具有冗余回油回路的提升机液压制动系统设计

2021-06-29朱秀军

机械管理开发 2021年5期

朱秀军

（西山煤电镇城底矿运输科排矸队，山西古交 030203）

引言

矿井提升机是煤矿辅助运输设备，联系着井下与地面的物料、采煤设备、矿车、人员等，矿井提升机制动系统是其安全工作的核心部分。2016年发布的新版《煤矿安全规程》中规定[1-2]，提升机液压制动系统的回油通道必须具有冗余设计，以提高提升机的安全性和可靠性。随着新规定的实施，我国煤矿开始逐步对液压站回油通道进行改造，使之满足规定。因此，结合提升机制动液压系统冗余改造的实际经验，设计了一种基于并联电磁阀的冗余性液压制动系统，该系统具有两套独立的互为备用的自动回油通路，并增加了紧急情况下手动控制回路，采用传统的恒力矩制动方式，分两步实现手动安全制动。

1 液压制动系统

1.1 功能作用

矿井提升机液压制动系统由是由制动器、液压站和电控系统构成的机电液综合体，制动器是给滚筒施加制动力矩的执行机构，液压站是给制动器提供油压的动力装置，电控系统是控制液压管路通断的控制元件。液压站是制动器和电控系统的纽带，是制动系统的重要组成部分。液压站的作用贯穿于提升机正常开车、工作制动和安全制动过程中：正常开车时，液压站向制动器内油缸供油完成开闸动作；工作制动时，液压站将制动器油缸的油回入油箱完成合闸动作；在提升机发生掉电、油压过高等故障时，液压制动系统具有安全制动功能，为系统提供最后安全屏障，安全回路掉电后，提升机启动一级制动或二级制动，一级制动是罐笼在井口到达规定减速度后液压站施加全部制动力矩，二级制动是罐笼在井内达到规定减速度后液压站施加全部制动力矩。

1.2 结构组成

液压站由能源装置、执行元件、控制元件、辅助元件和工作介质组成。液压站的能源装置指的是泵类元件，泵在电机的带动下工作，在供油和回油过程中将机械能转化为液压能，为液压站提供动力能源。液压站的执行元件指的是盘式制动器，在液压缸内冲压和泄压过程中将液压能转换为开闸和合闸的机械能。液压站的控制元件指的是控制液压油方向、压力和流量的各类阀，减压阀和溢流阀可控制油压，单向阀和换向阀可控制油方向，节流阀可控制液压油流量。液压站的辅助元件指的是过滤器、温度计和油箱等。液压站的工作介质指的是液压油，性能优良的液压油对提高液压站的性能具有重要意义。

2 回路设计

制动液压系统总回路如下页图1所示[4]，总体上分为一个手动控制回路和两个自动控制回路，主副两个自动控制回路的结构和功能相同，主回路在正常工作时运行，主回路检修时投用副回路，保证煤炭开采作业不受影响。当自动回路失效时，司机可通过三位四通手动换向阀启动手动回路，实现安全制动。自动控制回路可实现正常开车、工作制动和两级安全制动，手动控制回路只能完成两级安全制动。

图1 制动液压系统总回路

3 工作原理

3.1 正常开闸

电机启动后，带动恒压变量泵转动，从而将液压油压入管路，比例溢流阀的电压增大到最大工作电压，液压油分为两路，电磁阀G4得电后，液压油进入B管，G33和G3并联得电后，液压油进入A管路。盘式制动器的油缸充油后开闸，完成正常开闸动作。在正常开闸同时，蓄能器完成充压，蓄能器的预调压力通过氮气调节，电磁阀G4得电后将油压入蓄能器，直到压力等于预调压力。正常开闸回路的设计重点在安全性和可靠性，例如溢流阀可保护制动液压系统不受高压损害，在元件选型方面，选用的恒压变量轴向柱塞泵和阿托斯比例溢流阀可靠性较强[5-6]。

3.2 工作制动

电机启动后，带动恒压变量泵转动，从而将液压油压入管路，比例溢流阀的电压从最大工作电压降为零，电磁阀G4和G33、G3得电开通，盘式制动器油缸内的油分为两路向油箱回油，此过程中，除比例溢流阀的电压不同，系统内其他元件状态均与正常开闸时相同。

3.3 安全制动

工作制动分为井口一级制动和井内二级制动。

井口一级制动的工作原理：电机失电后，恒压变量泵失去动力，比例溢流阀的控制电压为零，所有电磁阀失电，A管和B管液压油分别经过G33、G3和G5、G55回油，盘式制动器的油压降为零后合闸，井口一级制动完成。安全制动的安全性和可靠性由设计的冗余回路保证，4个电磁阀两两并联形成两个独立的回油通路，如某个电磁阀故障后仍能回油合闸。

井内二级制动的工作原理：电机失电后，恒压变量泵失去动力，比例溢流阀的控制电压为零，首先断电的电磁阀是G3、G33、G4，A管油压经过此回油管路回到油箱，此时电磁阀G5、G55不断电，溢流阀两端存在电压差，溢流后B管的油压降为一级制动油压，蓄能器补油，经过时间一定时间后，电磁阀G5、G55才断电，B管油压经过电磁阀G5、G55回到油箱。通过A、B两管前后分级回油，提升机的制动力矩分为两个阶段，第一阶段施加部分制动力矩，第二阶段施加全部制动力矩[7]。