CN104444707B - 一种超深立井提升机钢丝绳张力平衡***及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超深立井提升机钢丝绳张力平衡***及其方法，所述张力平衡***包括伺服液压缸(3)、提升容器(6)、油箱(7)、变量柱塞泵(12)、两位三通电磁换向阀(16)、比例方向阀(17)、两位两通电磁换向阀(19)、张力主被动调节切换控制器；所述张力平衡***的工作状态包括主动调节和被动调节状态，张力主被动调节切换控制器用于控制该***在两个状态之间无缝切换。该超深立井提升机钢丝绳张力平衡***兼具了主动调节和被动调节的优点，减少了人的参与，避免了一些不必要的事故，改善了调节的实时性，节省了时间，提高了煤矿的生产效率，对矿井生产具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于矿井提升机技术领域，主要涉及一种超深立井提升机钢丝绳张力平衡***及其方法。
背景技术
矿山行业内以深度超过1000m的矿井属于超深矿井，各根钢丝绳的均载直接关系到提升***的安全经济运行。对于超深井来说，平衡装置更是极为重要。目前，深井提升***中钢丝绳张力平衡调节的方式主要是通过液压***或机构来控制液压缸的伸缩，进而调节绳长平衡张力；该调节方式调节行程长，但需要人工参与，工作量大，时间延迟较长，容易造成不必要的事故，不利于矿井高效的生产；
因此本领域需要提供一种既能满足工作生产需要又能便于维护的超深立井提升机钢丝绳张力平衡***。
发明内容
本发明旨在提供一种超深立井提升机钢丝绳张力平衡***及其方法，用以解决张力平衡调节中的出现的行程不够、长时间延迟等问题。
本发明的技术方案如下，
超深立井提升机钢丝绳张力平衡***，包括伺服液压缸(3)、提升容器(6)、油箱(7)、变量柱塞泵(12)、两位三通电磁换向阀(16)、比例方向阀(17)、两位两通电磁换向阀(19)、张力主被动调节切换控制器；伺服液压缸(3)上部安装有天轮，伺服液压缸(3)能够将天轮升起或者降下；所述伺服液压缸(3)的数量与立井中的钢丝绳数量相等，比例方向阀(17)的数量与伺服液压缸的数量相等；所述张力平衡***的工作状态包括主动调节和被动调节状态，张力主被动调节切换控制器用于控制该***在两个状态之间无缝切换，所述主动调节状态为：两位三通电磁换向阀(16)得电，连通变量柱塞泵(12)与伺服液压缸(3)之间的供油油路，变量柱塞泵(12)将油箱中的液压油通过两位三通电磁换向阀(16)泵入各伺服液压缸(3)对应的比例方向阀(17)后，(a)经过比例方向阀(17)进入所受拉力较小的钢丝绳所对应的伺服液压缸(3)的下腔，其上腔的液压油经比例方向阀(17)流入油箱，实现该伺服液压缸的上升；(b)泵入比例方向阀(17)的液压油还进入所受拉力较大的钢丝绳所对应的伺服液压缸(3)的上腔，其下腔的液压油经比例方向阀(17)流入油箱，实现该伺服液压缸的下降；上述(a)、(b)过程交替、单独或同时进行，直到实时监测到各个钢丝绳的拉力相等为止；所述被动调节状态为：两位三通电磁换向阀(16)失电，切断变量柱塞泵(12)对伺服液压缸(3)的供油通路，两位两通电磁换向阀(19)得电，连通各个伺服液压缸(3)的下腔油路，各个伺服液压缸(3)的上腔液压油经其对应的比例方向阀(17)通往油箱，连通的液压缸下腔所受的油压相等，从而天轮所受钢丝绳的压力相等，进而钢丝绳所受拉力也相等。
