安全制动串联冗余二级制动液压站及其控制方法

摘要

一种安全制动串联冗余二级制动液压站及其控制方法，液压站包括:油泵、电机、比例溢流阀、溢流阀、单向节流阀、蓄能器、监测阀位的传感器、B管制动器、A管制动器和电磁换向阀，一条通道要导通采用两个并联的电磁换向阀连接实现并联冗余导通，一条通道要阻断采用两个串联的电磁换向阀连接实现串联冗余阻断。采用两个串联的电磁换向阀，将B管制动器的压力油路与比例溢流阀的残压油路阻断，使B管制动器维持井中二级安全制动的第一级制动油压值。安全制动时有三条通道，每条都是通过同时动作的两个电磁换向阀达到冗余，若每条都有一个电磁换向阀出现换位故障，仍能完成本次安全制动，监测阀位的传感器诊断到换位故障，报警或闭锁下次开车。

权利要求

1.一种安全制动串联冗余二级制动液压站的控制方法，采用安全制动串联冗余二级制动液压站，安全制动串联冗余二级制动液压站包括油泵(1)、电机(2)、比例溢流阀(3)、溢流阀(4)、单向节流阀(5)、蓄能器(6)、监测阀位的传感器（7）、B管制动器(8)、A管制动器(9)和电磁换向阀，其特征在于：所述的比例溢流阀(3)连接油泵(1)，所述的B管制动器(8)连接油泵(1)的管路上设有两个串联的电磁换向阀G4、G44，B管制动器(8)连接油箱的管路上设有两个并联的电磁换向阀G5、G55，B管制动器(8)与蓄能器(6)和溢流阀(4)的前腔连接，溢流阀(4)的后腔通过两个并联的电磁换向阀G3、G33与油泵(1)和油箱连接；所述A管制动器(9)与油泵(1)和油箱相通的管路上设有两个并联的电磁换向阀G3、G33；所有的电磁换向阀上均设有监测阀位的传感器（7），其特征在于包括如下过程：提升机系统正常工作时，电磁换向阀G3、G33、G4、G44、G5、G55全部通电，由比例溢流阀(3)调节的压力油分别通过两个并联的电磁换向阀G33、G3右位和两个串联的电磁换向阀G44、G4右位进入A管制动器(9)和B管制动器（8），比例溢流阀（3）电压逐渐升到工作电压，油压逐渐升到工作油压，制动器开闸提升机正常运转；同时，工作油压的压力油通过单向节流阀（5）中的单向阀进入蓄能器（6），溢流阀（4）的前腔和后腔的压力油都为工作油压，溢流阀（4）的阀芯处于关闭状态；

提升机系统工作制动时，比例溢流阀（3）的输入电压从工作电压逐渐降到零，相应的油压从工作油压逐渐降到残压，制动器合闸提升机制动；

当提升机系统发生故障，包括全矿断电、超速、倒转时，提升机系统实现安全制动，电机(2)断电，油泵(1)停止供油，比例溢流阀（3）断电；A管制动器(9)中的压力油从两个并联的电磁换向阀G3、G33同时断电换到左位回油箱，A管制动器(9)迅速制动。

2.根据权利要求1所述的安全制动串联冗余二级制动液压站的控制方法，其特征在于：

所述提升机系统分为两种不同情况实现安全制动如下：

1）当提升容器位于井中发生故障时的井中二级安全制动：B管制动器（8）的压力油与比例溢流阀（3）的残压油路被两个串联的电磁换向阀G4、G44同时断电换到左位阻断，使B管制动器（8）成为闭合回路，溢流阀（4）的后腔经过两个并联的电磁换向阀G3、G33同时断电换到左位回油箱，实现定压溢流；此时调定溢流阀（4）的油压为二级制动的第一级制动油压，调定延时时间为小于10秒，在延时过程中，蓄能器（6）起稳压和补油作用，通过调节单向节流阀（5）中的节流阀开口大小调节其补油量，第一级制动油压值不变，实现井中第一级安全制动；延时时间结束，B管制动器（8）的压力油经过两个并联的电磁换向阀G5、G55同时断电换到左位回油箱，使油压迅速降到零，实现井中第二级安全制动，达到全制动状态；

