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1、矿井提升机plc控制系统设计摘要矿井提升机制动系统，是矿井提升系统的安全保障环节，对矿井提升生产效率和工作性能都有着重要意义。矿井提升机制动系统由液压站和制动器两部分组成，其制动性能直接影响到提升系统的稳定性与安全性。矿井提升机制动系统的可靠性和准确性是矿井提升和安全运行的重要保证。目前，提升机制动系统多采用盘式制动器，盘式制动器的制动力由液压泵站提供。本文对提升机制动系统中液压站和制动器的结构组成及工作原理进行了简单的介绍，同时对相关参数进行计算，总结了提升机制动系统制动性能的评判要求，以及影响制动性能的主要因素。为了保证液压泵站的安全运行，便于操作人员掌握工作状况，本文设计了提升机制动控制
2、系统。关键词：盘式制动器；液压站；安全I目录1.引言11.1研究背景及意义11.2国内外研究现状22.矿井提升机制动系统32.1提升机液压系统的组成与工作原理32.1.1液压系统的组成32.1.2液压系统工作原理42.1.3液压系统重要参数52.2提升机盘式制动器的结构与工作原理62.2.1盘式制动器的结构62.2.2盘式制动器工作原理72.3制动性能及其影响因素72.3.1制动性能72.3.2影响制动性能的因素92.4系统硬件部分102.5系统软件部分113.结语12参考文献14致谢16II1.引言1.1研究背景及意义在煤矿企业生产过程中矿井提升机是十分关键及重要的设备之一，其主要功能是提升
3、矿物以及升降人员，担负着采矿生产活动正常运行的重要任务，占有极其重要的地位。提升机在运行时的安全性及可靠性是由其制动性能的优劣决定的。在工作运行过程中矿井提升设备遇到故障，而没有采取有效地紧急制动措施，这种情况将导致的后果不仅是提升机设备自身损坏，而且极大的可能会造成人员伤亡的严重事故。根据以往提升机出现故障事故的不完全统计结果分析，60%以上的提升故障都是由于制动系统出现问题而造成的。国内煤矿到目前为止因为提升机制动系统故障而造成严重事件的例子有相城煤矿中的主斜井提升机就是由于制动系统在紧急制动过程中产生的制动力矩过大，断绳事件多次出现；而石台煤矿主井的提升机上由于没有及时保养清理，其制动盘
4、出现过多的油污，导致在紧急制动过程中产生的制动力矩过小，在工作运行中致使重载箕斗坠入井底，导致了生产不能正常进行及巨大的经济损失。现在矿井提升机完成制动作用，主要是靠液压站及制动器两部分共同作用完成的。液压站与制动器的完美配合，及时有效地完成提升机制动系统正常的工作制动、紧急制动和调绳的功能。提升机制动系统制动性能的优劣直接影响提升机运行时的稳定性和可靠性。在紧急制动过程中，若盘式制动器产生的制动力矩超标，紧急时的减速度超过规定的自然减速度，提升系统中的钢丝绳将会发生松绳现象，这种情况会引起冲击断绳及跑车的严重事故；相反使制动力矩过小，在限定的距离中不能使提升系统停止运行，这样会导致提升机的过
5、卷过放的严重事故。影响矿井提升机制动性能的因素有很多，如制动盘的碟形弹簧刚度，闸瓦间隙，油压，温度变化，工作腔残压，闸瓦摩擦系数，制动盘偏摆度等，在紧急制动过程中制动引起的抖动同样是需要解决的制动振动和噪声中的一个问题，如果处理不好将会导致重大的质量问题。因此，为保证提升设备能够安全可靠地运行工作，除了在对现场实际工作运行状态的动态监测外，最重要的是在于优化设计时使其制动系统能够进行及时精密有效地控制，当遇到紧急情况时候，可以依赖于优秀的制动性能进行减速停车，使事故发生的情况减少，更好的情况就是避免发生事故，以保证煤矿生产的安全性。根据相关研究得出，与提升机制动性能相关的因素很多而且复杂，并且