所述的超深立井提升机钢丝绳张力平衡***，包括两个伺服液压缸(3a、3b)；其主动调节状态为：两位三通电磁换向阀(16)得电，连通了变量柱塞泵(12)与伺服液压缸(3)之间的供油油路，两位两通电磁换向阀(19)失电，切断了伺服液压缸(3a、3b)的下腔连通油路，此时没有液压油流经两位两通电磁换向阀(19)，由变量柱塞泵(12)泵出的液压油流经两位三通电磁换向阀(16)、比例方向阀(17a、17b)分别进入伺服液压缸(3a、3b)的油腔，通过比例方向阀(17a、17b)所处工作阀位的不同实现对应伺服液压缸(3a、3b)上升与下降的控制；当与伺服液压缸(3a)对应的钢丝绳所受拉力小于与伺服液压缸(3b)对应的钢丝绳所受的拉力时，电磁铁(G1)得电，比例方向阀(17a)右位工作，由变量柱塞泵(12)泵出的液压油流经两位三通电磁换向阀(16)、比例方向阀(17a)进入伺服液压缸(3a)的下腔，伺服液压缸(3a)上腔的液压油经比例方向阀(17a)流回油箱，实现伺服液压缸(3a)的上升，与之对应的天轮被升起，相应的钢丝绳张力增大，直到实时监测的两根钢丝绳拉力相等为止；反之，当与伺服液压缸(3a)对应的钢丝绳所受拉力大于与伺服液压缸(3b)对应的钢丝绳所受的拉力时，电磁铁(G2)得电时，伺服液压缸(3a)下降，与之对应的天轮被降下，相应的钢丝绳张力减小，直到实时监测的两根钢丝绳拉力相等为止；伺服液压缸(3b)的调节与伺服液压缸(3a)的调节原理相同；
所述被动调节为：两位三通电磁换向阀(16)失电，则切断了变量柱塞泵(12)对伺服液压缸(3)的供油通路，两位两通电磁换向阀(19)得电，则伺服液压缸(3a、3b)的下腔油路连通，电磁铁(G1、G3)得电，比例方向阀(17a、17b)左位工作，则伺服液压缸(3a、3b)的下腔液压油经两截止阀与两位两通电磁换向阀(19)油路连通，上腔液压油经比例方向阀(17a、17b)左位通往油箱，连通的液压缸下腔所受的油压相等，从而天轮所受钢丝绳的压力相等，进而钢丝绳所受拉力也相等。
所述的超深立井提升机钢丝绳张力平衡***，所述的主、被动调节对应的工况：主动调节在提升容器匀速运动时进行，或当被动调节的行程不够以及在其极限位置发生了卡缸现象时，通过张力主被动调节切换控制器进行主、被动调节的切换；被动调节则主要是在提升容器非匀速过程中，或主动调节时***出现不稳定，控制算法失效的工况下进行调节。
所述超深立井提升机钢丝绳张力平衡***的张力平衡方法，包括主动调节和被动调节状态，并能够在两个状态之间无缝切换，所述主动调节状态为：两位三通电磁换向阀(16)得电，连通变量柱塞泵(12)与伺服液压缸(3)之间的供油油路，变量柱塞泵(12)将油箱中的液压油通过两位三通电磁换向阀(16)泵入各伺服液压缸(3)对应的比例方向阀(17)后，(a)经过比例方向阀(17)进入所受拉力较小的钢丝绳所对应的伺服液压缸(3)的下腔，其上腔的液压油经比例方向阀(17)流入油箱，实现该伺服液压缸的上升；(b)泵入比例方向阀(17)的液压油还进入所受拉力较大的钢丝绳所对应的伺服液压缸(3)的上腔，其下腔的液压油经比例方向阀(17)流入油箱，实现该伺服液压缸的下降；上述(a)、(b)过程交替、单独或同时进行，直到实时监测到各个钢丝绳的拉力相等为止；所述被动调节状态为：两位三通电磁换向阀(16)失电，切断变量柱塞泵(12)对伺服液压缸(3)的供油通路，两位两通电磁换向阀(19)得电，连通各个伺服液压缸(3)的下腔油路，各个伺服液压缸(3)的上腔液压油经其对应的比例方向阀(17)通往油箱，连通的液压缸下腔所受的油压相等，从而天轮所受钢丝绳的压力相等，进而钢丝绳所受拉力也相等。