2）当提升容器位于井口发生故障时的井口一级安全制动：应立即停车，电磁换向阀G4、G44仍处在通电导通状态，B管制动器（8）的压力油，经过电磁换向阀G4、G44右位流入比例溢流阀(3)回油箱，同时经过两个并联的电磁换向阀G5、G55同时断电换到左位回油箱，B管制动器（8）迅速制动，实现井口一级安全制动，达到全制动状态，盘式制动器空动时间不超过

0.3秒。

说明书

安全制动串联冗余二级制动液压站及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种安全制动冗余液压站及其方法，尤其是一种适用于提升机制动器或其它机器制动器的安全制动串联冗余二级制动液压站及其控制方法。

背景技术

[0002] 2016年10月1日执行的《煤矿安全规程》第425条规定：安全制动必须有并联冗余的回油通道。

[0003] 2013年07月出版的《矿井提升机故障处理和技术改造》第186页图4-45所示E149A液压站，两个电磁换向阀11虽然并联但不冗余，怎样才能称为并联冗余在一条通道上并联的两个电磁换向阀，有一个出现换位故障，仍能完成本次安全制动，称为并联冗余。井中实施第一级安全制动时，根据第187页表4-20，比例溢流阀6断电，电动机4断电，液压泵3停止供油，B管制动器的压力油经过并联的两个电磁换向阀11同时断电换到右位与溢流阀18、蓄能器19导通，油压迅速降到溢流阀18调定第一级制动油压，调定延时时间为小于10秒，在延时过程中，蓄能器19起稳压和补油作用，第一级制动油压值基本不变，实现井中第一级安全制动；并联的两个电磁换向阀11任一个出现换位故障，若右边电磁换向阀11出现断电未换位处在左位的换位故障，B管制动器的压力油经过右边电磁换向阀11左位与比例溢流阀6导通回油箱，油压瞬间降为零，B管制动器突然制动，没有完成井中第一级安全制动功能，井中全速行驶的提升容器的巨大惯性可能导致断绳或滑绳事故，说明并联的两个电磁换向阀11不冗余，分析其原因：B管制动器和溢流阀18要导通用两个电磁换向阀11并联连接虽然是冗余的，但B管制动器和比例溢流阀要阻断用两个电磁换向阀11并联连接不冗余。

[0004] ZL200810023108.7的专利高可靠性回油二级制动液压站及其控制方法，附图2中，实施井中第一级安全制动时，油泵1停止供液和电液调压装置3断电，制动器8的压力油，与电液调压装置3的残压油路被串联的电磁换向阀G4、G9同时断电换到左位阻断，使制动器8成为闭合回路，从电磁换向阀G4左位进入溢流阀6定压溢流，维持井中第一级制动油压。若电磁换向阀G4出现处在中间位置的换位故障，阻断了制动器8的压力油通往溢流阀6的通道，制动器8的压力油仍为开闸工作压力，没有达到井中第一级制动油压，导致井中第一级制动失灵，说明串联的两个电磁换向阀G4、G9不冗余，分析其原因：虽然制动器8的油路与电液调压装置3的油路要阻断用两个电磁换向阀G4、G9串联连接是冗余的。但制动器8的油路和溢流阀6的油路要导通用两个电磁换向阀G4、G9串联连接不冗余。

[0005] 现有二级制动液压站，存在的问题是：(1)安全制动时制动闸组与断电的比例溢流阀需要阻断采用两个并联的电磁换向阀连接不能实现冗余阻断，两个并联的电磁换向阀任一个出现故障，制动闸组的压力油经过故障的电磁换向阀与断电的比例溢流阀导通流回油箱，制动闸组迅速制动，没有保住二级制动所需油压值，导致二级制动失灵，可能出现断绳或滑绳事故；(2)安全制动时，制动闸组与溢流阀需要导通采用两个串联的电磁换向阀连接不能实现冗余导通，若第一个电磁换向阀出现处在中间位置不导通的换位故障，阻断了制动闸组压力油通往溢流阀的通道，制动闸组的压力油仍为开闸工作压力，没有达到井中第一级制动油压，导致井中第一级制动失灵。实现冗余是目的，两个电磁换向阀并联不冗余、两个电磁换向阀串联不冗余，《煤矿安全规程》第425条规定：安全制动必须有并联冗余的回油通道，并联不等于冗余，“并联冗余”的提法是不恰当的，实现安全制动冗余是目的，不论用何种联接方法必须达到冗余。安全制动冗余通道的概念理解为，通过安装同时动作的两个电磁换向阀，任一个电磁换向阀出现故障，仍能完成本次安全制动，同时监测到电磁换向阀的故障报警或闭锁下次开车。当用并联达不到冗余时，突破“并联冗余”的误区，探索两个电磁换向阀实现冗余的联接方法。

