防爆液壓提升機電液伺服調速控制方案分析

目前礦井提升機主要有電控和液壓兩種形式。液壓提升機利用液壓馬達直接或通過減速箱來拖動卷筒而實現容器的升降，具有性能優點、功率質量比大等特點，在煤礦中有廣泛的應用，是高瓦斯礦井提升物料、設備和人員的主要設備。近年來，液壓提升機面臨與電控提升機的競爭，其主要原因是目前的液壓提升機自動化水平低，操控性差，以及其液壓系統常有的滲漏、故障多、噪聲大等問題。以電液伺服控制為代表的現代控制方式將顯著提升液壓提升機的綜合性能，增強其市場競爭力，是液壓提升機發展的方向。本文分析了現有液壓提升機的液壓驅動系統的結構與特點，通過對泵控馬達電液伺服調速系統的實驗與分析，針對傳統液壓提升機的自動化改造，提出了兩種可行的電液控制方案。

液壓提升機采用變量泵控定量馬達容積式調速，即司機操作減壓式先導閥向比例油缸輸入壓力逐漸變化的油液，以控制伺服閥閥芯行程，伺服閥又通過差動油缸控制變量泵的斜盤傾角大小，從而改變系統液流的大小和方向，控制液壓馬達的轉速和旋轉方向，實現罐籠的升降。簡言之，司機操作手柄控制系統流量，實現對負載的升降和運行速度的控制，屬于手動開環的控制，其存在以下問題：①開環控制，轉速可控性差，位置精度低，嚴重影響提升效率； ②驅動與制動存在協同性問題，易出現“上坡起動負載瞬時下滑”，停車時壓力沖擊，危及   運行， ③依靠人工操作和監控，自動化水平低，性差。

要   液壓提升機的綜合操控性能，   改變現有的手動開環控制模式，進而采取自動閉環控制，而合理的電液伺服控制方案是實現自動閉環控制的問題。

液壓提升機是典型的具有大慣性位能負載的大功率泵控馬達系統，功率可達1500kW，卷筒直徑達2.5m，提升質量達12t，如此的龐然大物，很難在實驗室中構建。為模擬液壓提升機的運行工況，根據功能和結構相似性，建立了泵控馬達電液伺服調速系統。液壓調速系統，主要包括驅動回路、補油回路、制動回路、控制回路、熱交換回路、高壓保護回路和加載系統。

在液壓同步整體提升施工中，同一液壓提升器一般是通過多根鋼絞線共同承受被提升重物的重量。通過提升器上、下錨具的動作切換，提升器可以將被提升對象沿著鋼絞線提升到預定位置。為了提升   ，同一提升器中各根鋼絞線負載   均衡，不能超過鋼絞線   抗拉強度，否則可能造成嚴重后果。

工程實踐證明： 同一提升器中的各根鋼絞線在提升過程中能夠實現負載的自動均衡。同一提升器中鋼絞線負載自動均衡是由于提升器所承受的負載在從其上錨具承受轉換到下錨具承受的過程中，受力鋼絞線相對于錨具產生滑移，通過具有彈性的鋼絞線較終實現負載的自動均衡。

在提升過程中，提升器由于行程的限制，   通過不斷的伸縮動作不連續地將被提升對象提升至較終位置。在提升器的一次伸縮動作過程中，要經過兩次負載轉換： 第 一次是提升器帶載伸缸時負載從下錨具承受轉換錨具承受；    次是提升器空載縮缸時負載從上錨具承受轉換至下錨具承受。因此，同步提升的過程就是負載不斷在上錨具和下錨具之間轉換的過程。無論是上錨具承載，還是下錨具承載，在錨具錨片夾緊鋼絞線的過程中，鋼絞線相對于錨具均會產生   的滑移。這種滑移可以分為以下四個部分： 

(1)錨具初始間隙而產生的滑移

盡管在負載轉換前錨具油缸向錨片施加了   的液壓預緊力，但由于施力的錨具油缸的作用力有   的限制，因而只能使錨孔、錨片和鋼絞線三者之間基本接觸，但遠未達到錨具鎖緊狀態。錨孔與錨片之間、錨片與鋼絞線之間還存在初始間隙。在上下錨具負載轉換的過程中，錨具將會利用錨具油缸作用而產生的錨片與鋼絞線之間的摩擦力首先初始間隙。在間隙的過程中鋼絞線相對于錨具會產生   的滑移。

(2)錨孔變形引起的鋼絞線相對于錨具的滑移

隨著初始間隙的進一步，鋼絞線與錨片咬合鎖緊在錨孔中。錨孔內壁將會受到的作用力。錨孔內壁受力后將會產生變形，使得鋼絞線與錨片一起向下滑移?；屏康拇笮∨c錨具承受的載荷、錨孔的表面硬度等因素有關。

(3)錨片咬合鋼絞線而產生的滑移

為了增加錨片與鋼絞線之間的摩擦力，在設計制造時，錨片內表面具有圓弧齒。由于鋼絞線的表面硬度遠低于錨片圓弧齒的表面硬度，因此在鋼絞線與錨片接觸的表面上將會產生彈塑性變形。錨片圓弧齒嵌進鋼絞線之后，鋼絞線將與錨片一起產生向下滑移?；屏康拇笮∨c錨具所承受的載荷、鋼絞線的表面硬度等因素有關。

(4)鋼絞線與錨片之間的垂直滑移

鋼絞線與錨片之間除了上述的錨片圓弧齒咬合鋼絞線而產生的滑移之外，由于所承受的垂直負載的作用，鋼絞線與錨片之間還會產生與負載方向一致的垂直滑移?；屏康拇笮∫才c錨具負載有關。