矿井提升机恒减速制动技术研究_包从望, 杨军伟著_9787564649340

本书主要包含以下几部分内容: (1) 分析提升机制动系统国内外研究现状, 并指出恒减速制动系统现存问题, 及对应解决办法; (2) 从制动器的结构原理入手, 分析了制动器的动力模型及动态响应过程中, 并将制动过程分为容器上行和下行阶段, 并完成两种状态下的动态响应; (3) 建立了恒减速制动系统的液压模型, 结合液压模型完成参数设定, 结合参数的设定完成动态特性的仿真分析; (4) 完成恒减速制动系统主要阀体的分析, 由分析结果得出制约恒减速制动性能的因素; (5) 基于模糊PID控制方式完成恒减速制动系统的参数自整定, 实现控制参数的优化; (6) 根据要求完成了恒减速制动系统试验台的搭建, 由试验台验证参数自整定的有效性和关键阀体的动态特性。

　　矿井提升机作为煤矿生产的主要运输设备之一，主要承担着煤炭、矸石、物料以及下井工人的运输工作。矿井提升机常见的故障类型可分为提升钢丝绳的打滑、钢丝绳出现断绳、容器出现坠罐等，每种故障均有可能是提升机的制动失效所引起的。当故障发生时，可能会酿成重大提升事故。由提升机制动失效而导致人员伤亡或巨大经济损失的典型案例有：2003年，江苏徐州某矿因提升机超载而导致制动过程中制动力矩不足，造成制动失效，致使提升容器坠罐，最终导致20余天的停产，经济损失高达1 000余万元；2005年，山西晋城某矿因电气控制系统出现故障，而导致制动闸瓦与制动盘之间的摩擦系数较小，制动过程中无法可靠制动，造成矿井停产一个多月，直接经济损失1 800余万元；2008年，江苏徐州某矿提升机在紧急制动过程中，因制动力矩不足，而造成制动失效，直接经济损失2 000余万元。所有矿井生产事故中，因矿井提升机制动失效的比例占据30%有余。制动系统作为提升机的安全运行核心保障，其稳定可靠性直接影响着提升机的安全性能，因此研究提升机的稳定制动停车意义重大。

　　目前，矿井提升机的安全制动方式主要包括恒力矩制动和紧急状态下的恒减速制动。其中恒减速制动在制动过程中将减速度设为恒定值，提升机在各类工况下都以恒定的减速度制动，不仅降低变工况下对机械设备以及罐笼的冲击载荷，还能有效预防摩擦提升机滑绳事故的发生，是一种较为理想的安全制动方式。当前，国内对恒减速制动方式的研究还不够成熟，传统的控制策略难以实现提升机各种工况下的恒减速制动，并且研究人员缺乏行之有效的实验平台。为保证提升机制动系统的安全稳定运行，基于提升综合实验台，我们设计了提升机的恒减速制动实验系统，并以此进行了恒减速制动模糊PID控制策略的研究。

　　在撰写本书的过程中，站在前人的研究基础上，以确保矿井提升机的安全稳定运行为目标，全面深入探讨了矿井提升机恒减速制动控制的相关技术问题。以液压制动过程的动力学模型为基础，深入分析了制动过程中上提、下放时的动态响应，并针对运行阶段建立了提升机上提和下放过程的动力学方程；基于动力学分析，结合提升机制动控制的需求，设计了恒力矩、恒减速制动控制液压系统的转换装置，并完成各个核心参数的选择，根据选型设计结果，基于液压仿真软件实现比例溢流阀、蓄能器、盘式制动器及液压系统等各个核心环节的仿真分析，进而仿真分析了几种典型减速度下的动态响应过程；根据恒减速制动控制需求分析，以PLC作为核心控制器，完成控制系统软、硬件系统的设计，以查表方式在PLC中实现模糊PID控制算法的设计，从而对比例溢流阀实现快速、高精度的实时跟踪调节，并在液压联合仿真软件中实现控制算法的可靠性仿真；参照PLC的方式，以相同提升机的恒减速制动作为控制背景，基于嵌入式系统，以STM32为控制核心，完成控制方案的对比分析，基于最优方案完成恒减速制动控制转换装置的设计，并在控制方案的指导下完成多级供电、外围滤波、输入／输出信号、转速检测、人机交互等核心电路的设计，结合电路原理图的设计，利用Altuim Designer软件完成PCB电路板的设计及封装；结合软硬件互补的设计理念，完成控制系统的软件系统设计，在确定开发环境及操作系统后，完成各硬件系统的驱动程序设计及调试，并实现恒减速制动控制的多任务程序设计，以卡尔曼滤波器估计为基础，实现减速度值的计算，并在嵌入式系统中实现各个控制算法的设计；以提升机综合实验台为实验载体，完成基于PLC控制的比例溢流阀动态响应实验和恒减速制动控制性能的验证实验，同时还完成了基于嵌入式系统的恒减速制动控制实验，包括卡尔曼滤波估计下的减速度值测试实验、贴闸过程的动态性能实验以及嵌入式控制下的恒减速制动控制实验，此外还包括各个核心环节的动态响应实验；分别以提升机的提升状态和停机状态作为界限，分别实现恒减速制动控制的动态响应和静态响应实验，并主要以《煤矿安全规程》（2022版）作为验证依据，实验结果表明，各个制动过程的动态响应指标均满足相关规程要求。有关矿井提升机恒减速制动控制技术的研究，对矿井提升机制动技术与性能的改进具有重要的参考和指导意义。

　　在本书的撰写过程中，得到了六盘水师范学院艾德春教授、刘永志副教授、江伟副教授、刘洪洋副教授、刘建刚副教授、朱广勇讲师、魏中举高级实验师、张鹏教授、刘承伟副教授等的帮助。另外，还得到了中国矿业大学肖兴明教授的谆谆教导，以及硕士研究生王存强、徐龙增、杜晓月、张飞龙等的帮助。在实验过程中得到了中国矿业大学实验中心、贵州盘誉泰合机械有限公司、贵州天信电气制造有限公司等单位的有关领导及工程技术人员的大力支持和帮助。此外，本书还得到了贵州教育厅基金项目（编号：黔教合KY字[2020]117）、六盘水市科技局基金项目（编号：52020-2019-05-12）、贵州省科技厅基金项目（编号：黔科合平台人才-YS2[2021]001）、贵州教育厅基金项目（编号：黔教合协同创新字[2016]02）、贵州省科技厅基金项目（编号：黔科合平台人才[2019] 5620）、六盘水师范学院校级基金项目（编号：LPSSYKJTD201802）、六盘水师范学院校级基金项目（编号：LPSSYZDPYXK201705）、贵州教育厅基金项目（编号：黔教合KY字[2017]026）等项目的资助。在此，笔者一并表示诚挚的感谢！

　　书中还引用了一些前人的研究成果与数据，未完全一一列出，在此一并表示诚挚的感谢！

　　由于经验和水平所限，书中难免有疏漏和欠妥之处，敬请各位读者不吝指正。

你还可能感兴趣

我要评论