6、有可能在不同的工况下产生一定的变化，因此在深入理解并分析提升机制动系统工作原理的基础上，对影响制动性能的重要参数进行分析，建立制动系统的数学模型并利用软件完成动力学仿真分析，为完善制动系统制动性能提供优化方法与依据。因此，开展对提升机制动系统动态特性仿真分析及试验研究，可及时检查出机构设计的合理性，并进行完善，防患于未然。1.2国内外研究现状矿井提升机的盘式制动器在国外获得了良好的发展，液压盘式制动器的泄漏情况改善很多，同时改良了制作闸瓦的材料，获得更好的摩擦系数以及在高温情况下的耐磨性能高，因此在矿井提升机中通常都是使用液压盘式制动器，在紧急制动控制方式上，对其进行安全制动时通常采用分级制动
7、，一般使用二级制动，为了到达更好的制动性能，甚至采用三级制动的方式，这样提高了矿井提升机制动性能，达到了提升货物和升降员工的使用要求。同时，国外的提升机制造公司在新的提升机设计制造中不断更新采用各种高新技术来提高提升机的整机性能以及安全性能。运用的新技术有：采用电动机拖动与控制的技术准确性更高，更加有效，提高的提升设备的自动化水平，甚至不需要安排专门的值班员工在司机岗位；采用的液压盘式制动器性能更好并更新应用了恒压减速制动的液压系统控制方式，提升机运行的平稳性和停车的精准性得以提高；运用功能齐全的矿井提升机运行工况在线监测系统，通过在线监测提升机运行参数，不仅可以在超量时及时地进行报警，而且还
8、可以进行自动调节排除故障等。矿井提升机生产企业在研制一种新提升机或者优化现存的提升机时，总是首先考虑提升机运行的安全性以及保证制动系统的可靠性要高。提升机制动系统的制动性能是采矿企业安全及稳定生产的关键保证，主要体现在一下两点：一是制动性能本身可靠性要高，发生故障机会非常低；二是当提升机制动系统发生错误后应该能够依据错误的性质及时采取一定措施进行相应的保护，而且能够将故障的详细内容进行保存并在计算机上显示出来，方便用户迅速准确地排除故障恢复生产。因此为确保其安全可靠地运行，除了在对实际运行状态的动态监测外，关键在于设计与计算时合理地选择运行状态参数，以及在结构、材质等系统设计上应有较高的可靠性
9、。矿井提升机的制动系统制动性能的研究，直接关系到提升机的安全运行。国内对于这类研究相对较少，近几年才有一些科研人员运用虚拟样机技术和动力学仿真技术对提升机制动系统进行了研究。对于矿井提升机，虽然进行了机械和液压系统的联合仿真，但是仅仅分析制动油压、闸瓦间隙和制动力之间的关系，分析的因素比较局限；将液压系统与机械系统进行耦合仿真，分析了制动油压、闸瓦摩擦系数对制动性能的影响，影响制动性能因素的分析比较单一；对制动盘温度仿真分析，得出温度分布规律和温度随时间的变化关系，未深入分析影响温度分布的因素。综上所述，影响矿井提升机制动性能的因数有很多，如制动盘的碟形弹簧刚度、闸瓦间隙、使用环境温度变化、工
10、作腔残压、闸瓦摩擦系数、制动盘偏摆度等。在紧急制动过程中出现的制动引起的抖动同样是影响制动性能的因素，如果不减小抖动问题会导致制动性能不能满足要求。对于影响提升机制动性能各因素的分析，国内外的研究大都是针对某一个参数进行比较单一的仿真分析，没有系统而全面的整体分析，特别是针对不同的工况下参数对制动性能影响的分析更是少。为了解决矿井提升机在工作过程中出现的问题，特别是液压系统的参数对矿井提升机制动系统的影响，这需要对制动过程中影响制动性能的各参数进行分析，并建立相关数学模型并进行动力学仿真。2.矿井提升机制动系统在矿井提升机制动系统中，由液压站和制动器两部分组成，由液压系统产生压力控制盘式制动器