发明内容

[0006] 技术问题：本发明的目的是针对已有技术中存在的不足之处，提供一种结构简单、使用效果好的安全制动串联冗余二级制动液压站及其控制方法，通过用两个并联的电磁换向阀连接实现并联冗余导通，或用一条通道阻断用串联的两个电磁换向阀连接实现串联冗余阻断。

[0007] 技术方案：本发明的安全制动串联冗余二级制动液压站，包括:油泵、电机、比例溢流阀、溢流阀、单向节流阀、蓄能器、监测阀位的传感器、B管制动器、A管制动器和电磁换向阀，所述的比例溢流阀连接油泵，所述的B管制动器连接油泵的管路上设有两个串联的电磁换向阀，B管制动器连接油箱的管路上设有两个并联的电磁换向阀，B管制动器与蓄能器和溢流阀的前腔连接，溢流阀的后腔通过两个并联的电磁换向阀与油泵和油箱连接；所述A组制动闸与油泵和油箱相通的管路上设有两个并联的电磁换向阀；所有的电磁换向阀上均设有监测阀位的传感器。

[0008] 上述的安全制动串联冗余二级制动液压站的控制方法，包括如下过程：

[0009] 提升机系统正常工作时，电磁换向阀全部通电，由比例溢流阀调节的压力油分别通过两个并联的电磁换向阀右位和两个串联的电磁换向阀右位进入A管制动器和B管制动器，比例溢流阀电压逐渐升到工作电压，油压逐渐升到工作油压，制动器开闸提升机正常运转；同时，工作油压的压力油通过单向节流阀中的单向阀进入蓄能器，溢流阀的前腔和后腔的压力油都为工作油压，溢流阀的阀芯处于关闭状态；

[0010] 提升机系统工作制动时，比例溢流阀的输入电压从工作电压逐渐降到零，相应的油压从工作油压逐渐降到残压，制动器合闸提升机制动；

[0011] 当提升机系统发生故障，包括全矿断电、超速、倒转时，提升机系统实现安全制动，电机断电，油泵停止供油，比例溢流阀断电；A管制动器中的压力油从两个并联的电磁换向阀同时断电换到左位回油箱，A管制动器迅速制动。

[0012] 所述提升机系统分为两种不同情况实现安全制动如下：

[0013] 1)当提升容器位于井中发生故障时的井中二级安全制动：B管制动器的压力油与比例溢流阀的残压油路被两个串联的电磁换向阀同时断电换到左位阻断，使B管制动器成为闭合回路，溢流阀的后腔经过两个并联的电磁换向阀同时断电换到左位回油箱，实现定压溢流；此时调定溢流阀的油压为二级制动的第一级制动油压，调定延时时间为小于10秒，在延时过程中，蓄能器起稳压和补油作用，通过调节单向节流阀中的节流阀开口大小调节其补油量，第一级制动油压值基本不变，实现井中第一级安全制动；延时时间结束，B管制动器的压力油经过两个并联的电磁换向阀同时断电换到左位回油箱，使油压迅速降到零，实现井中第二级安全制动，达到全制动状态；

[0014] 2)当提升容器位于井口发生故障时的安全制动：应立即停车，电磁换向阀仍处在通电导通状态，B管制动器的压力油经过电磁换向阀右位流入比例溢流阀回油箱，同时经过两个并联的电磁换向阀同时断电换到左位回油箱，B管制动器迅速制动，实现井口一级安全制动，达到全制动状态，满足《煤矿安全规程》第426条盘式制动器空动时间不得超过0.3秒的规定。

