礦井提升機(jī)盤式制動(dòng)器智能監(jiān)測(cè)冗余液壓制動(dòng)系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

1 立項(xiàng)背景

針對(duì)目前多數(shù)礦井提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)器僅能監(jiān)測(cè)碟簧力，而不能診斷制動(dòng)正壓力的大小、手拉葫蘆測(cè)量制動(dòng)力矩誤差大、雖然滿足并聯(lián)冗余的回油通道但還有通道用并聯(lián)達(dá)不到冗余、手動(dòng)制動(dòng)無二級(jí)制動(dòng)功能等問題，進(jìn)行了礦井提升機(jī)盤式制動(dòng)器智能監(jiān)測(cè)冗余液壓制動(dòng)系統(tǒng)的研發(fā)。

本項(xiàng)目主要技術(shù)內(nèi)容：

（1）研制了智能監(jiān)測(cè)制動(dòng)正壓力的制動(dòng)器，避免了以監(jiān)測(cè)碟簧力代替制動(dòng)正壓力帶來的安全隱患；研制了漸開線型制動(dòng)力矩測(cè)量裝置，修正了傳統(tǒng)測(cè)量制動(dòng)力矩方法在原理上存在的誤差，實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)力矩的在線監(jiān)測(cè)；

（2）研制了所有通道都冗余的二級(jí)制動(dòng)液壓站，采用并聯(lián)導(dǎo)通回油、串聯(lián)阻斷保壓實(shí)現(xiàn)冗余，研制了手動(dòng)機(jī)械延時(shí)二級(jí)制動(dòng)裝置，在安全制動(dòng)失效時(shí)完成應(yīng)急保護(hù)；

（3）研發(fā)了監(jiān)測(cè)顯示裝置，其采用工業(yè)級(jí)電阻式觸摸屏與采集裝置進(jìn)行數(shù)字通信，無傳輸損耗，布線簡(jiǎn)潔。主控器采用ARM專用電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，具備子模塊自診斷、參數(shù)可配置等功能。

2 研究?jī)?nèi)容

2.1 研制智能制動(dòng)器

研制的智能制動(dòng)器動(dòng)作原理和現(xiàn)場(chǎng)安裝如圖1所示，合閘制動(dòng)時(shí)，貼有應(yīng)變片的圓柱制動(dòng)正壓力傳感器與閘瓦是一個(gè)構(gòu)件，圓柱右邊受到閘盤施加閘瓦制動(dòng)正壓力N，左邊受到多種力的合力F1，N=-F1，圓柱制動(dòng)正壓力傳感器監(jiān)測(cè)閘瓦施加到閘盤制動(dòng)正壓力N，制動(dòng)時(shí)，合力F1=F2-f1-f2-f3-f4-F3，油壓力F3等于殘壓或零，F(xiàn)2是碟簧力，f1、f2、f3、f4是摩擦力，[N]是許用制動(dòng)正壓力，根據(jù)N智能診斷和控制：制動(dòng)狀態(tài)，N≥[N]，允許下次開車；N＜[N]，閉鎖下次開車。敞閘開車前，N=0，允許當(dāng)次開車；N＞0，閉鎖當(dāng)次次開車。開車運(yùn)行中，診斷N＞0，實(shí)施安全制動(dòng)。智能制動(dòng)器能在制動(dòng)、敞閘開車前、開車運(yùn)行中都監(jiān)測(cè)制動(dòng)正壓力，給出智能診斷和控制。

圖1智能制動(dòng)器

2.2 研制了制動(dòng)系統(tǒng)監(jiān)控裝置

監(jiān)測(cè)控制裝置如圖2，采用12.1寸TFT工業(yè)級(jí)電阻式觸摸顯示屏作為人機(jī)接口主機(jī)，代替受病毒、干擾、底層硬件、軟件驅(qū)動(dòng)等影響的工控機(jī)，整體采用ARM專用電路板卡設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；主機(jī)采用WIFI無線通信的方式，免除繁瑣布線，獨(dú)立的安裝接口，可安裝在車房任意位置；具備子模塊自診斷功能，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控。

