液壓調(diào)速技術(shù)在煤礦架空乘人裝置中的應(yīng)用

彭鈺峰，肖連平

（湖南湘潭市恒欣實(shí)業(yè)有限公司，湖南 湘潭 411300）

1 煤礦架空乘人裝置概況

隨著煤礦架空乘人裝置（猴車）的應(yīng)用發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)械驅(qū)動式（第一代猴車）已凸顯其難于無級調(diào)速、啟動或停車時(shí)速度沖擊較大、不能空載啟動等問題，而將變頻調(diào)速用于煤礦架空乘人裝置上，則又面臨著防爆式變頻驅(qū)動性能不穩(wěn)定、電網(wǎng)沖擊、信號干擾等問題。當(dāng)前不調(diào)速機(jī)械猴車在正常運(yùn)行中只有一個速度值，而用變頻器調(diào)速則對電網(wǎng)沖擊嚴(yán)重、信號干擾較大、故障率高等缺點(diǎn)。在討論分析以上實(shí)際問題后，結(jié)合“猴車”的工作特點(diǎn)及其現(xiàn)場使用工況，恒欣實(shí)業(yè)有限公司聯(lián)合中南大學(xué)共同研發(fā)了“液壓調(diào)速技術(shù)”，解決了以上難題，實(shí)現(xiàn)了煤礦架空乘人裝置的無級調(diào)速、空載啟動等功能。

2 液壓調(diào)速方案概述

目前，液壓調(diào)速方案主要有三種：

1）油門調(diào)速：以內(nèi)燃機(jī)為動力源的液壓系統(tǒng)，通過控制內(nèi)燃機(jī)油門的大小，改變發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)液壓油泵輸出流量的變化。調(diào)速范圍主要受發(fā)動機(jī)最低轉(zhuǎn)速的限制，而且煤礦井下必須采用防爆內(nèi)燃機(jī)，成本較高；若將驅(qū)動液壓站安裝在某一個位置后，無需移動。綜合以上因素，采用內(nèi)燃機(jī)為動力源的調(diào)速的方式不是最佳方案。

2）變頻調(diào)速：通過變頻器改變電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到改變定量泵的輸出流量。這種方案與機(jī)械驅(qū)動式猴車通過變頻器調(diào)速如出一轍，而且成本高于機(jī)械猴車使用變頻器調(diào)速成本；還有面臨變頻器信號干擾大、對電網(wǎng)沖擊嚴(yán)重、故障率高等缺點(diǎn)。

3）液壓調(diào)速：主要有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速、容積-節(jié)流聯(lián)合調(diào)速。液壓調(diào)速主要用于以固定頻率為電源的的設(shè)備。一般情況下，煤礦架空乘人裝置要求無級調(diào)速，但達(dá)到設(shè)備速度設(shè)定值后可保持恒定速度運(yùn)行。經(jīng)反復(fù)論證和試驗(yàn)調(diào)試，最終采用電比例閥調(diào)節(jié)變量泵的調(diào)速：特點(diǎn)是得到恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性，速度剛性較節(jié)流調(diào)速高，變量泵排量可調(diào)得較小，調(diào)速范圍較大。電比例閥調(diào)速可用比例放大器控制比例閥在短時(shí)間內(nèi)調(diào)整因負(fù)載增大或減少的速度差，讓乘坐人員絲毫不會感覺到速度的突增或突減，加強(qiáng)了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和人員乘坐的舒適性。通過試驗(yàn)結(jié)果分析和用戶的安全運(yùn)行證明，“電比例閥調(diào)節(jié)變量泵的方式”用在煤礦架空乘人裝置上是可取的成功的。

3 液壓調(diào)速技術(shù)開發(fā)

1）液壓調(diào)速的基本原理：在馬達(dá)與減速機(jī)當(dāng)量排量一定的情況下，依靠電比例閥調(diào)節(jié)油壓力，控制液壓泵或液壓馬達(dá)的輸出或流量，實(shí)現(xiàn)煤礦架空乘人裝置的無級調(diào)速目的。調(diào)速過程見圖1。

圖1 液壓調(diào)速系統(tǒng)的控制簡圖

由于液壓調(diào)速系統(tǒng)中配套零件性能和電氣控制原件的要求較高，因此我們采用了世界知名品牌的液壓元件，保證了整個液壓調(diào)速系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。針對煤礦井下環(huán)境和防爆要求，在電磁閥、壓力傳感器等電氣元件的選用上，采用了防爆或本安型產(chǎn)品，研發(fā)和調(diào)試中達(dá)到了現(xiàn)場工況的使用要求。

