矿山斜井运输设备智能制动器技术创新

矿山斜井运输设备智能制动器技术创新

韩志鹏  李杰

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摘要：随着数字化、信息化、智能化等技术在我国的应用越来越广泛，智能化、信息化、智能化已初具规模。针对目前盘式刹车运行中存在着靠经验进行周期性更换，而不能精确判定其损坏程度的问题，一种制动器在线检测系统，打造智能制动器。本文通过对斜井运输设备制动器的分类，对现行的盘式制动器在使用过程中存在的问题进行了分析，并对其工作原理、监测系统的设计、全冗余恒扭矩油缸等做了较为详尽的说明。

关键词：矿山斜井；运输设备；智能制动器技术

引言

在智能矿山建设的背景下，面对新的发展理念和方向，大型化、智能化的采矿设备以及采矿技术的适应和升级是必然要求。一方面，研究并引入适用于智能化开采的采矿技术，促进采掘效率高、钻孔相对集中、采点相对固定的开采方式，改变传统的爆破、运输等多个环节分散的弊端。同时，也要加速智能化开采与运输设备的研发与制造，深化智能化钻探与开采设备的高效应用。斜井运输中，制动器是一项十分重要的工作，对其进行智能化革新改造势在必行，是实现斜井运输设备智能化的必由之路。

1.斜井运输设备及制动器

轨道矿车、箕斗和皮带运输机等设备是煤矿斜井的提升和运输设备，在这些运输设备的正常运转中，制动器起到了不容忽视的作用，它在保证运输设备的安全运转方面起到了很大的作用，在某种程度上也限制了煤矿的安全生产。自近代以来，由于科学技术的发展和工业社会的发展，各种类型的制动器被开发出来，其功能更精确。随着智能建筑的不断发展，对智能制动器的研究也逐渐兴起，当前矿井输送装备上使用的制动器有多种结构，其中使用最多的是钳盘式制动器、磁粉制动器和电磁制动器。

2.斜井（巷）基本现状

1502个斜井（巷）总数10514个，总长7768966m，平均每个矿井有7个斜井（巷）517个，单个矿井的斜井（巷）最多28个。截至2018年底，我国共有5800座矿井，全国斜井（巷）总数已突破40000余座，总长近30000km。

3.应用于斜井运输设备上的智能制动器

本项目针对目前盘式刹车存在的摩擦材料仅靠经验而不能精确判定其损坏程度的问题，采用温度、位移传感器对其进行测量，并经计算机处理与分析，可有效地实现摩擦片表面温度与（磨耗）位移的实时监测与存储，一旦温度、位移超过限制，或者摩擦片的热疲劳强度超过临界值，就会发出警报。通过监测正制动压力的智能制动器，解决用监控盘弹簧力代替正制动压力带来的安全问题。为了从原理上纠正传统制动力矩测量方法的误差，研制渐开线制动力矩测量装置，实现制动力矩的在线监测。二次制动液全路冗余，采用并联导油回油组与串联组合保压方式，达到了冗余性。当制动器发生故障时，手动机械延时辅助刹车装置可以起到应急作用。监测与显示设备使用了工业电阻式触摸屏与数据采集设备之间的数据通讯，没有传输损失，布线也非常简单。该系统利用ARM芯片进行了主控制器的设计，并提供子模块的自诊断和参数配置。

3.1.智能制动器的监控系统设计

智能制动器监控设备的主机主要使用的是12.1in（30.734cm）TFT工业级电阻触摸屏，以此来进行人机界面的智能交换，从而减少或消除传统的受病毒、干扰、底层硬件和软件驱动程序等影响的工业计算机。整个设备由ARM专用电路板设计实现，还可以进行参数设置。主机采用WIFI无线通信，省去了繁琐的布线，独立的安装接口，可以安装在车库的任何位置；其子模块具有自诊断功能，可以实现实时监控。计算机与ECU连接，利用计算机建立被控对象的虚拟模型，计算机向ECU发送被控对象的仿真数据，ECU则将分析计算得到的数据或者控制策略上传给电脑，然后人工对数据进行分析判断。在仿真试验过程中，硬件不仅可以验证ECU控制策略以及液压补偿系统油路块逻辑是否正确，而且可以减少现场试验的次数，缩短研发周期，并降低研发成本，对于智能制动器而言，力传感器测量的是碟簧制动力与液压补偿力两者的和，即总制动力。监控系统的主要目的是利用计算机依据建立的制动模型向ECU发送制动力，力传感器测量液压补偿力，FCU计算的总制动力矩等于制动力和补偿力之和。具体是把ECU与力传感器以及液压补偿系统各电磁阀相连，并通过串口数据线与电脑连接，同时还要另外设置一个液压缸作为补偿液压缸，并与液床补偿油路块相连。力传感器一端固定，另一端与补偿液压缸活塞相连，以便测量液压补偿力的大小。上位机计算机通过LabVIEW软件与ECU进行串口通信。LabVIEW可以将制动力模型数据通过出口发送给ECU，接收ECU反馈回来的逻辑判断和计算数据，判断智能制动器是否存在损坏，或者对制动器的工作循环次数、制动力以及液压补偿系统工作情况进行一系列的监测，并以图表和指示灯的形式直观显示出来。

3.2.建立全冗余恒转矩液压站

全冗余恒转矩液压站的建立是为了更好地对运输设备进行安全制动，减少因特殊情况而产生的制动失败，以及制动不彻底，从而有效避免因运输设备故障而产生的煤矿斜井运输事故，增加了煤矿生产的安全系数。当监控系统能够监测到采用正制动压力的时候，要避免将正制动压力替换为监测盘簧力所造成的安全隐患。根据智能制动器的监控设备及其开发的通道全冗余恒转矩液压站系统的运行原理可知，其特点在于通道应与两个阀并联连接，以实现并联冗余传导，在使用并联阀G3、G7、G5和G6的同时，通道截断串联两个阀门G4、G9，实现冗余截断，即使故障阀门G9导通，良好阀门G4仍被阻塞；也可以使用两个阀G4和G9串联与阀G8并联冗余导通，所以混合连接优于并联导通，假如阀G4、G8故障，B组制动压力油阀G4右、阀9左和安全阀3导通。为了从原理上纠正传统制动器在力矩上产生的误差，以渐开线的方式来进行制动器在力矩上的测量，同时研制出测量装置，确保制动器制动力矩在线实时监测，实现制动器的智能化运用，另外对全通道冗余进行二次制动，并建立相关液压站，采用并联导油器回油和串联块保压来实现冗余。

4.结束语

综上所述，通过对智能制动系统、渐开线正压动力扭矩监控装置、全冗余度液压台等的测试，对这种智能制动的技术性能、技术参数和成果指标进行了详细的测试，通过实验证明，这种智能制动器是满足技术需求的，能够对盘式液压制动器进行实时的检测，从而大大地降低了不必要的人力、物力的浪费，减少了安全隐患，系统的工作状态良好，安全可靠，对智能矿山建设中的斜井输送设备智能制动器的发展起到了很大的推动作用。

参考文献

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