一种升船机承船厢水深自适应紧急制动系统及方法 |
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| 申请号 | CN202310137750.2 | 申请日 | 2023-02-20 | 公开(公告)号 | CN116104843A | 公开(公告)日 | 2023-05-12 |
| 申请人 | 中国长江电力股份有限公司; | 发明人 | 王向辉; 刘恒; 王海军; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种升船机承船厢 水 深自适应紧急 制动 系统 及方法，它包括用于提供液压动 力 的 电动 泵 组， 电动泵 组的出油口通过第一单向 阀 与单向滤油阀组相连；单向滤油阀组的出口通过第二 单向阀 并联有第一电磁换向阀和第二电磁换向阀，第二电磁换向阀上 串联 有调速阀，调速阀的出口并联有第三电磁换向阀和比例溢流阀；第一电磁换向阀和第三电磁换向阀的另一端与工作制动器相连；所述工作制动器和油箱之间安装有第四电磁换向阀；还包括用于控制系统的PLC 控制器 。此制动系统在调节比例溢流阀 电流 控制制动力矩的 基础 上，考虑承船厢误载水深产生的 不平衡 载荷 ，能够精确输出制动力矩，从而保证承船厢在适合的 加速 度下紧急制动，减少机械冲击或制动行程。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种升船机承船厢水深自适应紧急制动系统，其特征在于：它包括用于提供液压动力的电动泵组(7)，电动泵组(7)的出油口通过第一单向阀(15)与单向滤油阀组(11)相连； |
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| 说明书全文 | 一种升船机承船厢水深自适应紧急制动系统及方法技术领域[0001] 本发明属于升船机技术领域，特别涉及一种升船机承船厢水深自适应紧急制动系统及方法。 背景技术[0002] 按升船机设计规范，承船厢驱动系统(或主提升机)应设置工作制动器和安全工作制动器。工作制动器应为常闭式，宜采用液压盘式工作制动器。承船厢的制动方式一般先采用电气制动，在需要停止运行时，先由变频器控制电机减速，在速度接近于零时再投入工作制动器和安全工作制动器。 [0003] 一旦变频器或电机在运行过程中出现停电或发生故障，只能通过工作制动器实施紧急制动。为降低制动加速度，避免紧急制动对驱动系统的冲击与损伤，工作制动器采用调压上闸，其制动力矩一般按承船厢标准水深计算。由于承船厢允许一定的误载水深，按标准水深给定的制动力矩无法达到理想的制动效果。 发明内容[0004] 本发明目的是提供一种升船机承船厢水深自适应紧急制动系统及方法，此制动系统在调节比例溢流阀电流控制制动力矩的基础上，考虑承船厢误载水深产生的不平衡载荷，能够精确输出制动力矩，从而保证承船厢在适合的加速度下紧急制动，减少机械冲击或制动行程。 [0005] 为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种升船机承船厢水深自适应紧急制动系统，它包括用于提供液压动力的电动泵组，电动泵组的出油口通过第一单向阀与单向滤油阀组相连；单向滤油阀组的出口通过第二单向阀并联有第一电磁换向阀和第二电磁换向阀，第二电磁换向阀上串联有调速阀，调速阀的出口并联有第三电磁换向阀和比例溢流阀；第一电磁换向阀和第三电磁换向阀的另一端与工作制动器相连；所述工作制动器和油箱之间安装有第四电磁换向阀；还包括用于控制系统的PLC控制器。 [0006] 所述电动泵组的进油口通过滤油器与油箱相连通。 [0007] 包括手动泵油系统，所述手动泵油系统包括手动泵组，手动泵组的进油口与油箱相连通，手动泵组的出油口通过第三单向阀与单向滤油阀组相连。 [0008] 所述单向滤油阀组和第二单向阀之间安装有用于控制系统压力的溢流阀。 [0010] 所述第二单向阀和第一电磁换向阀之间的管路上安装有工作溢流阀。 [0011] 所述工作制动器和第四电磁换向阀之间安装有第二压力传感器。 [0012] 一种升船机承船厢水深自适应紧急制动系统的运行控制方法： [0013] 正常运行情况下： [0014] 工作制动器接收驱动系统的松闸指令，第一电磁换向阀和第四电磁换向阀相继得电，压力油进入工作制动器有杆腔，克服弹簧阻力打开工作制动器，承船厢启动运行； [0015] 承船厢需要停止时，先由变频器控制驱动电机减速，接近零速时，第一电磁换向阀和第四电磁换向阀失电，工作制动器通过第四电磁换向阀泄压关闭； [0016] 紧急制动情况下： [0017] 承船厢运行过程中发生停电或变频器、驱动电机故障时，电气制动失效，紧急制动启动，此时第一电磁换向阀失电，第三电磁换向阀、第四电磁换向阀和第二电磁换向阀接通，比例溢流阀按PLC控制器给定电流调压运行，实现工作制动器的柔性制动效果。 [0018] 一种升船机承船厢水深自适应紧急制动系统的运行控制方法： [0019] 紧急制动情况下，所述比例溢流阀的具体控制过程为：PLC控制器接收驱动系统发出的紧急制动指令后，同步读取承船厢的误载水深和运行方向参数，通过计算判断，给定比例溢流阀的输入电流，进而控制工作制动器有杆腔油压，调定工作制动器的输出转矩，保证按设计要求的加速度制动停车。 [0020] 比例溢流阀的输入电流具体计算方法为： [0021] 根据升船机的设计运行要求，当升船机驱动系统发生断电或严重电气故障时，所有驱动电机退出运行，制动系统实施紧急制动； [0022] 紧急制动过程中，工作制动器所承担的载荷为驱动系统的惯性力和不平衡载荷，制动力矩来自工作制动器自身产生的弹簧力，两者的相互作用决定加速度的大小； [0023] 驱动系统的惯性力MI主要包括驱动机构旋转部分的转动惯量、承船厢及平衡重升降运行的惯性力矩；不平衡载荷包括承船厢误载水深载荷ML、系统摩擦阻力及钢丝绳僵性阻力MZ，当要求转动加速度值确定后，驱动系统的惯性力MI、系统摩擦阻力及钢丝绳僵性阻力MZ一般按固定值加以考虑，理想制动力矩只跟随承船厢误载水深载荷ML变化；承船厢误载水深载荷ML的大小与方向具备随机性，可能与承船厢运行方向一致，也可能相反；紧急制动的计算制动力矩与承船厢误载水深关系见下式： [0024] [0025] 式中： [0026] MWB：单个工作制动器制动力矩； [0027] MI：驱动系统惯性力折算到电机轴的等效力矩； [0028] Mz：系统摩擦阻力及钢丝绳僵性阻力折算到电机轴的等效力矩； [0029] ML：承船厢误载水深折算到电机轴上的等效力矩，误载水深载荷方向与承船厢运行方向一致时，取“+”，相反时，取“‑”； [0030] n：承船厢工作制动器配置数量； [0031] 式中误载水深等效力矩ML计算如下： [0032] [0033] 式(1)中： [0034] GL：误载水深折算水体重量绝对值； [0036] iG：承船厢驱动齿轮折算到电机轴的传动比； [0037] 制动器电控系统的PLC控制器接收升船机主控制系统发送的紧急制动命令、承船厢当前水位以及运行方向，通过公式(1)、(2)计算出适合加速度下的理想制动力矩，再根据制动器的结构参数计算出液压系统控制压力，结合电流‑压力曲线给定比例溢流阀输入电流。 [0038] 本发明有如下有益效果： [0040] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 [0041] 图1是本发明的系统原理示意图。 [0042] 图2是本发明的紧急制动过程的控制框图。 [0043] 图3是本发明的紧急制动方法工作流程图。 [0044] 图中：工作制动器1、比例溢流阀2、第一电磁换向阀3、第三电磁换向阀4、第四电磁换向阀5、第二电磁换向阀6、电动泵组7、手动泵组8、工作溢流阀9、蓄能器10、单向滤油阀组11、溢流阀12、压力表13、滤油器14、第一单向阀15、第三单向阀16、第一压力传感器17、第二压力传感器18、油箱19、调速阀20、第二单向阀21、PLC控制器22。 具体实施方式[0045] 下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。 [0046] 实施例1： [0047] 参见图1，一种升船机承船厢水深自适应紧急制动系统，它包括用于提供液压动力的电动泵组7，电动泵组7的出油口通过第一单向阀15与单向滤油阀组11相连；单向滤油阀组11的出口通过第二单向阀21并联有第一电磁换向阀3和第二电磁换向阀6，第二电磁换向阀6上串联有调速阀20，调速阀20的出口并联有第三电磁换向阀4和比例溢流阀2；第一电磁换向阀3和第三电磁换向阀4的另一端与工作制动器1相连；所述工作制动器1和油箱19之间安装有第四电磁换向阀5；还包括用于控制系统的PLC控制器22。本发明在调节比例溢流阀电流控制制动力矩的基础上，考虑承船厢误载水深产生的不平衡载荷，能够精确输出制动力矩，从而保证承船厢在适合的加速度下紧急制动，减少机械冲击或制动行程。 [0048] 进一步的，所述电动泵组7的进油口通过滤油器14与油箱19相连通。通过采用上述的滤油器14能够起到过滤的效果。 [0049] 进一步的，包括手动泵油系统，所述手动泵油系统包括手动泵组8，手动泵组8的进油口与油箱19相连通，手动泵组8的出油口通过第三单向阀16与单向滤油阀组11相连。通过上述的手动泵油系统能够在停电情况下通过手动泵油方式进行液压能的供应。 [0050] 进一步的，所述单向滤油阀组11和第二单向阀21之间安装有用于控制系统压力的溢流阀12。通过上述的溢流阀12能够用于控制系统压力，进而保证系统运行的安全性和可靠性。 [0051] 进一步的，所述第二单向阀21和第一电磁换向阀3之间的管路上依次安装有蓄能器10、压力表13和第一压力传感器17。通过上述的蓄能器10起到系统蓄能的目的，进而保证系统稳定性。通过压力表13能够用于显示系统压力。通过第一压力传感器17能够用于压力信号的传输。 [0052] 进一步的，所述第二单向阀21和第一电磁换向阀3之间的管路上安装有工作溢流阀9。通过上述的工作溢流阀9能够起到自动溢流的目的，进而用于工作制动器1工作压力的自动调节。 [0053] 进一步的，所述工作制动器1和第四电磁换向阀5之间安装有第二压力传感器18。通过上述的第二压力传感器18能够用于监测工作制动器1的工作压力。 [0054] 实施例2： [0055] 参见图2‑3，一种升船机承船厢水深自适应紧急制动系统的运行控制方法： [0056] 正常运行情况下： [0057] 工作制动器1接收驱动系统的松闸指令，第一电磁换向阀3和第四电磁换向阀5相继得电，压力油进入工作制动器1有杆腔，克服弹簧阻力打开工作制动器，承船厢启动运行； [0058] 承船厢需要停止时，先由变频器控制驱动电机减速，接近零速时，第一电磁换向阀3和第四电磁换向阀5失电，工作制动器通过第四电磁换向阀5泄压关闭； [0059] 紧急制动情况下： [0060] 承船厢运行过程中发生停电或变频器、驱动电机故障时，电气制动失效，紧急制动启动，此时第一电磁换向阀3失电，第三电磁换向阀4、第四电磁换向阀5和第二电磁换向阀6接通，比例溢流阀2按PLC控制器22给定电流调压运行，实现工作制动器的柔性制动效果。 [0061] 实施例3： [0062] 一种升船机承船厢水深自适应紧急制动系统的运行控制方法： [0063] 紧急制动情况下，所述比例溢流阀2的具体控制过程为：PLC控制器22接收驱动系统发出的紧急制动指令后，同步读取承船厢的误载水深和运行方向参数，通过计算判断，给定比例溢流阀2的输入电流，进而控制工作制动器有杆腔油压，调定工作制动器1的输出转矩，保证按设计要求的加速度制动停车。 [0064] 实施例4： [0065] 比例溢流阀2的输入电流具体计算方法为： [0066] 根据升船机的设计运行要求，当升船机驱动系统发生断电或严重电气故障时，所有驱动电机退出运行，制动系统实施紧急制动； [0067] 紧急制动过程中，工作制动器所承担的载荷为驱动系统的惯性力和不平衡载荷，制动力矩来自工作制动器自身产生的弹簧力，两者的相互作用决定加速度的大小； [0068] 驱动系统的惯性力MI主要包括驱动机构旋转部分的转动惯量、承船厢及平衡重升降运行的惯性力矩；不平衡载荷包括承船厢误载水深载荷ML、系统摩擦阻力及钢丝绳僵性阻力MZ，当要求转动加速度值确定后，驱动系统的惯性力MI、系统摩擦阻力及钢丝绳僵性阻力MZ一般按固定值加以考虑，理想制动力矩只跟随承船厢误载水深载荷ML变化；承船厢误载水深载荷ML的大小与方向具备随机性，可能与承船厢运行方向一致，也可能相反；紧急制动的计算制动力矩与承船厢误载水深关系见下式： [0069] [0070] 式(1)中： [0071] MWB：单个工作制动器制动力矩； [0072] MI：驱动系统惯性力折算到电机轴的等效力矩； [0073] Mz：系统摩擦阻力及钢丝绳僵性阻力折算到电机轴的等效力矩； [0074] ML：承船厢误载水深折算到电机轴上的等效力矩，误载水深载荷方向与承船厢运行方向一致时，取“+”，相反时，取“‑”； [0075] n：承船厢工作制动器配置数量； [0076] 式1中误载水深等效力矩ML计算如下： [0077] [0078] 式中： [0079] GL：误载水深折算水体重量绝对值； [0080] RG：承船厢驱动齿轮半径； [0081] iG：承船厢驱动齿轮折算到电机轴的传动比； [0082] 制动器电控系统的PLC控制器22接收升船机主控制系统发送的紧急制动命令、承船厢当前水位以及运行方向，通过公式(1)、(2)计算出适合加速度下的理想制动力矩，再根据制动器的结构参数计算出液压系统控制压力，结合电流‑压力曲线给定比例溢流阀2输入电流。 |
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