[01206476]矿山重型装备制动系统失效智能感知与风险控制关键技术及应用

我国是以煤炭为主要能源的国家,2020年末煤炭产量仍然能够达到39亿吨,高速发展的国民经济需要能源支撑,煤炭的高效产能需要智能化重型装备保障,制动系统是矿山重型装备智能化发展的核心关键技术。提升机制动系统失效能够引发过卷过放、断绳等重大机电事故,胶带输送机、架空乘人装置等各种大型装备制动系统的失效也都能引发大型煤矿事故,采煤机制动系统失效能够引发采煤工作面冒顶、瓦斯爆炸等大型恶性事故。由于矿山生产系统的复杂性、环境的恶劣性和研究的局限性,提升机、皮带机、采煤机等矿山重型装备的制动系统是制约矿山大型装备安全运行和发展的关键所在。为解决矿山重型装备制动系统失效的智能感知及风险预控问题,课题团队历经十余年的产学研创新,多项关键技术难题取得突破,主要科技创新如下： 1、发明了“一种对制动正压力进行监测并具有故障诊断功能的盘式制动器”,此结构的制动器不受内部摩擦力等影响, 实时在线监测了制动装备的真实正压力;发明了硬磁闸瓦材料配方,研制了制动器上的闸瓦;开发了嵌入式制动器安全在线监测系统,实现了对制动力矩的实时监测,解决了过去对制动力不足、故障无法直接监测的技术问题;发明了一种耗散冲击载荷的提升机钢丝绳张力传感器,通过提升载荷的监测,判断是否满足“制动装置产生的制动力矩与实际提升最大载荷旋转力矩之比K值不得小于3”的要求,研发了嵌入式载荷监测装置,解决了制动力不足存在的安全风险问题。 2、发明了并联导通、混联导通、串联阻断“通道全冗余的设计方法”,完善解释了《煤矿安全规程》425条“安全制动必须有并联冗余的回油通道”要求,基于此设计理论,发明了安全通道全冗余的恒力矩液压站和恒减速液压站,解决了实时并联冗余制动技术。 3、发明了“基于可变负载的提升可变减速点的控制方法”和“制动系统自动调控方法”。研发了双闭环恒减速液压站闸控系统,实时检测施闸给定和施闸反馈,可靠满足恒减速制动要求;提出使用PLC+MCU协同控制的电控装置实现方案,PLC负责总体逻辑控制、控制卡（CPU为STM32F407）高速运行模糊自适应PID算法,具备逻辑闭锁和输入输出闭环反馈、故障导向安全逻辑保护,解决了受外界因素影响较多、恒减速制动效果不佳的问题。 4、发明了一种机械延时二级制动手动泄油装置,在安全制动失效时完成应急保护,手动实现井口一级制动和井中二级制动,解决目前手动回油阀没有二级制动不满足制安全动减速度要求的安全问题。 本项目授权有效发明专利30件,授权有效实用新型专利5件,软件著作权9件,发表相关学术论文30余篇,正提议完善《煤矿安全规程》部分条款,为保障矿井提升机安全可靠运行做出了重要贡献。 本项目研究成果已在霍州煤电集团、汾西矿业集团、新汶矿业集团、枣庄矿业（集团）、阳泉煤业（集团）、山西寿阳段王集团、冀中能源股份有限公司、大同煤矿集团等单位推广应用300余套,产生了突出的社会与经济效益。