液压绞车与变频绞车在煤矿中的应用研究

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液压绞车与变频绞车在煤矿中的应用研究

永煤公司 李贵明

摘要：在我矿井下的生产中，提升绞车担负着提升矸石、物料及设备的重要机电设备之一，在整个生产系统中占据着非常重要的地位，其运转的安全性、可靠性、经济性影响着整个矿井的生产与安全。因此，提高设备的安全运转性能，非常重要。针对我矿井下现有的斜巷提升机，本文对液压提升机和变频提升机的工作原理、结构形式、主要技术参数做了概述，并对我矿现所使用的两类绞车的性能进行了对比，最后对斜巷提升机在使用过程中最容易出现的问题进行了原因分析，并提出了解决方法。

关键词：矿用 液压提升机 变频提升机 工作原理 结构形式 主要技术参数

矿用液压提升机由机械、电气部分等组成，采用防爆主电机驱动双向变量柱塞泵。柱塞泵和两台液压马达组成闭合回路、衡扭矩液压调速系统，两台液压马达分别布置在主组装置两侧与主组联接，带动提升机运转。提升机有两台辅助油泵，一台工作，一台备用。大泵作补油泵用，给主液压传动补油；小泵作控制用，给制动系统、操作系统供油。

矿用变频提升机主要由变频器、逆变器、滤波器、电抗器及辅助设备等组成。采用交——直——交的方式来改变电动机的频率从而实现提升机运行速度的改变。

液压提升机的工作原理：

液压提升机采用液控操作方式，通过操作比例先导阀，使主油泵输出不同的流量，来改变液压马达的转速，同时控制主油泵的行程调节器动作，从而使得提升机得到不同的提升速度，当手柄扳到最大位置时，提升机的提升速度最大；手柄扳到中立位置时，提升机停车； 用心做事，追求卓越

2 当手柄反方向扳动时，提升机反方向运行。

D主阀组热交换阀组D控制阀组操作台

图1 液压控制系统图

提升机采用盘型闸制动，以实现提升机的正常和紧急制动。正常制动的制动力靠液压传动装置本身产生的。提升时负荷成为制动力。下放重物时液压马达变为泵。液压泵变为液压马达，使电动机产生发电反馈制动，盘型制动器不参与工作制动，只是在提升机卷筒停止运转后作为保险装置来使用。提升机在运行中出现故障，保险装置自动工作，也可用脚踏开关进行紧急制动停车。另外，提升制动系统有压力油时，盘型闸制动打开，没有压力油盘型闸制动。司机操作的比例 用心做事，追求卓越

3 先导伐共有4个减压阀，其中两个减压阀操纵主油泵正反向供油，另两个减压阀控制盘型闸的开起，当操作比例先导伐时，同时压下两个阀，一个阀输出的压力油进主泵的油缸，使主泵向液压马达供油并使其运转。另一个阀输出的压力油供制动系统的液控换向阀，使制动系统向盘型制动器供油，盘型闸制动打开、使提升机运转。当扳回比例先导伐的手柄扳到中立位置时，主泵流量逐渐减小到零，液压马达停止运转，同时液控换向阀由于没有压力油而复位，提升机制动。这样就实现了开始提升运转时，盘型制动闸同时打开，提升机停止运转时，盘型制动闸同时立刻制动，保征了提升机的安全运行。

变频提升机的工作原理：

(1) 异步电动机的转速:

n = n（s） ×(1 - s) =60f (1 - s)/p

式中: n - 电动机转速, r/ min ;

N（s） - 同步转速, r/min ;

f - 电源频率,Hz ;

p - 电动机磁极对数;

s - 转差率。

由上式可看出:如果连续地改变电动机输入电源的频率,即可平滑地调节电动机的转速。因此,调速范围很宽,一般变频器基本上都可达到0～400Hz ,频率调节精度为0. 01Hz ,可以很好的满足矿井提升绞车的恒加速和恒减速无级调速的要求。

(2) 由异步电动机的原理可知,

Φ∝E1 / f1≈V1 / f1

式中:Φ ———磁通,Wb ;

E1 ———外加电压,V ;

V1 ———电动势,V ; 用心做事，追求卓越

4 f1 ———频率,Hz。

为了保持在调速时电动机产生的最大转矩不变,避免线圈和铁芯过热,需维持磁通Φ 恒定。所以,异步电动机在变频调速时,同时需相应地改变定子供电电压的大小。

变频器主要采用交—直—交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。 用心做事，追求卓越

5 图2 变频器原理图

PLC控制系统主要完成绞车从启动、加速、等速、减速到停车的整个过程的逻辑控制；行程测量、控制与指示；故障检测、报警与保护；安全回路及液压站工作制动与安全制动控制等。PLC控制系统受信号系统的控制与闭锁。PLC控制系统主要由两套PLC系统组成，PLC1作为主控制系统，PLC2作为备用系统。

