基于SIMULINK的矿井提升机盘式制动器性能研究

2021-09-21杨勇

机械管理开发 2021年8期

杨勇

（山西省长治经坊煤业有限公司，山西长治 047100）

引言

研究调查发现，我国80%及以上的矿井都属于井工矿，需要借助矿井提升设备将煤矿源源不断从矿井下面运输到上面，提升机的制动系统是保障提升系统安全运行的最后一道防线、也是最重要的安全保护措施[1]。

液压盘式制动控制系统的结构设计对提升机整体的性能影响巨大，因为其为上下运动的执行机构，主要是控制轿厢制动，制动的方式选择与制动的力度对实际使用影响较大，如果制动时加速度过大，会对升降机内的人员造成伤害。盘式制动控制系统的回路设计，包含制动回路设计、液压制动系统、恒减速制动系统[2]。

1 盘式制动器简述

制动器式提升机制动系统中重要的组成部分，在目前主流使用的提升机制动器中盘式制动器应用比例较高。因为盘式制动器结构紧凑、重量轻、控制动作灵巧，所以被广泛应用于提升机的制动系统中。盘式制动器的工作原理为，依靠碟簧提供锁紧力，靠液压油缸实现松阀动作。当油缸中的油压降低时，蝶形弹簧处于伸长状态，弹簧推动闸瓦，闸瓦直接与制动盘接触，摩擦产生切向制动力，当油缸液压增高的动作则相反[3]。因此，可以知道制动力的大小与油缸内液压的大小有直接关系。现实使用中提升机制动器故障却时有发生，绝大部分故障都是有液压不稳定导致，而引起液压不稳定的两大因素是减压阀、溢流阀，因此对制动器控制系统的研究具有重要意义。如图1 所示，盘形制动器结构[4]。

2 盘式制动器控制系统分析

盘式制动器的控制系统对提升机的安全起着重要作用，本文所研究的JKB-2.5×2.3P型提升机，盘式制动器包含两套制动系统，分别为：二级回路制动系统和恒减速回路制动系统。设备处于正常状况下是，恒减速回路控制系统工作，若前者发生故障失效，则二级回路控制系统工作，能够确保提升机安全性与可靠性。

制动器回路制动系统的设计主要是液压元器件选型，和系统中控制电路进行设计。不同的制动回路控制系统，性能差异明显，二级制动回路控制系统相较于恒减速回路制动系统，前者制动力不随负载发生变化，因此会出现在不同工况下，制动效果差异明显[5]。

下面对JKB-2.5×2.3P型提升机自带恒减速回路制动系统做简要说明，恒减速液压制动回路是目前主流设备采用的制动控制系统。本机恒减速回路制动系统设计示意图如下页图2 所示[6]。

图2 含溢流阀的恒减速回路

3 盘式制动器系统仿真

根据JKB-2.5×2.3P型提升机盘形制动器控制系统系统设计和结构设计资料，对液压盘形制动器进行建模仿真分析。

3.1 制动系统数学模型的建立

对模型进行仿真分析的第一步建立结构的力学方程，根据盘式制动器的设计资料可以得到盘式制动器的原理图如图3 所示，由此可分析其施闸和松闸的力学方程。

图3 盘形制动器工作原理图

在施闸过程中，以活塞为参考对象，可以得到制动器力学平衡方程式：

式中：m 为运动部件总质量，kg；fz为液压缸阻尼系数；K 为碟簧刚度系数；x0为初始压缩量，m；x 为阀瓦位移值，m；P 为液压值，Pa。

3.2 仿真模型的建立

SIMULINK 是MATLAB 中的一种可视化仿真工具，使用相对简单，可以帮助用户处理一些非线性、数字控制、数字信号类的仿真分析。使用简单，模块化操作，根据制动器力学方程可以建立盘形状制动器不同动作时的仿真模型。如图4 所示，根据松闸过程方程可创建SIMULINK 仿真模型，同理也可以建立施闸过程仿真模型，在此不再一一列举。