[0015] 有益效果：由于采用了上述技术案，本发明的安全制动串联冗余二级制动液压站及其控制方法，解决了现有技术中两个电磁换向阀并联不冗余、两个电磁换向阀串联不冗余的问题。本发明安全制动时，一条通道需要导通采用并联的两个电磁换向阀连接实现并联冗余导通，一条通道需要阻断采用两个串联的电磁换向阀连接实现串联冗余阻断。其优点是：参与安全制动的所有条通道都冗余，即所有条通道都设置两个同时动作的电磁换向阀，若每条通道都有一个电磁换向阀出现换位故障，仍能完成本次安全制动，同时监测到电磁换向阀的故障报警或闭锁下次开车。具体实施是：(1)安全制动时，B管制动器与断电的比例溢流阀需要阻断采用两个串联的电磁换向阀连接实现串联冗余阻断，完成本次安全制动功能；两个串联的电磁换向阀任一个出现故障，被换位正确电磁换向阀阻断，仍能完成本次安全制动功能，解决了现有技术中两个电磁换向阀并联不冗余的问题。(2)A管制动器与油箱需要导通采用两个并联的电磁换向阀连接实现并联冗余导通，完成本次安全制动功能；两个并联的电磁换向阀任一个出现故障，通过换位正确电磁换向阀导通，仍能完成本次安全制动功能，解决了现有技术中两个电磁换向阀串联不冗余的问题。其结构简单，操作方便，使用效果好，具有广泛的实用性。

附图说明

[0016] 图1为本发明的安全制动串联冗余二级制动液压站工作原理示意图

[0017] 图中：油泵-l，电机-2，比例溢流阀-3，溢流阀-4，单向节流阀-5，蓄能器-6，监测阀位的传感器-7，B管制动器-8，A管制动器-9，电磁换向阀-G3、G33、G4、G44、G5、G55。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：

[0019] 如图1所示，本发明的安全制动串联冗余二级制动液压站，由油泵1、电机2、比例溢流阀3、溢流阀4、单向节流阀5、蓄能器6、监测阀位的传感器7、B管制动器8、A管制动器9和电磁换向阀构成。所述的比例溢流阀3连接油泵1，所述的B管制动器8连接油泵1的管路上设有两个串联的电磁换向阀G4、G44，B管制动器8连接油箱的管路上设有两个并联的电磁换向阀G5、G55，B管制动器8与蓄能器6和溢流阀4的前腔连接，溢流阀4的后腔通过两个并联的电磁换向阀G3、G33与油泵1和油箱连接；所述A组制动闸9与油泵1和油箱相通的管路上设有两个并联的电磁换向阀G3、G33；所有的电磁换向阀上均设有监测阀位的传感器7。

[0020] 上述安全制动串联冗余二级制动液压站的控制方法，具体过程如下：

[0021] 液压站为制动器提供不同油压的压力油，油压的变化由比例溢流阀3来调节；当提升机系统正常工作时，6个电磁换向阀G3、G33、G4、G44、G5、G55全部通电，由比例溢流阀(3)调节的压力油分别通过两个并联的电磁换向阀G33、G3右位和两个串联的电磁换向阀G44、G4右位进入A管制动器9和B管制动器8，司机可以通过调节比例溢流阀3的电压来实现油压的变化，从而达到调节制动力矩的目的。比例溢流阀3电压逐渐升到工作电压，油压逐渐升到工作油压，制动器开闸提升机正常运转；同时，工作油压的压力油通过单向节流阀5中的单向阀进入蓄能器6，溢流阀4的前腔和后腔的压力油都为工作油压，溢流阀4的阀芯处于关闭状态；

[0022] 提升机系统工作制动时，比例溢流阀3的输入电压从工作电压逐渐降到零，相应的油压从工作油压逐渐降到残压，制动器合闸提升机制动；

[0023] 当提升机系统发生故障，包括全矿断电、超速、倒转时，提升机系统实现安全制动，电机2断电，油泵1停止供油，比例溢流阀3断电；A管制动器9中的压力油从两个并联的电磁换向阀G3、G33同时断电换到左位回油箱，A管制动器9迅速制动，所述的安全制动分为两种不同情况：

