专利名称：一种矿井提升机恒减速安全制动系统及制动方法
技术领域：
本发明涉及矿井提升机安全制动控制技术领域，具体涉及一种矿井提升机恒减 速安全制动系统及其制动方法。
技术背景
矿井提升机是矿山开采的咽喉设备，承担着井上井下之间矿物、设备、材料和人员 输送的重要任务，其性能好坏对于矿山安全生产十分重要。而矿井提升机制动系统是关系 到提升机安全性能的关键部件。
安全制动是指提升机或提升绞车在运行过程中，为避免出现安全事故而采取的迅 速停车的制动行为。提升机的安全制动过程主要是由电液制动系统完成的，其中，电液制动 系统由盘形制动器、液压站、电控柜、检测反馈装置、液压管路及连接电缆组成。
目前，大部分矿井提升机仍采用恒力矩二级安全制动控制方式“简称二级制动”， 即安全制动时，将全部制动力矩以不同数值分两个制动阶段施加到提升机或提升绞车上， 并在第一级制动时保持制动力矩恒定直至停车；然后第二级制动时施加全部制动力矩的制 动方式，满足安全规程对最大制动力矩的要求，使提升系统安全地处于静止状态，即恒力矩 制动控制。二级制动解决了安全制动过程中制动减速度大小要求所需制动力矩和静止状 态时停车可靠性要求所需制动力矩不一致的矛盾，使之符合国家有关安全规程要求，以实 现提升系统安全可靠工作。由于第一级制动力矩，即值，一经调定后，将不再变动。为 了安全起见，一般按最大负荷、最恶劣工况，即全载下放工况来确定P—g值，即最大制动力 矩要求，这样在重载上提工况下也只能使用这个最大制动力矩去制动；由于此时重力负载 方向是帮助提升系统制动的，因此，与重载下放工况相比，重载上提工况下制动减速度变化 大，制动冲击大，制动过程不平稳，在提升系统载荷变化情况下也存在同样现象。尤其是对 于大型多绳提升设备，安全制动过程中很容易突破滑动极限，致使钢丝绳打滑，降低了设备 的安全性能和使用寿命，甚至造成重大安全事故。
目前，有进口矿井提升机采用恒减速电液制动控制系统，采用电液伺服阀对提升 机安全制动过程中的系统油压进行调节，但抗污染能力差、成本高、维护工作量大、可靠性 低。如果设备维护稍有疏忽，在安全制动过程中就可能发生重大安全事故
发明内容
本发明的目的是提供一种矿井提升机恒减速安全制动系统及制动方法，从而实现 紧急制动时，使制动减速度不随负荷、工况变化而变化，始终按预先设定的速度值进行制 动，提高矿井提升机制动的平稳性和安全性；且本制动系统具有高响应速度、高控制精度，可对制动减速度实施双向调节。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案本发明的矿井提升机恒减速安全制动系统，包括设置在卷筒制动盘上的盘形制动器、 液压站、电控装置和检测反馈装置；所述系统的液压站包括储能装置，至少包括一个将输入的电信号转换为相应液压流量 及改变液流方向的电液比例换向阀，还包括一个切换液压站正常工作工况与安全制动工况 的电磁换向阀；所述储能装置与电液比例换向阀、电磁换向阀液压管路连接，电磁换向阀出 口端液压管路连接至盘形制动器油缸；所述系统的检测反馈装置包括设置在卷筒上的测速传感器；所述测速传感器采集提升机减速度信号并输入电控装置，电控装置接收所述减速度信 号并与给定的速度值进行比较发出控制指令，所述控制指令经电信号处理，电液比例换向 阀将电信号控制指令转换为液压信号并输出按输入电信号控制指令变化的液压压力信号 控制盘形制动器形成速度闭环控制回路。
