一种罐笼能量供给系统及其控制方法
【专利摘要】一种罐笼能量供给系统及其控制方法，属于提升设备的能量系统及控制方法。能量供给系统的风力发电装置、尾绳梁悬挂装置和控制装置均连接在罐笼箱底，尾绳梁悬挂装置和控制装置位于罐笼箱底中心轴线上，在尾绳梁悬挂装置两侧各连接一个风力发电装置。利用罐笼下降速度大，副井内相对风速大的特性，两个风力发电机同时向一个蓄电池充电，两个蓄电池交替充电和供电，使罐笼用电设备一直有稳定可靠的电源支持，实现罐笼自身对其用电设备的供电要求，同时满足控制装置的供电要求，设备结构简单，只需定期检修维护即可。优点：风力发电装置能够实现自身发电，为蓄电池充电，控制装置能实现蓄电池充电和供电自动切换，稳定可靠，安全性高，自动化程度高。
【专利说明】一种罐笼能量供给系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种提升设备的能量供给系统及控制方法，具体是一种罐笼能量供给系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]罐笼是矿井运送人员的主要装备，在罐笼的底部连接有尾绳梁悬挂装置。近年来，随着人们安全意识增强，以及矿山自动化水平的不断提高，罐笼内部配备了一些低压用电设备，如照明灯具、电动罐帘门、安全通信装置等。这些设备须有稳定可靠的电源支持才能正常工作。现有技术采用一个蓄电池供电，当电池电量耗尽后，还必须要将其拆下拿去充电，换上已充满电的蓄电池，或利用设在井口的充电系统充电，不但费人力，且充电时间长，容易耽误提升设备正常作业。
【发明内容】
[0003]为克服已有技术中的不足，本发明提供了一种系统稳定可靠，安全性高，自动化程度高的罐笼能量供给系统及其控制方法，解决矿井提升罐笼用电自动化的问题。
[0004]为实现上述发明的目的的技术方案是:该能量供给系统包括在罐笼的底部连接有尾绳梁悬挂装置；能量供给系统还包括:风力发电装置和控制装置；风力发电装置、尾绳梁悬挂装置和控制装置均连接在罐笼箱底，尾绳梁悬挂装置和控制装置位于罐笼箱底中心轴线上，在尾绳梁悬挂装置两侧各连接一个风力发电装置。
[0005]所述风力发电装置包括:风动部分、发电部分和储电部分；所述的风动部分包括:叶片、轮毂、锥齿轮轴、转子轴承、轴承架和固定板，叶片通过轮毂连接在锥齿轮轴上，锥齿轮轴和转子轴承架间隙配合，轴承架通过螺栓连接在固定板上，固定板铆接于罐笼底部。
[0006]所述的叶片旋转平面距罐笼箱底的距离为特征距离L，特征距离L的距离区间为[0.6m, 1.0m]。
[0007]所述的发电部分包括:低速锥齿轮轴、支承轴承、低速联轴器、齿轮箱、高速轴、高速联轴器、发电机、固定箱体，所述齿轮箱包括一对哨合齿轮，低速锥齿轮轴的齿轮与所述装置风力机部分的锥齿轮轴的齿轮啮合，低速锥齿轮轴通过低速联轴器与齿轮箱输入轴连接，齿轮箱输出轴通过高速联轴器与高速轴连接，高速轴通过高速联轴器与发电机的转子绕组输入轴连接。
[0008]所述的储电部分包括蓄电池，通过充电、供电接口与外部控制系统连接。
[0009]所述的控制装置包括:并联电能输入接口、输入电流采样电路、电流电压转换器、主控制器、MOS开关电路、第一蓄电池充电接口、第一蓄电池供电接口、第二蓄电池充电接口、第二蓄电池供电接口和供电输出接口 ；所述的并联电能输入接口为两风力发电机输出电能线并联后向蓄电池输入电能的接口 ；所述的输入电流采样电路输入端与蓄电池充电接口连接，输出端与电流电压转换器输入端连接，电流电压转换器输出端向主控制器传输信号，主控制器输出端与MOS开关电路的栅极连接，MOS开关电路(IA)设置于并联电能输入端与所述的第一蓄电池的充电接口之间，MOS开关电路(IB)设置于并联电能输入端与第二蓄电池的充电接口之间，MOS开关电路(OA)设置于第一蓄电池的供电接口与供电输出接口之间，MOS开关电路(OB)设置于的第二蓄电池的供电接口与供电输出接口之间，供电输出接口连接外部降压和升压设备为罐笼照明系统和电动罐帘门驱动电机供电。
