防爆液压提升机电液伺服调速控制方案分析

目前矿井提升机主要有电控和液压两种形式。液压提升机利用液压马达直接或通过减速箱来拖动卷筒而实现容器的升降，具有性能优点、功率质量比大等特点，在煤矿中有广泛的应用，是高瓦斯矿井提升物料、设备和人员的主要设备。近年来，液压提升机面临与电控提升机的竞争，其主要原因是目前的液压提升机自动化水平低，操控性差，以及其液压系统常有的渗漏、故障多、噪声大等问题。以电液伺服控制为代表的现代控制方式将显著提升液压提升机的综合性能，增强其市场竞争力，是液压提升机发展的方向。本文分析了现有液压提升机的液压驱动系统的结构与特点，通过对泵控马达电液伺服调速系统的实验与分析，针对传统液压提升机的自动化改造，提出了两种可行的电液控制方案。

液压提升机采用变量泵控定量马达容积式调速，即司机操作减压式先导阀向比例油缸输入压力逐渐变化的油液，以控制伺服阀阀芯行程，伺服阀又通过差动油缸控制变量泵的斜盘倾角大小，从而改变系统液流的大小和方向，控制液压马达的转速和旋转方向，实现罐笼的升降。简言之，司机操作手柄控制系统流量，实现对负载的升降和运行速度的控制，属于手动开环的控制，其存在以下问题：①开环控制，转速可控性差，位置精度低，严重影响提升效率； ②驱动与制动存在协同性问题，易出现“上坡起动负载瞬时下滑”，停车时压力冲击，危及   运行， ③依靠人工操作和监控，自动化水平低，性差。

要   液压提升机的综合操控性能，   改变现有的手动开环控制模式，进而采取自动闭环控制，而合理的电液伺服控制方案是实现自动闭环控制的问题。

液压提升机是典型的具有大惯性位能负载的大功率泵控马达系统，功率可达1500kW，卷筒直径达2.5m，提升质量达12t，如此的庞然大物，很难在实验室中构建。为模拟液压提升机的运行工况，根据功能和结构相似性，建立了泵控马达电液伺服调速系统。液压调速系统，主要包括驱动回路、补油回路、制动回路、控制回路、热交换回路、高压保护回路和加载系统。

在液压同步整体提升施工中，同一液压提升器一般是通过多根钢绞线共同承受被提升重物的重量。通过提升器上、下锚具的动作切换，提升器可以将被提升对象沿着钢绞线提升到预定位置。为了提升   ，同一提升器中各根钢绞线负载   均衡，不能超过钢绞线   抗拉强度，否则可能造成严重后果。

工程实践证明： 同一提升器中的各根钢绞线在提升过程中能够实现负载的自动均衡。同一提升器中钢绞线负载自动均衡是由于提升器所承受的负载在从其上锚具承受转换到下锚具承受的过程中，受力钢绞线相对于锚具产生滑移，通过具有弹性的钢绞线较终实现负载的自动均衡。

在提升过程中，提升器由于行程的限制，   通过不断的伸缩动作不连续地将被提升对象提升至较终位置。在提升器的一次伸缩动作过程中，要经过两次负载转换： 第 一次是提升器带载伸缸时负载从下锚具承受转换锚具承受；    次是提升器空载缩缸时负载从上锚具承受转换至下锚具承受。因此，同步提升的过程就是负载不断在上锚具和下锚具之间转换的过程。无论是上锚具承载，还是下锚具承载，在锚具锚片夹紧钢绞线的过程中，钢绞线相对于锚具均会产生   的滑移。这种滑移可以分为以下四个部分： 

(1)锚具初始间隙而产生的滑移

尽管在负载转换前锚具油缸向锚片施加了   的液压预紧力，但由于施力的锚具油缸的作用力有   的限制，因而只能使锚孔、锚片和钢绞线三者之间基本接触，但远未达到锚具锁紧状态。锚孔与锚片之间、锚片与钢绞线之间还存在初始间隙。在上下锚具负载转换的过程中，锚具将会利用锚具油缸作用而产生的锚片与钢绞线之间的摩擦力首先初始间隙。在间隙的过程中钢绞线相对于锚具会产生   的滑移。

(2)锚孔变形引起的钢绞线相对于锚具的滑移

随着初始间隙的进一步，钢绞线与锚片咬合锁紧在锚孔中。锚孔内壁将会受到的作用力。锚孔内壁受力后将会产生变形，使得钢绞线与锚片一起向下滑移。滑移量的大小与锚具承受的载荷、锚孔的表面硬度等因素有关。

(3)锚片咬合钢绞线而产生的滑移

为了增加锚片与钢绞线之间的摩擦力，在设计制造时，锚片内表面具有圆弧齿。由于钢绞线的表面硬度远低于锚片圆弧齿的表面硬度，因此在钢绞线与锚片接触的表面上将会产生弹塑性变形。锚片圆弧齿嵌进钢绞线之后，钢绞线将与锚片一起产生向下滑移。滑移量的大小与锚具所承受的载荷、钢绞线的表面硬度等因素有关。

(4)钢绞线与锚片之间的垂直滑移

钢绞线与锚片之间除了上述的锚片圆弧齿咬合钢绞线而产生的滑移之外，由于所承受的垂直负载的作用，钢绞线与锚片之间还会产生与负载方向一致的垂直滑移。滑移量的大小也与锚具负载有关。