圖2制動(dòng)系統(tǒng)監(jiān)控

2.3 研制了自診斷安全制動(dòng)通道全冗余恒力矩液壓站

研制的通道全冗余恒力矩液壓站如圖3所示，創(chuàng)新點(diǎn)是：通道要導(dǎo)通用兩個(gè)閥并聯(lián)連接實(shí)現(xiàn)并聯(lián)冗余導(dǎo)通，并聯(lián)的閥G3、G7和G5、G6；通道要截?cái)嘤脙蓚€(gè)閥串聯(lián)連接實(shí)現(xiàn)串聯(lián)冗余截?cái)啵?lián)的兩個(gè)閥G4、G9，即使故障閥G9導(dǎo)通，好的閥G4仍阻斷；還可以采用兩個(gè)閥G4和G9串聯(lián)后與閥G8并聯(lián)冗余導(dǎo)通，即混聯(lián)導(dǎo)通，混聯(lián)優(yōu)于并聯(lián)導(dǎo)通的理由是：若閥G4和G8都出現(xiàn)故障，B組閘的壓力油經(jīng)閥G4右位和閥9左位與溢流閥3導(dǎo)通。

圖3自診斷通道全冗余液壓站

3 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）研制了智能監(jiān)測(cè)制動(dòng)正壓力的制動(dòng)器，避免了以監(jiān)測(cè)碟簧力代替制動(dòng)正壓力帶來的安全隱患；研制了漸開線型制動(dòng)力矩測(cè)量裝置，修正了傳統(tǒng)測(cè)量制動(dòng)力矩方法在原理上存在的誤差，實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)力矩的在線監(jiān)測(cè)；

（2）研制了所有通道都冗余的二級(jí)制動(dòng)液壓站，采用并聯(lián)導(dǎo)通回油、串聯(lián)阻斷保壓實(shí)現(xiàn)冗余，研制了手動(dòng)機(jī)械延時(shí)二級(jí)制動(dòng)裝置，在安全制動(dòng)失效時(shí)完成應(yīng)急保護(hù)；

（3）研發(fā)了監(jiān)測(cè)顯示裝置，其采用工業(yè)級(jí)電阻式觸摸屏與采集裝置進(jìn)行數(shù)字通信，無傳輸損耗，布線簡(jiǎn)潔。主控器采用ARM專用電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，具備子模塊自診斷、參數(shù)可配置等功能。

4 應(yīng)用效果

2017年12月在大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司云崗礦，對(duì)該系統(tǒng)的智能監(jiān)測(cè)制動(dòng)正壓力的盤式制動(dòng)器、漸開線形制動(dòng)力矩測(cè)量裝置及手自一體冗余二級(jí)安全制動(dòng)液壓站進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，詳細(xì)測(cè)試了各項(xiàng)技術(shù)成果的性能指標(biāo)和技術(shù)參數(shù)，性能指標(biāo)都滿足技術(shù)要求，提升機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好。

該技術(shù)成果在陽煤集團(tuán)、棗莊礦業(yè)集團(tuán)、汾西礦業(yè)集團(tuán)等都進(jìn)行了應(yīng)用，提升機(jī)運(yùn)行良好，安全可靠。本項(xiàng)目具有很強(qiáng)的創(chuàng)新性和先進(jìn)性，為自主研發(fā)，能夠推動(dòng)提升機(jī)制動(dòng)裝置的產(chǎn)品升級(jí)、更新?lián)Q代的進(jìn)程，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

該項(xiàng)目在2020年1月通過了中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)鑒定，研究成果在提升機(jī)制動(dòng)正壓力監(jiān)測(cè)、制動(dòng)液壓系統(tǒng)冗余方面達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。