[0010]能量供给系统的控制方法如下:
[0011](一)当风力发电装置与控制系统处于第一蓄电池充电，第二蓄电池供电的工作状态时，MOS开关电路(IA)处于导通状态，MOS开关电路(IB)处于截止状态，同时MOS开关电路(OB)处于导通状态，MOS开关电路(OA)处于截止状态，反之，各MOS开关电路导通、截止状态相反；
[0012]( 二)电流采样电路输入端每隔设定值时间tl采样第一蓄电池的充电电流，采样到的电流信号经过电流电压转换器转变成电压信号，传输给主控制器，主控制器进行分析判断，将电压信号与设定值U进行对比，设定值U为蓄电池饱和时电流值所对应的转换电压值；
[0013](三)若电压值小于设定值，蓄电池充电饱和，主控制器进入中断，并进行计时，向MOS开关电路发出信号，使MOS开关电路(OA)导通，使MOS开关电路(IB)导通，使MOS开关电路(IA)截止，同时开始计时，计时为某一设定值时间t2，目的是不至于由于MOS开关电路的导通和截止转换影响罐笼用电设备的正常工作，达到计时时间后，主控制器发出信号，使MOS开关电路(OB)截止。
[0014]有益效果，由于采用了上述方案，本发明提供的罐笼底部风力发电系统及其控制方法，利用罐笼下降速度大，副井内相对风速大的特性，结合风力发电原理，实现了罐笼自身对其用电设备的供电要求，同时还能满足控制装置的供电要求，设备结构简单，安全可靠，只需定期检修维护即可，达到了提升设备内部供电的自动化要求，通过控制装置的信号采集和判断处理，两个风力发电机同时向一个蓄电池充电，两个蓄电池交替充电和供电，使罐笼用电设备一直有稳定可靠的电源支持，从而彻底解决了矿井提升罐笼用电自动化的问题。
[0015]优点:安装于罐笼底部的风力发电装置，能够实现自身发电，为蓄电池充电，控制装置能实现蓄电池充电和供电自动切换，系统稳定可靠，安全性高，自动化程度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明罐笼底部风力发电装置的结构示意图。
[0017]图2为本发明罐笼底部各装置布置示意图。
[0018]图3为本发明控制装置控制原理示意图。
[0019]图4为本发明控制装置控制流程图。
[0020]图中，1、叶片；2、轮毂；3、转子轴承；4、锥齿轮轴；5、轴承架；6、固定板；7、罐笼箱底；8、低速锥齿轮轴；9、支承轴承；10、低速联轴器；11、齿轮箱；12、高速联轴器；13、高速轴；14、发电机；15、固定箱体；16、第一蓄电池；17、第二蓄电池；18、尾绳梁悬挂装置；19、控制装置。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述:
[0022]本发明的能量供给系统包括在罐笼的底部连接有尾绳梁悬挂装置，所述的能量供给系统包括:风力发电装置和控制装置；风力发电装置、尾绳梁悬挂装置和控制装置均连接在罐笼箱底，尾绳梁悬挂装置和控制装置位于罐笼箱底中心轴线上，在尾绳梁悬挂装置两侧各连接一个风力发电装置。
[0023]所述风力发电装置包括:风动部分、发电部分和储电部分；所述的风动部分包括:叶片、轮毂、锥齿轮轴、转子轴承、轴承架和固定板，叶片通过轮毂连接在锥齿轮轴上，锥齿轮轴和转子轴承架间隙配合，轴承架通过螺栓连接在固定板上，固定板铆接于罐笼底部。
[0024]所述的叶片，其旋转平面距罐笼箱底的距离为特征距离L，特征距离L的距离区间为[0.6m, 1.0m]。
[0025]所述的发电部分包括:低速锥齿轮轴、支承轴承、低速联轴器、齿轮箱、高速轴、高速联轴器、发电机、固定箱体，所述齿轮箱包括一对哨合齿轮，低速锥齿轮轴的齿轮与所述装置风力机部分的锥齿轮轴的齿轮啮合，低速锥齿轮轴通过低速联轴器与齿轮箱输入轴连接，齿轮箱输出轴通过高速联轴器与高速轴连接，高速轴通过高速联轴器与发电机的转子绕组输入轴连接。