所述的超深立井提升机钢丝绳张力平衡***的张力平衡方法，其主动调节状态为：两位三通电磁换向阀(16)得电，连通了变量柱塞泵(12)与伺服液压缸(3)之间的供油油路，两位两通电磁换向阀(19)失电，切断了伺服液压缸(3a、3b)的下腔连通油路，此时没有液压油流经两位两通电磁换向阀(19)，由变量柱塞泵(12)泵出的液压油流经两位三通电磁换向阀(16)、比例方向阀(17a、17b)分别进入伺服液压缸(3a、3b)的油腔，通过比例方向阀(17a、17b)所处工作阀位的不同实现对应伺服液压缸(3a、3b)上升与下降的控制；当与伺服液压缸(3a)对应的钢丝绳所受拉力小于与伺服液压缸(3b)对应的钢丝绳所受的拉力时，电磁铁(G1)得电，比例方向阀(17a)右位工作，由变量柱塞泵(12)泵出的液压油流经两位三通电磁换向阀(16)、比例方向阀(17a)进入伺服液压缸(3a)的下腔，伺服液压缸(3a)上腔的液压油经比例方向阀(17a)流回油箱，实现伺服液压缸(3a)的上升，与之对应的天轮被升起，相应的钢丝绳张力增大，直到实时监测的两根钢丝绳拉力相等为止；反之，当与伺服液压缸(3a)对应的钢丝绳所受拉力大于与伺服液压缸(3b)对应的钢丝绳所受的拉力时，电磁铁(G2)得电时，伺服液压缸(3a)下降，与之对应的天轮被降下，相应的钢丝绳张力减小，直到实时监测的两根钢丝绳拉力相等为止；伺服液压缸(3b)的调节与伺服液压缸(3a)的调节原理相同；
所述被动调节为：两位三通电磁换向阀(16)失电，则切断了变量柱塞泵(12)对伺服液压缸(3)的供油通路，两位两通电磁换向阀(19)得电，则伺服液压缸(3a、3b)的下腔油路连通，电磁铁(G1、G3)得电，比例方向阀(17a、17b)左位工作，则伺服液压缸(3a、3b)的下腔液压油经两截止阀与两位两通电磁换向阀(19)油路连通，上腔液压油经比例方向阀(17a、17b)左位通往油箱，连通的液压缸下腔所受的油压相等，从而天轮所受钢丝绳的压力相等，进而钢丝绳所受拉力也相等。
所述的张力平衡方法，所述的主、被动调节对应的工况：主动调节在提升容器匀速运动时进行，或当被动调节的行程不够以及在其极限位置发生了卡缸现象时，进行主、被动调节的切换；被动调节则主要是在提升容器非匀速过程中，或主动调节时***出现不稳定，控制算法失效的工况下进行调节。
采用上述方案，该超深立井提升机钢丝绳张力平衡***兼具了主动调节和被动调节的优点，减少了人的参与，避免了一些不必要的事故，改善了调节的实时性，节省了时间，提高了煤矿的生产效率，对矿井生产具有重要意义。
附图说明
图1为超深立井提升***示意图；
图2为液压切换***原理图；
图3为提升机钢丝绳张力自动平衡悬挂***；
图4为张力实时切换***结构图；
图5为罐笼提升五阶段速度图；
图6为提升主被动调节切换流程图。
图中，1-提升机、2-提升钢丝绳、3-伺服液压缸、4-浮动天轮、5-调节浮动天轮的液压泵站、6-提升容器、7-油箱、8-加热器、9-温度传感器、10-过滤器、11-电动机、12-变量柱塞泵、13-卸荷阀、14-溢流阀、15-空气干燥器、16-两位三通电磁换向阀、17-比例方向阀、18-溢流阀、19-两位两通电磁换向阀、20-压力传感器、21-位移传感器、22-拉力传感器、23-位姿传感器。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
参考图1，超深立井提升***包括提升机1、提升钢丝绳2、伺服液压缸3、浮动天轮4、调节浮动天轮的液压泵站5、提升容器6。提升机1卷筒上缠绕提升钢丝绳2，钢丝绳2一端经过浮动天轮4连接到提升容器6上端，浮动天轮4下部与伺服液压缸3连接，伺服液压缸3固定在井架上。通过调节液压缸3的伸缩，带动浮动天轮4的升降，从而平衡提升钢丝绳2的张力。