所述的矿井提升机恒减速安全制动系统，所述检测反馈装置还包括设置在电液比 例换向阀出口端与盘形制动器油缸之间液压管路上的压力传感器，所述压力传感器将采集 到的油压信号经电控装置处理后反馈至电液比例换向阀入口端，形成压力闭环控制回路。
所述的矿井提升机恒减速安全制动系统，所述液压站的电液比例换向阀的入口端 接储能装置，所述电液比例换向阀和电磁换向阀之间设旁路溢流阀；所述储能装置与液压 泵源通过单向阀相关连并获取压力油补充，所述单向阀允许流体朝向储能装置的方向流动 而不能反向流动；所述电磁换向阀经截止阀连至盘形制动器油缸。
所述的矿井提升机恒减速安全制动系统，输入电液比例换向阀的电信号控制指令 为正信号时，电液比例换向阀进油阀口开启、泄油阀口关闭，储能装置与电液比例换向阀的 进油阀口联通，液压油通过电液比例换向阀进油阀口进入盘形制动器油缸，进行开闸或减 小制动力矩的操作，所述电液比例换向阀进油阀口开启大小与输入的电信号控制指令大小 成比例。
所述的矿井提升机恒减速安全制动系统，输入电液比例换向阀的电信号控制指令 为负信号时，电液比例换向阀泄油阀口开启、进油阀口关闭，盘形制动器油缸与电液比例换 向阀泄油阀口联通、液压油通过电液比例换向阀泄油阀口流回油箱进行合闸或增加制动力 矩的操作，所述电液比例换向阀泄油阀口开启大小与输入的电信号控制指令大小成比例。
所述的矿井提升机恒减速安全制动系统，输入电液比例换向阀的电信号控制指令 为零时，电液比例换向阀阀芯在弹簧力的作用下自动处于中间位置，压力油源入口、通往盘 形制动器油缸的工作油口和泄油口处于关闭状态，制动系统处于停止调节工况。
为更好的实施本发明创造，所述电液比例换向阀具有阀芯位置反馈功能，在该阀 阀芯上装有位移传感器。通过阀芯位置的检测和信号闭环反馈控制，使电液比例换向阀的 输出参数与输入信号保持一致。且通过阀芯位置闭环反馈控制功能，使电液制动控制系统 成为高响应速度、高控制精度的高性能控制系统。
为更好的实施本发明创造，所述电液比例换向阀阀芯中位位置采用正遮盖的滑阀 结构，使制动系统处在非输出参数工作状态的阀芯中间位置时，既具有高响应速度和高控 制精度，又具有良好的封闭性能和抗污染能力。
本发明中的电液比例换向阀作为一种电液转换放大元件，当输入连续变化的电信 号控制指令时，自动输出随动变化的液压动力油流或压力信号。由于电液比例换向阀根据 输入控制信号的不同实施三种工作机能，即在安全制动过程中具有对制动减速度实施增加 制动力矩操作和减少制动力矩操作的双向调节功能，从而具备了实现恒值闭环控制的良好 条件。
本发明的矿井提升机恒减速安全制动系统的制动方法为制动系统根据矿井提升 机安全制动要求和提升系统需要设定给定速度值，电控装置将给定速度值和测速传感器实 际反馈的减速度信号进行比较后发出控制指令，控制指令经过放大、矫正方式处理后，再与 从压力传感器反馈的油压信号比较后发出电信号控制指令，通过电液比例换向阀转换为液 压信号，电液比例换向阀输出按输入控制指令指令变化的液压动力油流或压力信号控制盘 形制动器制动提升机的运动状态，实施矿井提升机的恒减速安全制动。
在实施安全制动时，本发明的制动系统可以实现在不同载荷、不同速度及不同工 况下，使提升系统按照给定的恒定速度进行制动。在检测反馈装置检测到实际减速度偏离 给定值的情况下，通过电液闭环制动控制系统的反馈调节和补偿作用，使其迅速减小偏差、 保持制动过程减速度恒定不变，达到恒减速制动的效果。