[0026]所述的储电部分包括蓄电池，通过充电、供电接口与外部控制装置连接。
[0027]所述的控制装置包括:并联电能输入接口、输入电流采样电路、电流电压转换器、主控制器、MOS开关电路、第一蓄电池充电接口、第一蓄电池供电接口、第二蓄电池充电接口、第二蓄电池供电接口和供电输出接口 ；所述的并联电能输入接口为两风力发电机输出电能线并联后向蓄电池输入电能的接口 ；所述的输入电流采样电路输入端与蓄电池充电接口连接，输出端与电流电压转换器输入端连接，电流电压转换器输出端向主控制器传输信号，主控制器输出端与MOS开关电路的栅极连接，MOS开关电路(IA)设置于并联电能输入端与所述的第一蓄电池的充电接口之间，MOS开关电路(IB)设置于并联电能输入端与第二蓄电池的充电接口之间，MOS开关电路(OA)设置于第一蓄电池的供电接口与供电输出接口之间，MOS开关电路(OB)设置于的第二蓄电池的供电接口与供电输出接口之间，供电输出接口连接外部降压和升压设备为罐笼照明系统和电动罐帘门驱动电机供电。
[0028]能量供给系统的控制方法如下:
[0029](一)当风力发电装置与控制系统处于第一蓄电池充电，第二蓄电池供电的工作状态时，MOS开关电路(IA)处于导通状态，MOS开关电路(IB)处于截止状态，同时MOS开关电路(OB)处于导通状态，MOS开关电路(OA)处于截止状态，反之，各MOS开关电路导通、截止状态相反；
[0030](二)电流米样电路输入端每隔一定时间米样第一蓄电池的充电电流,一定时间为根据实际提升情况而定的设定值tl，采样到的电流信号经过电流电压转换器转变成电压信号，传输给主控制器，主控制器进行分析判断，将电压信号与设定值U进行对比，设定值U为蓄电池饱和时电流值所对应的转换电压值；
[0031](三)若电压值小于设定值，蓄电池充电饱和，主控制器进入中断，并进行计时，向MOS开关电路发出信号，使MOS开关电路(OA)导通，使MOS开关电路(IB)导通，使MOS开关电路(IA)截止，同时开始计时，计时为某一设定时间值t2，目的是不至于由于MOS开关电路的导通和截止转换影响罐笼用电设备的正常工作，达到计时时间后，主控制器发出信号，使MOS开关电路(OB)截止。
[0032]实施例:请参见图1、图2，本发明罐笼底部风力发电装置整体结构固定于罐笼箱底7，左右关于尾绳梁悬挂装置18对称，矿山副井的一对罐笼，由提升机带动一升一降，当罐笼下降时，很快加速到稳定速度，也即设计风力发电机的额定风速，叶片I为扭曲叶片，叶片翼型处安装角不同，沿翼展方向半径A处安装角为Θ i，在风力作用下两风力发电机叶片转向相反，保持罐笼装置的可靠稳定，同时叶片I距罐笼箱底7的距离为特征距离L，保证叶片上下端能够形成足够的流体空间。叶片I通过轮毂2带动锥齿轮轴4转动，锥齿轮轴4垂直方向上通过转子轴承3、轴承架5和固定板6固定在罐笼箱底7下方。
[0033]所述的叶片I旋转平面距罐笼箱底7的距离为特征距离L，特征距离L的距离区间为[0.6m, 1.0m]。
[0034]低速锥齿轮轴8与锥齿轮轴4啮合转动，另一端通过低速联轴器10与齿轮箱11的输入轴连接，齿轮箱11中啮合齿轮的作用是增加转速，齿轮箱11的输出轴通过高速联轴器12与高速轴13连接，高速轴13的另一端通过高速联轴器12与发电机的输入轴连接，带动转子绕组转动，产生感应电动势，输出电能。
[0035]请参见图2、图3、图4，控制装置19安装在罐笼箱底7下方位于中间位置的尾绳梁悬挂装置18的前端(或尾端)，与尾绳梁悬挂装置18处在同一中轴线上。
[0036]在正常充电和供电过程中，若第一蓄电池处在充电状态，MOS开关电路(IA)导通，则第二蓄电池处在供电状态，即MOS开关电路(OB)导通，MOS开关电路(OA)截止，MOS开关电路(IB)截止。电流采样模块每隔设定值时间tl采集第一蓄电池的充电电流，经过电流电压转换器，将电压信号传输给主控制器，主控制器与设定值进行对比分析，当电压信号小于设定值时说明第一蓄电池充电饱和，主控制器发出信号，使MOS开关电路(OA)导通，使MOS开关电路(IA)截止，使MOS开关电路(IB)导通，并开始计时，计时达到设定值时，主控制器发出信号，使MOS开关电路(OB)截止，完成全部的充电供电功能切换，依次循环。