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图3 电控系统图

变频调速系统是根据PLC 控制系统发出的控制指令,通过对绞车交流拖动电动机的转矩和频率控制,来完成对绞车的启动、加速、稳速、减速、停止等运行过程的控制。

信号系统是根据上平台、底车场在具备开车条件后，由信号工以打点的形式，通知司机按要求开车，同时与PLC控制系统之间有各种信号闭锁，可避免因司机误操作造成安全故障。信号系统有严格的逻辑闭锁，并有语音对讲和声光报警功能。

液压提升机的结构形式：

1、轴向柱塞液压马达

主要是利用配油盘和斜盘固定不动，马达轴与缸体相连接一起旋转。当压力油经配油盘的窗口进入缸体的柱塞孔时，柱塞在压力油作 用心做事，追求卓越

7 用下外伸，紧贴斜盘斜盘对柱塞产生一个法向反力，此力可分解为轴向分力及和垂直分力。而垂直分力与柱塞上液压力相平衡，这样垂直分力则使柱塞对缸体中心产生一个转矩，带动马达轴逆时针方向旋转。轴向柱塞马达产生的瞬时总转矩是脉动的。若改变马达压力油输入方向，则马达轴按顺时针方向旋转。斜盘倾角的改变、即排量的变化，不仅影响马达的转矩，而且影响它的转速和转向。斜盘倾角越大，产生转矩越大，转速越低。

2、轴向柱塞泵

该柱塞泵是液压传动的一种液压元件，是把电动机的机械能转换成液体的压力能。该泵具有容积效率高、泄漏小、可在高压下工作、大多用於大功率液压系统；但结构复杂，材料和加工精度要求高、价格贵、对油的清洁度要求高。

3、油箱、滤油器、水冷式冷却器、管路等辅助元件。

变频提升机的结构形式：

1、矿用隔爆型交流变频器

主要采用交—直—交方式，先把交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制等4部分组成。

图4 变频器的基本构成 用心做事，追求卓越

8 2、矿用隔爆型电流电抗器、矿用隔爆型交流滤波器、操作台等辅助设备。

液压提升机的主要技术参数（以南五提升机为例）：

主要技术参数表

机器型号名称 JKY2.5/2.0B

卷筒 直径 mm 2500

宽度 mm 2000

数量 1

提升高度 缠绕一层 m 410

缠绕二层 m 870

缠绕三层 m 1340

钢丝绳 最大直径 mm 31

最大静拉力 KN 74

最大提升速度 m/s 3

主电机 型号 防爆 YB355M3-6(两台)

功率 KW 160

同步转速 转/分 970

辅电机 型号 防爆 YB180L-6(两台)

功率 KW 15

同步转速 转/分 970

主油泵 型号 双联叶片泵 ZBS-H915F(两台)

额定压力 Mpa 32

额定排量 ml/r 915

辅油泵 型号 双联叶片泵 YYB-BC194/48B(两台)

流量 升/分 194/48

压力 Mpa 7

液压马达 型号及其公称排量 升/转 NIM-E20,21.2

转速范围 转/分 0--32

额定压力 Mpa 16 用心做事，追求卓越

9 额定扭矩 KN.M 50.3

最重不可拆分件重量 Kg 5353

最大不可拆分件外形尺寸 mm 2800×400×60

变位质量 Kg 7600

变频提升机的主要技术参数（以南五绞车为例）：

主要技术参数表

机器型号名称 JKB-2.5×2

卷筒 直径 mm 2500

宽度 mm 2000

提升高度 缠绕一层 m 464

缠绕二层 m 1015

缠绕三层 m 1575

钢丝绳 最大直径 mm 26

最大静拉力 KN 90

最大提升速度 m/s 3.62

主电机 型号 YBBP450M-8(1台)

功率 KW 355

同步转速 rpm 750

减速机 型号 防爆 H3SH17+1fan

减速比 I 28

齿式联轴器 型号 CL15

蛇形弹簧联轴器 型号 JSB12

液压站 型号 ZDYB-Ⅱ

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10 附：斜巷主要技术参数

（1）-720新暗斜井：斜长990m、坡度17°

（2）南五老斜巷：斜长1200m,坡度13°～20°

液压提升机与变频提升机的性能比：

提升机的安全保护功能齐备，具有过载、过卷、过速、减速点未减速、闸瓦磨损、高压油过压、补油欠油、短路、断路、零位等故障保护，同时具有油温油位信号。液压提升机具有防爆本安型综合后备保护装置，具有提升深度、速度显示、超速、减速点未减速、过卷、深度指示器失效保护，提升信号显示、等后备保护功能。

1、在提升能力上，4车/钩，每钩用时约11分钟（不包括摘挂钩时间），如果每天按180辆车计算的话，平均每天运行时间T则为： T=180÷4×11=495分钟

而变频提升机每钩用时约8分钟（不包括摘挂钩时间），5车/钩，每天按180辆车计算，则平均每天运行时间T为：

T=180÷5×8=288分钟

所以在提升能力上，液压提升机没有变频提升机的效率高。

2，变频提升机实现了软启动与软停止，使设备运行更加平稳，机械冲击较小，延长了设备的使用寿命。

3、由于在启动、加速、匀速、减速运行时，其负荷是不一样的，变频器根据负荷的不同确定的电流也不一样，这样输出的功