参考图2，一种超深立井提升机钢丝绳张力平衡***，包括伺服液压缸3、油箱7、加热器8、温度传感器9、过滤器10、电动机11、变量柱塞泵12、卸荷阀13、溢流阀14、空气干燥器15、两位三通电磁换向阀16、比例方向阀17、溢流阀18、两位两通电磁换向阀19、压力传感器20、位移传感器21。伺服液压缸3上安装有浮动天轮4，钢丝绳2通过浮动天轮4连接到提升容器6的一端，进行容器的提升。本发明以双绳提升一个容器为例，故两两液压缸联动调节，实现不同工况下的主动和被动调节的切换。如果是三绳或四绳提升一个提升容器，原理和双绳的类似，有几根钢丝绳就对应几个伺服液压缸并联，调节方式的切换通过两位三通电磁换向阀16和两位两通电磁换向阀19来实现。
参考图3，提升机钢丝绳张力自动平衡悬挂***由提升钢丝绳2、浮动天轮4、伺服液压缸3、提升容器6组成。两个伺服液压缸下腔的液压油连通，上腔的液压油通油箱，形成连通器。当钢丝绳张力不一致时，张力大的钢丝绳对所在的浮动天轮的压力也大，压缩油缸活塞，油液通过连通器回油，浮动天轮下降，钢丝绳张力变小。同时，回油进入张力小的钢丝绳的油缸，推动油缸活塞杆外伸，使浮动天轮上升，钢丝绳张力变大。只有当每根钢丝绳张力均等时，连通器才停止动作，否则，它时刻处在调整状态。
参考图4，张力实时切换***包括AD板卡PCI1716、张力控制器、DA板卡ACL6126和伺服放大器，AD板卡PCI1716接收钢丝绳拉力信号以及液压缸的位移信号，液压缸位移反馈信号、两根钢丝绳的拉力差值及两根钢丝绳拉力通过AD转换将信号反馈给张力控制器，张力控制器将信号用算法进行处理后传输给DA板卡ACL6126，通过DA转换信号进入伺服放大器，进而传递给伺服阀，对伺服液压缸进行伸缩控制，进行钢丝绳拉力的平衡调节。钢丝绳上的张力实时检测装置将钢丝绳所受拉力信号实时反馈给主被动实时切换控制器，进而通过对钢丝绳拉力的分析进行主动调节和被动调节的切换。
本发明的超深井提升取提升高度为1500m，提升速度vm＝18m/s，加减速阶段的加速度和减速度均取0.75m/s2，爬行阶段t4取v4＝0.5m/s，h4＝3m，得t4＝6s。由此可以计算得到，t1＝24s，t2＝60s，t3＝23.3s，t5＝0.67s。
参考图5，图5为罐笼提升五阶段速度图，分别为主加速阶段t1(加速度为a1)、等速阶段t2、减速阶段t3(减速度为a3)、爬行阶段t4、停车休止阶段t5。图6为提升过程控制流程图，提升开始时首先将控制***初始化，然后通过各传感器传输当前罐笼的位置信号及位姿信号，钢丝绳拉力信号，经图4的张力实时切换***进行计算判断，如果罐笼位置正确、位姿符合要求、钢丝绳拉力相等，则进入主加速阶段t1。若不满足要求，则通过主动调节进行静态调节使其满足提升条件。进入主加速阶段t1，主要为被动调节，若被动调节失效，比如被动调节时的张力调节精度不够、调节时间过长、液压缸行程超出了工作行程，此时通过-两位三通电磁换向阀16和两位两通电磁换向阀19切换到主动调节进行调节，在时间段t1内调节完成后再切换到被动调节。在等速阶段t2，主调节为主动调节，在刚进入等速阶段首先判断被动调节时的钢丝绳张力是否平衡，若不平衡继续被动调节，反之切换为主动调节，该阶段主动调节将伺服液压缸活塞调节到中位附近。进入减速阶段t3，切换到被动调节，重复阶段t1的步骤。由于上述计算可知t4和t5阶段时间很短，所以采用被动调节。需要注意的是，在切换调节时由于伺服液压缸的充油进油，会有一定的冲击，若冲击没有影响到正常生产则可以继续提升，反之停止工作。