11、，完成提升机的制动过程，因此液压站和制动器的可靠性能都对制动系统的安全性具有决定性作用。进一步了解制动系统中液压系统和盘式制动器的工作原理有助于深入了解分析影响制动系统制动性能的因素。2.1提升机液压系统的组成与工作原理2.1.1液压系统的组成（1）油源部分：液压系统中的两套独立工作的油源均是由粗、精过滤器、叶片泵、电机、调压装置及管件等组成，调压装置由电液比例溢流阀8和溢流阀7组成。为系统提供P=0.56.3MPa，Q=14Lmin-1的可调压力油源，一用一备。（2）集油路装置：集油路装置由两个相同的二位三通型电磁换向阀10、11，两个相同的二位二通型电磁换向阀8、9，弹簧蓄能器13和二级制
12、动溢流阀11等组成，为制动系统的A、B管油路提供压力油，紧急电延时二级制动等功能。即TH118C（2JK矿井提升机）型液压站。该装置上加装一个油路块及二位三通电磁阀14、单向阀、截止阀，即可为系统提供调绳油缸的离合功能，满足2JTP矿井提升绞车的调绳功能。（3）出油过滤装置：该装置由精过滤器及管件等组成。2.1.2液压系统工作原理（1）系统正常工作状态：根据电控系统原理图将相应的电线接好后，启动与油泵相连的电动机，从油泵输出的液压油经过直动型电磁比例溢流阀7流回油箱，当接通两个二位三通电磁换向阀，同时修改电磁比例阀7的输入电流信号时，系统中的油压值就会跟随电磁比例阀的信号输入的改变而变化，A、
13、B管油压将在P=0.56.3MPa间呈线性变化。进而将盘式制动器产生正压力的改变，油压值越低，制动正压力越大。在提升机正常工作的情况下，液压系统中除了以上元件进行工作以外，其余的液压元件均不会有动作。（2）系统紧急制动状态：当在设备运行过程中需要实施紧急制动时，提升机的制动系统进入紧急制动过程。液压系统中的电动机3、电磁换向阀10、11，直动型电磁比例溢流阀7均变为断电状态。此时，与A管路相连的固定卷筒制动油缸中的油液经过阀11直接返回到油箱，与B管相连的游动卷筒制动器中的液压油则经过阀10被接入二级制动控制油路中，整个系统中的油压大小由溢流阀调节。二位二通电磁换向阀9在阀10、11断电的同时
14、进入通电状态，使B管路中的油压从最大工作油压下降到溢流阀15调定的压力值P2，经过延时几秒后（按实际工作条件计算出一个调定值），阀9进入通电状态的同时阀8进入断电状态，而此时盘式制动器中的压力油返回油箱，油压从P2直接下降为0。在弹簧蓄能器中保存的压力油及时地补充了各个阀件的泄漏损失，使B管路中油压P2值在延时过程中保持不变。完成整个紧急制动过程。（3）手动紧急回油装置为提升机的安全保护装置，当提升机紧急制动失效后，扳动手动紧急制动中手动换向阀S（H-4WMM6E50）的手柄，使制动器油缸的油迅速泄油，以达到紧急制动。2.1.3液压系统重要参数（1）最大松闸油压值的计算根据实际的静张力差计算相
15、对应的最大油压值。1.竖井提升的最大油压值的计算：PmaxPX+PfPX=2.57KFc/AnPf=1.65MPaPmax=2.75KFc/An+Pf式中：Fc实际最大静张力差，N；A制动器活塞有效面积，mm2；n制动器总个数；K制动器力矩计算系数K=3.25cc=(Fcm)10-1=(FcgG )10-1式中：G整个提升系统的变位重量，kg当0c1时，K=3.25c；当1c时，K =3.252.斜井提升时最大油压值得计算：Pmax 2.57K1KFcAn +1.56式中：K1斜井倾角影响系数斜井倾角影响系数Tab.2-1 Inclined angle of influence coefficient斜井倾角 30 25 20 20K1 1 0.89 0.8 0.65（2）二级制动油压值P2的确定1.竖井重物下放时：P2=2PX-(7.8G +5.1Fc)An2.斜井重物提升时：双钩提升时：P2=2PX-51.4(m1a+0.1Fd)An式中：m1不包括提升侧的系统终端负荷变位质量，kgs2m。Fd为下放侧的静张力，N；a在倾角a上的自然减速度 a=3m/s2 a17g(sina+fcosa) a17,f=0.015单钩重物提升
