矿井提升机制动系统的联合模拟分析研究
时间：2023-02-12 14:45:04 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
张丽枝
（晋能控股煤业集团大斗沟煤业有限公司，山西 大同 037000）
矿井提升机是井下煤矿生产中集机、电、液一体的生产设备之一，属于矿井上下重要的运输设备[1]，担负着运输矸石、煤炭，提升井下设备和作业人员以及下放物料等任务，是贯通井上井下的主要枢纽[2]，因此，提升机在矿井生产中有着不可替代的作用[3]。矿井提升机依照类型分为摩擦式、缠绕式和内装式三种，其中缠绕式是将钢丝绳的一端在提升机滚筒上固定，并缠绕于滚筒，另一端绕过天轮与提升容器连接，依靠滚筒的正反转实现重物提升下降[4]；
摩擦式是依靠摩擦力，带动主动轮和钢丝绳一起动作，使钢丝绳带动下方悬挂的提升容器提升下降；
内装式是将电机装在摩擦轮内部，摩擦轮与电机转子成一体[5]。提升机的主要组成有工作机构、机械传动系统、润滑系统、制动系统、液压传动装置、观测和操作系统、控制和保护系统及辅助部分等[6]，其中制动系统包括制动器、液压传动装置及制动闸盘，而其中的制动系统又是井下提升机的核心装置系统，对井下煤矿生产安全发挥着重要的作用[7]。因此，本文应用软件AMESim与ADAMS联合对提升机制动系统的动态特性进行仿真分析，进而实现提升机提升系统的稳定安全性，保证矿井人员和设备的安全生产。
针对矿井提升机系统的动态特性，本文应用AMESim[8]和ADAMS[9]对其进行联合仿真，并通过分析提升机主轴装置运行情况确定影响其制动性能的因素，从而得到影响提升机制动系统的主要参数及规律分布情况。
在软件AMESim中，本文预先对所有液压仿真的相关参数进行设置，同时，依据提升机盘式制动器与主轴装置的参数，在软件ADAMS中也对相对应参数进行设置，最后通过改变液压系统中的变量值[10]，研究提升机在二级制动过程中主要参数对主轴装置运行情况的影响，从而得到对其制动性能的影响规律。
1.1 弹簧刚度对卷筒角速度的影响分析
在软件AMESim中，其余参数不变，分别设置弹簧刚度大小是1×105N/m、3×105N/m、5×105N/m、8×105N/m，在二级制动过程中，应用软件ADAMS得到主轴装置的角速度变化情况，如图1所示。
图1 不同弹簧刚度对卷筒角速度的变化曲线
从图1中可看出，弹簧刚度在很大程度上影响着井下提升机卷筒的制动过程，提升机卷筒制动的停止用时随着弹簧刚度的增加而越长，但是，当弹簧刚度大于5×105N/m以上时，提升机卷筒制动用时不再出现继续增加。
1.2 液压管路对卷筒角速度的影响分析
在软件AMESim中，连接与固定卷筒中的盘式制动器和液压系统的液压管路长度分别设置是1 m、3 m、5 m及8 m，同样应用软件ADAMS得到在二级制动中主轴装置的角速度变化情况，如图2所示。
从图2中可看出，连接与固定卷筒中的盘式制动器和液压系统的液压管路长度增大时，提升机制动用时也相应地增加，主要是因为与制动器相连接的液压管路长度越大，液压管路的沿程压力阻力就会越大，从而使液压系统的反应降低，直接导致盘式制动器的动作也减缓，从而使形成的正压力就比较小，因此提升机制动用时就会变长。
图2 不同液压管路长度对卷筒角速度的变化曲线
1.3 电磁换向阀固有频率对卷筒角速度的影响分析
在软件AMESim中，分别设置固有频率大小是10 Hz、20 Hz、40 Hz、60 Hz，应用软件ADAMS联合仿真得到在二级制动中主轴装置的角速度变化情况，如图3所示。
图3 不同换向阀固有频率对卷筒角速度的变化曲线
从图3中可看出，当不断增加电磁换向阀的固有频率时，矿井提升机卷筒的制动用时稍有增大，但是，当固有频率大于10 Hz以上时，卷筒的角速度不再有明显的变化。
1.4 紧急制动油压对卷筒角速度的影响分析
在软件AMESim中，分别设置溢流阀的启动压力大小值是1 MPa、2 MPa及2.5 MPa，即分析不同二级制动保压油对卷筒运行情况的影响，得到如图4所示的在二级制动中主轴装置的角速度变化情况。
图4 不同紧急制动油压对卷筒角速度的变化曲线
从图4中可看出，当紧急制动油压不断增大时，卷筒角速度减小至0的用时不断增长，当制动油压是1 MPa时，卷筒在二级制动保压时段就已经停止动作；
当制动油压是2 MPa、2.5 MPa时，在二级制动保压阶段3 s，卷筒进入全制动阶段后才开始加速停止，主要是因为随着紧急制动油压的增大，蝶形弹簧作用在卷筒上的正压力值反而会变小，使卷筒的制动用时增长。
1.5 紧急制动油压对主轴减速振动的影响分析
在软件AMESim中，其余参数不变，分别设置不同紧急制动油压大小值是1 MPa、2 MPa、2.5 MPa，应用软件ADAMS仿真得到提升机主轴装置沿径向X、Y方向的加速度变化情况，如图5所示。
图5 不同紧急制动油压沿X和Y方向上的加速度变化曲线
从图5中可看出，提升机卷筒在二级制动过程中，紧急制动开始时间2 s，当紧急制动油压逐渐增大时，主轴装置沿径向X和Y方向上的加速度振动幅度是不断减小的，这样主轴装置在紧急制动过程中就会越平稳。因此，对紧急制动油压大小进行合理调节，可以很大程度上使提升机制动的平稳安全性提高。
本文以矿井提升机为对象，应用软件ADAMS与AMESim联合对其制动系统的动态特性进行仿真分析，并获得提升机在紧急制动过程中液压系统主要参数对主轴装置运行的变化情况，结论是：
1）应用AMESim软件，分析提升机在紧急制动过程中，不同参数液压管路长度、电磁换向阀固有频率、弹簧刚度对主轴配置的影响研究，并结合软件ADAMS获得不同参数在二级制动过程中卷筒角速度的影响规律。
2）随弹簧刚度增大，卷筒制动用时就越长，且当达到一定值后，不再增加；
随液压管路增大，卷筒制动用时也随之增大；
随电磁换向阀固有频率增大，卷筒制动用时稍有增大，当达到一定值后，不再变化；
随紧急制动油压增大，提升机紧急制动过程中的减速制动时间就更长；
且随制动油压增大，主轴配置沿径向X和Y方向上的加速度振幅不断减小，表明制动过程更平稳。
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