[0024] 1)当提升容器位于井中发生故障时的井中二级安全制动：B管制动器8的压力油与比例溢流阀3的残压油路被两个串联的电磁换向阀G4、G44同时断电换到左位阻断，使B管制动器8成为闭合回路，溢流阀4的后腔经过两个并联的电磁换向阀G3、G33同时断电换到左位回油箱，实现定压溢流；此时调定溢流阀4的油压为二级制动的第一级制动油压，调定延时时间为小于10秒，在延时过程中，蓄能器6起稳压和补油作用，通过调节单向节流阀5中的节流阀开口大小调节其补油量，第一级制动油压值基本不变，实现井中第一级安全制动；延时时间结束，B管制动器8的压力油经过两个并联的电磁换向阀G5、G55同时断电换到左位回油箱，使油压迅速降到零，实现井中第二级安全制动，达到全制动状态；

[0025] 2)当提升容器位于井口发生故障时的井口一级安全制动：应立即停车，电磁换向阀G4、G44仍处在通电导通状态，B管制动器8的压力油经过电磁换向阀G4、G44右位流入比例溢流阀3回油箱，同时经过两个并联的电磁换向阀G5、G55同时断电换到左位回油箱，B管制动器8迅速制动，实现井口一级安全制动，达到全制动状态，满足《煤矿安全规程》第426条盘式制动器空动时间不得超过0.3秒的规定。

[0026] 工作原理：安全制动时，一条通道要导通，用两个并联的电磁换向阀连接实现并联冗余导通，以A管制动器9和油箱要导通为例说明，用两个并联的电磁换向阀G3、G33连接，两个并联的电磁换向阀G3、G33同时断电换到左位回油箱，A管制动器9迅速制动。两个并联的电磁换向阀G3、G33任一个出现换位故障，若电磁换向阀G3出现卡在中间不导通的换位故障，压力油从换位正确的电磁换向阀G33断电换到左位回油箱，A管制动器9迅速制动，仍完成本次安全制动功能；或若电磁换向阀G33出现卡在中间不导通的换位故障，压力油从换位正确的电磁换向阀G3断电换到左位回油箱，A管制动器9迅速制动，仍完成本次安全制动功能；监测阀位的传感器7诊断到换位故障报警或闭锁下次开车。安全制动时，一条通道要导通，用两个并联的电磁换向阀连接实现并联冗余导通的还有：B管制动器8和油箱要导通，用两个并联的电磁换向阀G5、G55连接实现并联冗余导通。

[0027] 安全制动时，一条通道要阻断，用两个串联的电磁换向阀连接实现串联冗余阻断，具体实施：当提升容器处在井中，B管制动器8和比例溢流阀3的残压油路要阻断，用两个串联的电磁换向阀G4、G44连接，两个串联的电磁换向阀G4、G44同时断电换到左位阻断，使B管制动器8成为闭合回路。若两个串联的电磁换向阀G4、G44任一个出现换位故障，例电磁换向阀G44出现未换到左位的换位故障，B管制动器8和比例溢流阀3的残压油路被换位正确的电磁换向阀G4断电换到左位阻断，同样达到使B管制动器8成为闭合回路的功能，实现串联冗余，监测阀位的传感器7诊断到换位故障报警或闭锁下次开车。

[0028] 在安全制动时，共有三条通道：B管制动器8和比例溢流阀3的残压油路要阻断，用两个串联的电磁换向阀G4、G44连接实现串联冗余；B管制动器8和油箱要导通，用两个并联的电磁换向阀G5、G55连接实现并联冗余；A管制动器9和油箱要导通，用两个并联的电磁换向阀G3、G33连接实现并联冗余。三条通道都冗余，若每条通道中同时换位动作的两个电磁换向阀都有一个阀出现换位故障，仍能完成本次安全制动，已设置监测阀位的传感器，诊断到换位故障，报警或闭锁下次开车。