综上所述，由于采用如上所述的技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优越 性本发明避免了现有技术制动减速度变化大，制动冲击大，制动过程不平稳，制动安全可 靠性欠优的不足。提高了制动平稳性和安全可靠性，使系统达到较高的安全可靠性和技术 经济性。对提高矿山咽喉设备的安全可靠性，提高生产效率具有重要意义。
通过采用本发明的技术方案，使本发明的安全制动系统具有对制动减速度实施双 向调节功能，具备了实现恒值闭环控制的良好条件，具有高响应速度、高控制精度的制动性 能，并具有良好的抗污染能力。
图1是本发明双闭环控制回路的方框图； 图2是本发明液压回路原理图；图3是电液比例换向阀结构示意图；图中1 一卷筒；2 —制动盘；3 —盘形制动器；4 一截止阀；5 —电磁换向阀； 6 一溢流阀；7 —单向阀；8 —电液比例换向阀；9 一蓄能器；10 —截止阀；11一位移传 感器；12 —阀芯。
具体实施方式
本发明的矿井提升机恒减速安全制动系统，包括盘形制动器、液压站、电控装置和 检测反馈装置；检测反馈装置持续将检测到的提升机减速度信号反馈至电控装置，电控装 置将反馈信号与设定的信号比较后，发出控制指令至液压站的电液比例换向阀，电液比例 换向阀根据输入指令输出变化的液压动力油流或压力信号控制盘形制动器油缸动作。
结合图2所示，其中液压站的储能装置“本实施例选用蓄能器9”、电液比例换向阀 8和电磁换向阀5通过管路依次连接形成液压回路，所述电磁换向阀5通过截止阀4连至 盘形制动器3，具体连至盘形制动器的油缸；电液比例换向阀8和电磁换向阀5之间设旁路 溢流阀6 ；所述蓄能器9经单向阀7接至泵源，所述单向阀7允许流体朝向储能装置9的方 向流动而不能反向流动。其中电液比例换向阀8是电液转换放大元件，输入连续变化的电 信号控制指令，输出随动变化的液压动力油流；蓄能器9作为系统的备用油源，在安全制动 包括停电时为液压制动系统提供控制压力油；溢流阀6用来限制制动系统的预制动工作油 压；电磁换向阀5用以正常工作回路和安全制动回路的切换；单向阀7用来与油泵来的压 力油源进行单向导通和反向关闭；截止阀10是检修时用来给蓄能器泄油的；截止阀4是检 修时用来切断液压站与盘形制动器3之间油流的；盘形制动器3是作为整个系统的液压和 力转换装置，也是制动执行元件；盘形制动器3油缸的活塞杆机械连接制动盘2，制动盘在 盘形制动器3油缸的作用下与卷筒轮毂紧贴摩擦产生制动力。
结合图3所示，电液比例换向阀8选用三位四通阀，且在该阀阀芯上装有位移传感 器11，所述电液比例换向阀阀芯12中位位置采用正遮盖的滑阀结构，使制动系统处在非输 出参数工作状态的阀芯中间位置时，既具有高响应速度和高控制精度，又具有良好的封闭 性能和抗污染能力。
结合图1所示，设置在电液比例换向阀8出口端的压力传感器将采集到的油压信 号反馈至电液比例换向阀8入口端，形成压力闭环控制回路；设置在卷筒1上的速度传感器 将采集到的提升机减速度信号反馈至电控装置，电控装置将所述速度信号与给定的速度值 进行比较后发出控制指令，所述控制指令经电信号处理后，再与从压力传感器发出的油压 压力信号比较后发出电信号控制指令，电信号控制指令经放大、矫正等方式处理后，经电液 比例换向阀8转换为液压信号，电液比例换向阀8输出按输入电信号控制指令变化的液压 压力信号控制盘形制动器形成速度闭环控制回路。即电液比例换向阀输出按输入电信号控 制指令变化的液压压力信号即流量控制盘形制动器3油缸活塞杆输出的力，盘形制动器油 缸活塞杆输出的力与盘形制动器弹簧力进行抵消后的剩余力通过闸瓦及制动盘作用在制 动盘2间盘上，形成的制动力矩控制提升系统的运动状态按照输入电信号控制指令的变化 规律而制动减速，实施了对提升系统的控制，实现了矿井提升机的恒值闭环恒减速安全制 动。
