油閥口開啟、進油閥口關閉，盤形制動器（3）油缸與電液比例換向閥（8）泄油閥口聯通、液壓油通過電液比例換向閥泄油閥口流回油箱進行合閘或增加制動力矩的操作，所述電液比例換向閥泄油閥口開啟大小與輸入的電信號控制指令大小成比例。

6.根據權利要求1、2或3所述的礦井提升機恆減速安全制動系統，其特徵是：輸入電液比例換向閥（8）的電信號控制指令為零時，電液比例換向閥閥芯在彈簧力的作用下自動處於中間位置，壓力油源入口、通往盤形制動器油缸的工作油口和泄油口處於關閉狀態，制動系統處於停止調節工況。

7.根據權利要求1或3所述的礦井提升機恆減速安全制動系統，其特徵是：所述電液比例換向閥（8）具有閥芯位置反饋功能，在該閥閥芯（12）上裝有位移感測器。

8.根據權利要求1或3所述的礦井提升機恆減速安全制動系統，其特徵是：所述電液比例換向閥（8）閥芯中位位置採用正遮蓋的滑閥結構。

9.根據權利要求1或2所述的礦井提升機恆減速安全制動系統，制動實施時，其特徵是：制動系統根據礦井提升機安全制動要求和提升系統需要設定給定速度值，電控裝置將給定速度值和測速感測器實際反饋的減速度信號進行比較後發出控制指令，控制指令經過放大、矯正方式處理後，再與從壓力感測器反饋的油壓信號比較後發出電信號控制指令，通過電液比例換向閥轉換為液壓信號，電液比例換向閥輸出按輸入控制指令指令變化的液壓動力油流或壓力信號控制盤形制動器制動提升機的運動狀態，實施礦井提升機的恆減速安全制動。

實施方式

該發明的礦井提升機恆減速安全制動系統，包括盤形制動器、液壓站、電控裝置和檢測反饋裝置；檢測反饋裝置持續將檢測到的提升機減速度信號反饋至電控裝置，電控裝置將反饋信號與設定的信號比較後，發出控制指令至液壓站的電液比例換向閥，電液比例換向閥根據輸入指令輸出變化的液壓動力油流或壓力信號控制盤形制動器油缸動作。

結合圖2所示，其中液壓站的儲能裝置“該實施例選用蓄能器9”、電液比例換向閥8和電磁換向閥5通過管路依次連線形成液壓迴路，所述電磁換向閥5通過截止閥4連至盤形制動器3，具體連至盤形制動器的油缸；電液比例換向閥8和電磁換向閥5之間設旁路溢流閥6；所述蓄能器9經單向閥7接至泵源，所述單向閥7允許流體朝向儲能裝置9的方向流動而不能反向流動。其中電液比例換向閥8是電液轉換放大元件，輸入連續變化的電信號控制指令，輸出隨動變化的液壓動力油流；蓄能器9作為系統的備用油源，在安全制動包括停電時為液壓制動系統提供控制壓力油；溢流閥6用來限制制動系統的預製動工作油壓；電磁換向閥5用以正常工作迴路和安全制動迴路的切換；單向閥7用來與油泵來的壓力油源進行單嚮導通和反向關閉；截止閥10是檢修時用來給蓄能器泄油的；截止閥4是檢修時用來切斷液壓站與盤形制動器3之間油流的；盤形制動器3是作為整個系統的液壓和力轉換裝置，也是制動執行元件；盤形制動器3油缸的活塞桿機械連線制動盤2，制動盤在盤形制動器3油缸的作用下與捲筒輪轂緊貼摩擦產生制動力。

結合圖3所示，電液比例換向閥8選用三位四通閥，且在該閥閥芯上裝有位移感測器11，所述電液比例換向閥閥芯12中位位置採用正遮蓋的滑閥結構，使制動系統處在非輸出參數工作狀態的閥芯中間位置時，既具有高回響速度和高控制精度，又具有良好的封閉性能和抗污染能力。

結合圖1所示，設定在電液比例換向閥8出口端的壓力感測器將採集到的油壓信號反饋至電液比例換向閥8入口端，形成壓力閉環控制迴路；設定在捲筒1上的速度感測器將採集到的提升機減速度信號反饋至電控裝置，電控裝置將所述速度信號與給定的速度值進行比較後發出控制指令，所述控制指令經電信號處理後，再與從壓力感測器發出的油壓壓力信號比較後發出電信號控制指令，電信號控制指令經放大、矯正等方式處理後，經電液比例換向閥8轉換為液壓信號，電液比例換向閥8輸出按輸入電信號控制指令變化的液壓壓力信號控制盤形制動器形成速度閉環控制迴路。即電液比例換向閥輸出按輸入電信號控制指令變化的液壓壓力信號即流量控制盤形制動器3油缸活塞桿輸出的力，盤形制動器油缸活塞桿輸出的力與盤形制動器彈簧力進行抵消後的剩餘力通過閘瓦及制動盤作用在制動盤2閘盤上，形成的制動力矩控制提升系統的運動狀態按照輸入電信號控制指令的變化規律而制動減速，實施了對提升系統的控制，實現了礦井提升機的恆值閉環恆減速安全制動。

該實施例的礦井提升機恆減速安全制動系統實施時，制動系統根據礦井提升機安全制動要求和提升系統需要設定給定減速度值，電控裝置將給定減速度值和實際反饋速度信號進行比較後發出控制指令，控制指令經過放大、矯正等方式處理後，再與從壓力感測器發出的油壓信號比較後發出電信號控制指令，通過電液比例換向閥轉換為液壓信號，電液比例換向閥輸出按輸入控制指令指令變化的液壓壓力流量控制盤形制動器制動提升機的運動狀態，實施礦井提升機的恆減速安全制動。

電液比例換向閥8有三種工作機能：在輸入電信號指令為零時，液壓閥芯12在彈簧力的作用下自動處於中間位置，使壓力油源入口、通往制動器的工作油口和泄油口處於關閉狀態，制動系統處於停止調節工況；在輸入電信號指令為正（或為負）信號時，電液比例換向閥8進油閥口開啟、泄油閥口關閉，來自蓄能器的具有壓力能的液壓油通過該進油閥口進入盤形制動器3油缸進行開閘或減小制動力矩的操作，其閥口開啟大小即減小制動力矩操作的程度大小與輸入的電信號指令大小成比例；在輸入電信號指令為負（或為正）信號時，電液比例換向閥8泄油閥口開啟、進油閥口關閉，盤形制動器3油缸內的液壓油在制動彈簧作用下通過該閥泄油閥口流回油箱進行合閘或增加制動力矩的操作，其閥口開啟大小即增加制動力矩操作的程度大小與輸入的電信號指令大小成比例。由於該電液比例換向閥組成的電液控制迴路具有上述三種控制功能，所以該發明在安全制動過程中具有對制動減速度實施增加制動力矩操作和減少制動力矩的雙向調節功能，從而具備了實現恆值閉環控制的良好條件。

需說明的是，該實施例中對輸入電信號控制指令的負信號、正信號的定義是相對的。

榮譽表彰

2014年11月6日，《一種礦井提升機恆減速安全制動系統及制動方法》獲得第十六屆中國專利優秀獎。