所述的切换调节，以伺服液压缸3a和3b为例说明主动调节和被动调节的过程。对伺服液压缸进行主动调节时，两位三通电磁换向阀16得电，则阀右位工作，连通了油泵与伺服液压缸3之间的供油油路，两位两通电磁换向阀19失电，则阀上位工作，切断了伺服液压缸3a和3b的下腔连通油路，此时没有液压油流经两位两通电磁换向阀19，由变量柱塞泵12泵出的液压油流经空气干燥器15、两位三通电磁换向阀16、比例方向阀17a、比例方向阀17b分别进入伺服液压缸3a、伺服液压缸3b的油腔，通过比例方向阀17a、比例方向阀17b所处工作阀位的不同实现对应伺服液压缸3a、伺服液压缸3b的上升与下降。当与伺服液压缸3a对应的钢丝绳所受拉力小于与伺服液压缸3b对应的钢丝绳所受的拉力时，电磁铁G1得电，比例方向阀17a右位工作，由变量柱塞泵12泵出的液压油流经空气干燥器15、两位三通电磁换向阀16、比例方向阀17a进入伺服液压缸3a的下腔，伺服液压缸3a上腔的液压油经比例方向阀17a流回油箱，实现伺服液压缸3a的上升，与之对应的天轮被升起，相应的钢丝绳张力增大；反之，当与伺服液压缸3a对应的钢丝绳所受拉力大于与伺服液压缸3b对应的钢丝绳所受的拉力时若当电磁铁G2得电时，伺服液压缸3a下降，与之对应的天轮被降下，相应的钢丝绳张力减小。伺服液压缸3b的调节与伺服液压缸3a相同。另外，当钢丝绳张力不一致时，伺服液压缸3a、3b可以进行同时调节，也可以根据工况单独调节某一液压缸，直到钢丝绳实时监测的两根钢丝绳拉力相等为止。
当对伺服液压缸进行被动调节时，两位三通电磁换向阀16失电，则阀左位工作，切断了油泵对伺服液压缸3的供油通路，两位两通电磁换向阀19得电，则阀下位工作，伺服液压缸3a和3b的下腔油路连通，电磁铁G1、G3得电，比例方向阀17a、17b左位工作，则伺服液压缸3a、3b的下腔液压油经两截止阀与两位两通电磁换向阀19油路连通，上腔液压油通往油箱，连通的液压油压力相等，保证液压缸下腔所受的油压相等，从而天轮所受钢丝绳的压力相等，进而推出钢丝绳所受拉力相等。
本发明以双绳提升一个容器为例，两个液压缸联动调节，实现不同工况下的主动和被动调节的切换。如果是三绳或四绳提升一个提升容器，原理和双绳的类似，有几根钢丝绳就对应几个伺服液压缸并联，调节方式的切换通过两位三通电磁换向阀16和两位两通电磁换向阀19来实现。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种超深立井提升机钢丝绳张力平衡***，其特征在于，包括伺服液压缸(3)、提升容器(6)、油箱(7)、变量柱塞泵(12)、两位三通电磁换向阀(16)、比例方向阀(17)、两位两通电磁换向阀(19)、张力主被动调节切换控制器；伺服液压缸(3)上部安装有天轮，伺服液压缸(3)能够将天轮升起或者降下；所述伺服液压缸(3)的数量与立井中的钢丝绳数量相等，比例方向阀(17)的数量与伺服液压缸的数量相等；所述张力平衡***的工作状态包括主动调节和被动调节状态，张力主被动调节切换控制器用于控制该***在两个状态之间无缝切换，所述主动调节状态为：两位三通电磁换向阀(16)得电，连通变量柱塞泵(12)与伺服液压缸(3)之间的供油油路，变量柱塞泵(12)将油箱中的液压油通过两位三通电磁换向阀(16)泵入各伺服液压缸(3)对应的比例方向阀(17)后，(a)：经过比例方向阀(17)进入所受拉力较小的钢丝绳所对应的伺服液压缸(3)的下腔，其上腔的液压油经比例方向阀(17)流入油箱，实现该伺服液压缸的上升；(b)：泵入比例方向阀(17)的液压油还进入所受拉力较大的钢丝绳所对应的伺服液压缸