本实施例的矿井提升机恒减速安全制动系统实施时，制动系统根据矿井提升机安 全制动要求和提升系统需要设定给定减速度值，电控装置将给定减速度值和实际反馈速度 信号进行比较后发出控制指令，控制指令经过放大、矫正等方式处理后，再与从压力传感器 发出的油压信号比较后发出电信号控制指令，通过电液比例换向阀转换为液压信号，电液 比例换向阀输出按输入控制指令指令变化的液压压力流量控制盘形制动器制动提升机的 运动状态，实施矿井提升机的恒减速安全制动。
电液比例换向阀8有三种工作机能在输入电信号指令为零时，液压阀芯12在弹 簧力的作用下自动处于中间位置，使压力油源入口、通往制动器的工作油口和泄油口处于 关闭状态，制动系统处于停止调节工况；在输入电信号指令为正(或为负)信号时，电液比例 换向阀8进油阀口开启、泄油阀口关闭，来自蓄能器的具有压力能的液压油通过该进油阀 口进入盘形制动器3油缸进行开闸或减小制动力矩的操作，其阀口开启大小即减小制动力矩操作的程度大小与输入的电信号指令大小成比例；在输入电信号指令为负(或为正)信号 时，电液比例换向阀8泄油阀口开启、进油阀口关闭，盘形制动器3油缸内的液压油在制动 弹簧作用下通过该阀泄油阀口流回油箱进行合闸或增加制动力矩的操作，其阀口开启大小 即增加制动力矩操作的程度大小与输入的电信号指令大小成比例。由于该电液比例换向阀 组成的电液控制回路具有上述三种控制功能，所以本发明在安全制动过程中具有对制动减 速度实施增加制动力矩操作和减少制动力矩的双向调节功能，从而具备了实现恒值闭环控 制的良好条件。
需说明的是，本实施例中对输入电信号控制指令的负信号、正信号的定义是相对 的。
本发明未详尽叙述部分为现有技术。
权利要求
1.一种矿井提升机恒减速安全制动系统，包括设置在卷筒制动盘上的盘形制动器、液 压站、电控装置和检测反馈装置；其特征是所述系统的液压站包括储能装置(9)，至少包括一个将输入的电信号转换为相应液压 流量及改变液流方向的电液比例换向阀(8)，还包括一个切换液压站正常工作工况与安全 制动工况的电磁换向阀(5)；所述储能装置(9)与电液比例换向阀(8)、电磁换向阀(5)液 压管路连接，电磁换向阀(5)出口端液压管路连接至盘形制动器C3)油缸；所述系统的检测反馈装置包括设置在卷筒(1)上的测速传感器；所述测速传感器采集提升机减速度信号并输入电控装置，电控装置接收所述减速度信 号并与给定的速度值进行比较发出控制指令，所述控制指令经电信号处理，电液比例换向 阀(8)将电信号控制指令转换为液压信号并输出按输入电信号控制指令变化的液压压力 信号控制盘形制动器( 形成速度闭环控制回路。
2.根据权利要求1所述的矿井提升机恒减速安全制动系统，其特征是所述检测反馈 装置还包括设置在电液比例换向阀(8)出口端与盘形制动器(3)油缸之间液压管路上的压 力传感器，所述压力传感器将采集到的油压信号经电控装置处理后反馈至电液比例换向阀 (8)入口端，形成压力闭环控制回路。