2）液壓調(diào)速系統(tǒng)配套電控：由專業(yè)的電控系統(tǒng)開發(fā)團(tuán)隊(duì)組織攻關(guān)，采用可編程控制器（PLC）代替繼電器控制，采用CAN總線通訊對液壓驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行控制，通過輸入輸出接口建立與液壓調(diào)速系統(tǒng)的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)對架空乘人裝置的自動監(jiān)測分析和自動化控制。PLC用在液壓調(diào)速上主要是因其控制功能較多、控制精度較高、運(yùn)算速度較快、且有數(shù)據(jù)處理能力等優(yōu)點(diǎn)，也使液壓調(diào)速系統(tǒng)對速度控制、動作控制、安全控制等都能達(dá)到要求。我們的研發(fā)成果能滿足整個調(diào)速系統(tǒng)的特定要求和動作控制；能使液壓調(diào)速與電氣控制完美配套，大大提高生產(chǎn)效率和自動化程度；既減少了系統(tǒng)故障，也確保了調(diào)速系統(tǒng)及整個設(shè)備的安全穩(wěn)定。由于電氣檢測系統(tǒng)將檢測的速度值反饋給PLC控制系統(tǒng)，自動提供比例放大器電流大小，調(diào)節(jié)比例閥以穩(wěn)定速度；可以確保架空乘人裝置無級調(diào)速的安全可靠，不僅使其工作平穩(wěn)、準(zhǔn)確，更有利于改善工人的勞動環(huán)境，降噪增效、節(jié)約能源，也提高了液壓系統(tǒng)的性能，延長了液壓器件的使用壽命，進(jìn)而提高了生產(chǎn)效率和自動化程度。

3）安全保護(hù)方面：不管從液壓調(diào)速系統(tǒng)的油壓控制，還是與之配套的電氣控制，都有多重保護(hù)。①調(diào)速系統(tǒng)保護(hù)，通過調(diào)定安全保護(hù)閥限定最高壓力，防止壓力過高引起過速飛車；整個控制閥組有PLC程序控制系統(tǒng)和手動控制系統(tǒng)各一套，當(dāng)程控控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以及時(shí)開啟手動控制系統(tǒng)保證設(shè)備正常運(yùn)行，盡量減少設(shè)備故障所引起的損失，提高用戶的生產(chǎn)效率。兩套控制系統(tǒng)，也使我們可在現(xiàn)場調(diào)試過程中的數(shù)據(jù)對比，達(dá)到最佳運(yùn)行狀況；當(dāng)架空乘人裝置出現(xiàn)故障時(shí)，也便于分析故障原因、從而解決問題。②電控系統(tǒng)保護(hù)，當(dāng)壓力超過設(shè)定值時(shí)，電控系統(tǒng)自動斷電保護(hù)停車；當(dāng)閥組故障引起速度過快或過慢時(shí)，電控系統(tǒng)也有自動控制設(shè)備保護(hù)停機(jī)。安全保護(hù)簡圖，見圖2。

圖2 安全保護(hù)簡圖

4 液壓調(diào)速式架空乘人裝置的使用效果

能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)空載啟動，既可減少對電網(wǎng)的沖擊，也提高了電機(jī)和電氣元件的使用壽命。能夠無級調(diào)速、調(diào)速范圍較大，可在設(shè)計(jì)速度范圍內(nèi)設(shè)置任一速度值運(yùn)行。當(dāng)用戶維護(hù)時(shí)，可設(shè)置低速運(yùn)行，檢查鋼絲繩部件；用戶可在使用初期低速運(yùn)行，讓人員熟悉上下車工況，待適應(yīng)后按設(shè)計(jì)速度運(yùn)行；既減少了檢修的勞動強(qiáng)度、提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)也增加了乘坐架空乘人裝置的安全性。能夠軟啟動、軟停車，增加了人員乘坐的安全性和舒適性。故障率低、維護(hù)簡單、性價(jià)比高。液壓調(diào)速系統(tǒng)配套的液壓驅(qū)動裝置的安裝條件要求不高，安全性能高于機(jī)械驅(qū)動裝置。

[1]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦用架空乘人裝置安全檢驗(yàn)規(guī)范[S].北京：煤炭工業(yè)出版社，2007.

[2]張利平.液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)與使用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2010.

[3]張利平.液壓閥原理、使用與維護(hù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2009.