(3)的上腔，其下腔的液压油经比例方向阀(17)流入油箱，实现该伺服液压缸的下降；上述(a)、(b)过程交替、单独或同时进行，直到实时监测到各个钢丝绳的拉力相等为止；所述被动调节状态为：两位三通电磁换向阀(16)失电，切断变量柱塞泵(12)对伺服液压缸(3)的供油通路，两位两通电磁换向阀(19)得电，连通各个伺服液压缸(3)的下腔油路，各个伺服液压缸(3)的上腔液压油经其对应的比例方向阀(17)通往油箱，连通的液压缸下腔所受的油压相等，从而天轮所受钢丝绳的压力相等，进而钢丝绳所受拉力也相等；主动调节、被动调节对应的工况：主动调节在提升容器匀速运动时进行，或当被动调节的行程不够以及在伺服液压缸极限位置发生了卡缸现象时，通过张力主被动调节切换控制器切换到主动调节；被动调节则主要是在提升容器非匀速过程中，或主动调节时***出现不稳定，控制算法失效的工况下进行调节。
2.根据权利要求1所述的超深立井提升机钢丝绳张力平衡***，其特征在于，包括第一伺服液压缸(3a)、第二伺服液压缸(3b)；其主动调节状态为：两位三通电磁换向阀(16)得电，连通了变量柱塞泵(12)与伺服液压缸(3)之间的供油油路，两位两通电磁换向阀(19)失电，切断了第一伺服液压缸(3a)、第二伺服液压缸(3b)的下腔连通油路，此时没有液压油流经两位两通电磁换向阀(19)，由变量柱塞泵(12)泵出的液压油流经两位三通电磁换向阀(16)、第一比例方向阀(17a)、第二比例方向阀(17b)分别进入第一伺服液压缸(3a)、第二伺服液压缸(3b)的油腔，通过第一比例方向阀(17a)、第二比例方向阀(17b)所处工作阀位的不同实现对应第一伺服液压缸(3a)、第二伺服液压缸(3b)上升与下降的控制；当与第一伺服液压缸(3a)对应的钢丝绳所受拉力小于与第二伺服液压缸(3b)对应的钢丝绳所受的拉力时，第一电磁铁(G1)得电，第一比例方向阀(17a)右位工作，由变量柱塞泵(12)泵出的液压油流经两位三通电磁换向阀(16)、第一比例方向阀(17a)进入第一伺服液压缸(3a)的下腔，第一伺服液压缸(3a)上腔的液压油经第一比例方向阀(17a)流回油箱，实现第一伺服液压缸(3a)的上升，与之对应的天轮被升起，相应的钢丝绳张力增大，直到实时监测的两根钢丝绳拉力相等为止；反之，当与第一伺服液压缸(3a)对应的钢丝绳所受拉力大于与第二伺服液压缸(3b)对应的钢丝绳所受的拉力时，第二电磁铁(G2)得电时，第一伺服液压缸(3a)下降，与之对应的天轮被降下，相应的钢丝绳张力减小，直到实时监测的两根钢丝绳拉力相等为止；第二伺服液压缸(3b)的调节与第一伺服液压缸(3a)的调节原理相同；
所述被动调节为：两位三通电磁换向阀(16)失电，则切断了变量柱塞泵(12)对伺服液压缸(3)的供油通路，两位两通电磁换向阀(19)得电，则第一伺服液压缸(3a)、第二伺服液压缸(3b)的下腔油路连通，第一电磁铁(G1)、第三电磁铁(G3)得电，第一比例方向阀(17a)、第二比例方向阀(17b)左位工作，则第一伺服液压缸(3a)、第二伺服液压缸(3b)的下腔液压油经两截止阀与两位两通电磁换向阀(19)油路连通，上腔液压油经第一比例方向阀(17a)、第二比例方向阀(17b)左位通往油箱，连通的液压缸下腔所受的油压相等，从而天轮所受钢丝绳的压力相等，进而钢丝绳所受拉力也相等。
3.基于权利要求1所述超深立井提升机钢丝绳张力平衡***的张力平衡方法。
4.基于权利要求2所述的超深立井提升机钢丝绳张力平衡***的张力平衡方法。
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