基于三通比例减压阀调控的提升机紧急制动特性研究

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矿井提升机承担着人员、设备及矿产的提升及运输任务,其对矿井生产安全及效率有着重要影响。随着井下采煤深度的不断增大,对提升速度及装置设备有了更高的要求,这也将影响提升系统在紧急制动过程中的动力学特性及制动性能。提升系统在运行过程中因存在滞后性、惯性冲击及钢丝绳柔性而对制动过程有明显影响;目前提升机的恒减速制动系统中多数通过压力传感器与电液比例换向阀形成闭环以控制压力,当压力传感器故障时,制动压力将不可控,这存在严重的安全隐患;同时,提升系统和制动系统之间存在一定的耦合关系,致使制动过程中系统的冲击和振动现象比较严重,容易造成钢丝绳打滑、断裂甚至坠笼等安全问题。因此,提升机的安全稳定运行,提高制动压力的动态响应,并减小提升设备的冲击振动,是我国当前矿井中需要重点解决的难题。针对以上问题,本研究以JKM3.5×6Z(Ⅲ)型塔式摩擦提升机为研究对象,采用广义哈密顿原理建立了提升机的数学模型,通过Matlab/Simulink设计了基于三通比例减压阀的液压系统模型,通过Recurdyn软件建立了塔式提升机的动力学仿真建模;利用两个软件之间的接口配置,将提升机动力学模型与液压制动系统结合,并基于转速和压力的双闭环PID控制器建立了机电液刚柔耦合动力学联合仿真模型;通过仿真结果与现场测试结果进行比较,验证了联合仿真模型的准确性。然后,将三通比例减压阀与目前矿井中主要使用的控制阀进行紧急制动仿真对比。最后,通过联合仿真模型研究了提升系统运行参数对紧急制动过程的影响规律,分析了提升系统的动力学变化及液压系统的制动性能。研究结果表明:(1)建立的刚柔耦合塔式摩擦提升机联合仿真模型能够反映提升机系统在制动过程的关键动力学特征以及系统动态摩擦力的传递机制。(2)与基于电液比例方向阀调控的制动系统相比,基于三通比例减压阀的制动具有更快的响应速度,更好的跟随性、减振性及抗扰动能力。(3)运行参数会对紧急制动过程中的制动性能和系统动力学特性产生一定影响。在提升工况进行紧急制动时,当提升载荷增大或制动减速度减小时,会导致制动压力随之增大,容易发生松闸现象;提升载荷较大也会导致停车后罐笼的振动增大,系统稳定性变差。在下放工况进行紧急制动时,制动初期罐笼的振动冲击会随载荷增大而加剧;载荷或制动减速度过大,不仅会出现闸瓦抱死的情况,钢丝绳也更容易发生打滑。对于带载侧钢丝绳悬长,当悬绳较短时,制动压力波动性变大,且下放工况较提升工况更容易发生打滑;当悬绳较长时,罐笼的纵向振动随之增大,系统能量耗散更慢。
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