【权利要求】
1.一种罐笼能量供给系统，包括罐笼和尾绳梁悬挂装置，其特征是:能量供给系统还包括:风力发电装置和控制装置；风力发电装置、尾绳梁悬挂装置和控制装置均连接在罐笼箱底，尾绳梁悬挂装置和控制装置位于罐笼箱底中心轴线上，在尾绳梁悬挂装置两侧各连接一个风力发电装置； 所述风力发电装置包括:风动部分、发电部分和储电部分；所述的风动部分包括:叶片、轮毂、锥齿轮轴、转子轴承、轴承架和固定板，叶片通过轮毂连接在锥齿轮轴上，锥齿轮轴和转子轴承架间隙配合，轴承架通过螺栓连接在固定板上，固定板铆接于罐笼底部； 所述的发电部分包括:低速锥齿轮轴、支承轴承、低速联轴器、齿轮箱、高速轴、高速联轴器、发电机、固定箱体，所述齿轮箱包括一对啮合齿轮，低速锥齿轮轴的齿轮与所述装置风力机部分的锥齿轮轴的齿轮啮合，低速锥齿轮轴通过低速联轴器与齿轮箱输入轴连接，齿轮箱输出轴通过高速联轴器与高速轴连接，高速轴通过高速联轴器与发电机的转子绕组输入轴连接； 所述的储电部分包括蓄电池，通过充电、供电接口与外部控制系统连接； 所述的控制装置包括:并联电能输入接口、输入电流采样电路、电流电压转换器、主控制器、MOS开关电路、第一蓄电池充电接口、第一蓄电池供电接口、第二蓄电池充电接口、第二蓄电池供电接口和供电输出接口 ；所述的并联电能输入接口为两风力发电机输出电能线并联后向蓄电池输入电能的接口 ；所述的输入电流采样电路输入端与蓄电池充电接口连接，输出端与电流电压转换器输入端连接，电流电压转换器输出端向主控制器传输信号，主控制器输出端与MOS开关电路的栅极连接，MOS开关电路(IA)设置于并联电能输入端与所述的第一蓄电池的充电接口之间，MOS开关电路(IB)设置于并联电能输入端与第二蓄电池的充电接口之间，MOS开关电路(OA)设置于第一蓄电池的供电接口与供电输出接口之间，MOS开关电路(OB)设置于的第二蓄电池的供电接口与供电输出接口之间，供电输出接口连接外部降压和升压设备为罐笼照明系统和电动罐帘门驱动电机供电。
2.根据权利要求1所述的一种罐笼能量供给系统，其特征是:所述的叶片旋转平面距罐笼箱底的距离为特征距离L，特征距离L的距离区间为[0.6m, 1.0m]。
3.—种权利要求1所述的罐笼能量供给系统的控制方法，其特征是:能量供给系统的控制方法如下: (一)当风力发电装置与控制系统处于第一蓄电池充电，第二蓄电池供电的工作状态时，MOS开关电路(IA)处于导通状态，MOS开关电路(IB)处于截止状态，同时MOS开关电路(OB)处于导通状态，MOS开关电路(OA)处于截止状态，反之，各MOS开关电路导通、截止状态相反； (二)电流采样电路输入端每隔设定值时间tl采样蓄电池A的充电电流，采样到的电流信号经过电流电压转换器转变成电压信号，传输给主控制器，主控制器进行分析判断，将电压信号与设定值U进行对比，设定值U为蓄电池饱和时电流值所对应的转换电压值； (三)若电压值小于设定值，蓄电池充电饱和，主控制器进入中断，并进行计时，向MOS开关电路发出信号，使MOS开关电路(OA)导通，使MOS开关电路(IB)导通，使MOS开关电路(IA)截止，同时开始计时，计时为某一设定值时间t2，目的是不至于由于MOS开关电路的导通和截止转换影响罐笼用电设备的正常工作，达到计时时间后，主控制器发出信号，使MOS开关电路(OB)截止。
【文档编号】B66B1/06GK104444644SQ201410529885
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月9日 优先权日:2014年10月9日
【发明者】周公博, 朱真才, 王朋辉, 张朋, 李伟, 曹国华 申请人:中国矿业大学