液压调速技术在煤矿架空乘人装置中的应用

彭钰峰，肖连平

（湖南湘潭市恒欣实业有限公司，湖南 湘潭 411300）

1 煤矿架空乘人装置概况

随着煤矿架空乘人装置（猴车）的应用发展，传统的机械驱动式（第一代猴车）已凸显其难于无级调速、启动或停车时速度冲击较大、不能空载启动等问题，而将变频调速用于煤矿架空乘人装置上，则又面临着防爆式变频驱动性能不稳定、电网冲击、信号干扰等问题。当前不调速机械猴车在正常运行中只有一个速度值，而用变频器调速则对电网冲击严重、信号干扰较大、故障率高等缺点。在讨论分析以上实际问题后，结合“猴车”的工作特点及其现场使用工况，恒欣实业有限公司联合中南大学共同研发了“液压调速技术”，解决了以上难题，实现了煤矿架空乘人装置的无级调速、空载启动等功能。

2 液压调速方案概述

目前，液压调速方案主要有三种：

1）油门调速：以内燃机为动力源的液压系统，通过控制内燃机油门的大小，改变发动机转速，进而实现液压油泵输出流量的变化。调速范围主要受发动机最低转速的限制，而且煤矿井下必须采用防爆内燃机，成本较高；若将驱动液压站安装在某一个位置后，无需移动。综合以上因素，采用内燃机为动力源的调速的方式不是最佳方案。

2）变频调速：通过变频器改变电机转速达到改变定量泵的输出流量。这种方案与机械驱动式猴车通过变频器调速如出一辙，而且成本高于机械猴车使用变频器调速成本；还有面临变频器信号干扰大、对电网冲击严重、故障率高等缺点。

3）液压调速：主要有节流调速、容积调速、容积-节流联合调速。液压调速主要用于以固定频率为电源的的设备。一般情况下，煤矿架空乘人装置要求无级调速，但达到设备速度设定值后可保持恒定速度运行。经反复论证和试验调试，最终采用电比例阀调节变量泵的调速：特点是得到恒功率或恒转矩调速特性，速度刚性较节流调速高，变量泵排量可调得较小，调速范围较大。电比例阀调速可用比例放大器控制比例阀在短时间内调整因负载增大或减少的速度差，让乘坐人员丝毫不会感觉到速度的突增或突减，加强了设备运行的稳定性和人员乘坐的舒适性。通过试验结果分析和用户的安全运行证明，“电比例阀调节变量泵的方式”用在煤矿架空乘人装置上是可取的成功的。

3 液压调速技术开发

1）液压调速的基本原理：在马达与减速机当量排量一定的情况下，依靠电比例阀调节油压力，控制液压泵或液压马达的输出或流量，实现煤矿架空乘人装置的无级调速目的。调速过程见图1。

图1 液压调速系统的控制简图

由于液压调速系统中配套零件性能和电气控制原件的要求较高，因此我们采用了世界知名品牌的液压元件，保证了整个液压调速系统的安全性与稳定性。针对煤矿井下环境和防爆要求，在电磁阀、压力传感器等电气元件的选用上，采用了防爆或本安型产品，研发和调试中达到了现场工况的使用要求。

2）液压调速系统配套电控：由专业的电控系统开发团队组织攻关，采用可编程控制器（PLC）代替继电器控制，采用CAN总线通讯对液压驱动系统进行控制，通过输入输出接口建立与液压调速系统的联系，实现对架空乘人装置的自动监测分析和自动化控制。PLC用在液压调速上主要是因其控制功能较多、控制精度较高、运算速度较快、且有数据处理能力等优点，也使液压调速系统对速度控制、动作控制、安全控制等都能达到要求。我们的研发成果能满足整个调速系统的特定要求和动作控制；能使液压调速与电气控制完美配套，大大提高生产效率和自动化程度；既减少了系统故障，也确保了调速系统及整个设备的安全稳定。由于电气检测系统将检测的速度值反馈给PLC控制系统，自动提供比例放大器电流大小，调节比例阀以稳定速度；可以确保架空乘人装置无级调速的安全可靠，不仅使其工作平稳、准确，更有利于改善工人的劳动环境，降噪增效、节约能源，也提高了液压系统的性能，延长了液压器件的使用寿命，进而提高了生产效率和自动化程度。

3）安全保护方面：不管从液压调速系统的油压控制，还是与之配套的电气控制，都有多重保护。①调速系统保护，通过调定安全保护阀限定最高压力，防止压力过高引起过速飞车；整个控制阀组有PLC程序控制系统和手动控制系统各一套，当程控控制系统出现故障时，可以及时开启手动控制系统保证设备正常运行，尽量减少设备故障所引起的损失，提高用户的生产效率。两套控制系统，也使我们可在现场调试过程中的数据对比，达到最佳运行状况；当架空乘人装置出现故障时，也便于分析故障原因、从而解决问题。②电控系统保护，当压力超过设定值时，电控系统自动断电保护停车；当阀组故障引起速度过快或过慢时，电控系统也有自动控制设备保护停机。安全保护简图，见图2。

图2 安全保护简图

4 液压调速式架空乘人装置的使用效果

能够实现电机空载启动，既可减少对电网的冲击，也提高了电机和电气元件的使用寿命。能够无级调速、调速范围较大，可在设计速度范围内设置任一速度值运行。当用户维护时，可设置低速运行，检查钢丝绳部件；用户可在使用初期低速运行，让人员熟悉上下车工况，待适应后按设计速度运行；既减少了检修的劳动强度、提高了生产效率，同时也增加了乘坐架空乘人装置的安全性。能够软启动、软停车，增加了人员乘坐的安全性和舒适性。故障率低、维护简单、性价比高。液压调速系统配套的液压驱动装置的安装条件要求不高，安全性能高于机械驱动装置。

[1]国家安全生产监督管理总局.煤矿用架空乘人装置安全检验规范[S].北京：煤炭工业出版社，2007.

[2]张利平.液压传动系统设计与使用[M].北京:化学工业出版社,2010.

[3]张利平.液压阀原理、使用与维护[M].北京：化学工业出版社,2009.