3.根据权利要求1所述的矿井提升机恒减速安全制动系统，其特征是所述液压站的 电液比例换向阀⑶的入口端接储能装置(9)，所述电液比例换向阀⑶和电磁换向阀(5) 之间设旁路溢流阀(6)；所述储能装置(9)与液压泵源通过单向阀(7)相关连并获取压力 油补充，所述单向阀(7)允许流体朝向储能装置(9)的方向流动而不能反向流动；所述电磁 换向阀(8)经截止阀(4)连至盘形制动器( 油缸。
4.根据权利要求1、2或3所述的矿井提升机恒减速安全制动系统，其特征是输入电 液比例换向阀(8)的电信号控制指令为正信号时，电液比例换向阀进油阀口开启、泄油阀 口关闭，储能装置(9)与电液比例换向阀⑶的进油阀口联通，液压油通过电液比例换向阀 进油阀口进入盘形制动器C3)油缸，进行开闸或减小制动力矩的操作，所述电液比例换向 阀进油阀口开启大小与输入的电信号控制指令大小成比例。
5.根据权利要求1、2或3所述的矿井提升机恒减速安全制动系统，其特征是输入电 液比例换向阀(8)的电信号控制指令为负信号时，电液比例换向阀泄油阀口开启、进油阀 口关闭，盘形制动器(3)油缸与电液比例换向阀(8)泄油阀口联通、液压油通过电液比例换 向阀泄油阀口流回油箱进行合闸或增加制动力矩的操作，所述电液比例换向阀泄油阀口开 启大小与输入的电信号控制指令大小成比例。
6.根据权利要求1、2或3所述的矿井提升机恒减速安全制动系统，其特征是输入电 液比例换向阀(8)的电信号控制指令为零时，电液比例换向阀阀芯在弹簧力的作用下自动 处于中间位置，压力油源入口、通往盘形制动器油缸的工作油口和泄油口处于关闭状态，制 动系统处于停止调节工况。
7.根据权利要求1或3所述的矿井提升机恒减速安全制动系统，其特征是所述电液 比例换向阀(8)具有阀芯位置反馈功能，在该阀阀芯(12)上装有位移传感器。
8.根据权利要求1或3所述的矿井提升机恒减速安全制动系统，其特征是所述电液 比例换向阀(8)阀芯中位位置采用正遮盖的滑阀结构。
9.根据权利要求1或2所述的矿井提升机恒减速安全制动系统，制动实施时，其特征是制动系统根据矿井提升机安全制动要求和提升系统需要设定给定速度值，电控装置将 给定速度值和测速传感器实际反馈的减速度信号进行比较后发出控制指令，控制指令经过 放大、矫正方式处理后，再与从压力传感器反馈的油压信号比较后发出电信号控制指令，通 过电液比例换向阀转换为液压信号，电液比例换向阀输出按输入控制指令指令变化的液压 动力油流或压力信号控制盘形制动器制动提升机的运动状态，实施矿井提升机的恒减速安 全制动。
全文摘要
本发明公开的一种矿井提升机恒减速安全制动系统及其制动方法，涉及矿井提升机安全制动控制技术领域,，所述系统包括设置在卷筒制动盘上的盘形制动器、液压站、电控装置和检测反馈装置；设置在卷筒上的测速传感器采集提升机减速度信号并输入电控装置，电控装置接收此信号并与给定的速度值进行比较发出控制指令，控制指令经电信号处理后，再与从设置在电液比例换向阀出口端与盘形制动器油缸之间液压管路上的压力传感器反馈的油压信号比较后发出电信号控制指令，液压站的电液比例换向阀输出按输入控制指令指令变化的液压压力信号控制盘形制动器制动提升机的运动状态，实施矿井提升机的恒减速安全制动。
文档编号F15B13/044GK102030280SQ20101053423
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月8日 优先权日2010年11月8日
发明者刘大华, 吕翔, 姜海涛, 孙富强, 张伟, 张凤林, 张步斌, 朱峰, 王继生, 程爱学, 赵宝法 申请人:中信重工机械股份有限公司, 洛阳中重自动化工程有限责任公司