礦井提升機液壓制動裝置在線監測系統的改造

孟園泰

（山西陽煤集團五礦， 山西 陽泉 045000）

1 改造背景

陽煤集團五礦副立井擔負著運輸人員和物料的作用，井筒約深256m，采用JKD×2.8摩擦式提升機進行提升。原有的閘瓦間隙監測裝置為外置式傳感器，容易出現固定松動、測量不準確和誤報警的情況，而且無法測量盤式制動器制動力矩，所以需要對其進行改造。制動系統由液壓站、盤式制動器和滾筒閘盤組成，靠油壓松閘合閘，由盤式制動器蝶簧產生制動力，作用對象是被制動的滾筒閘盤。液壓站、盤式制動器和滾筒閘盤之間任一個環節出現故障都會導致設備失去制動功能，而盤式制動器是各種制動保護的最后環節，如出現故障會導致機毀人亡重大安全事故發生。因此，新《煤炭安全規程》針對盤式制動器制訂了一系列的規定。

2 改造技術構思及實施方案

該礦副立井提升是礦井生產中的重要環節，井下所需物資的運送及人員的上、下井等都是通過副立井提升機運行實現的，所以提升機的安全運行是整個礦井安全生產的樞紐。保證系統正常工作的途徑一是設置閘間隙監測及過壓保護裝置并通過安全回路控制實現安全制動；二是提高制動系統制動力。

盤式制動閘的閘瓦與制動盤之間的間隙大小，作用于閘盤上的制動力的大小是否滿足3倍靜力矩的要求及液壓站油壓值等參數，直接影響到提升機的制動性能，因此對3種參數進行判斷和在線監測，保證提升機制動性能可靠和穩定，是判斷提升機安全標準的主要依據。結合新《煤炭安全規程》的要求及礦井實際生產情況需要，該礦對副立井提升機液壓制動裝置的上述3種參數的在線監測進行改造。

2.1 硬件部分

2.1.1 液壓站油壓監測

根據煤礦在用摩擦式提升機系統安全檢測檢驗規范AQ 1015—2005中的標準規定：液壓站的調壓性能應良好且液壓站最高油溫不超過70℃。液壓站是制動器的驅動機構，其作用為：一是工作制動時，根據所需制動力矩，調節工作油壓，為各制動閘提供壓力實現松閘；二是安全制動時，迅速回油，并實現二級制動。因此液壓站正常運行決定了提升機的安全運行。通過在液壓站管路安裝油壓傳感器和安全制動回油時間監測裝置，根據監測數據診斷回油路的暢通和堵塞情況，確保盤式制動器制動可靠；通過在液壓站上安裝溫度傳感器，監測油溫，防止油溫超限。

2.1.2 閘間隙監測

根據《煤礦安全規程》第四百二十六條規定：盤式制動閘空動時間不得超過0.3 s；盤形閘的閘瓦與閘盤之間的間隙不得超過2mm。第四百二十三條規定：當閘間隙超過規定值時，能報警并閉鎖下次開車。所以提升裝置應設閘瓦間隙保護裝置，保護裝置應實時監測閘間隙、閘偏擺量、閘的開合狀態等參數，并自動報警或控制系統連鎖。針對閘瓦間隙監測，采用電渦流位移傳感器來檢測閘瓦和制動盤之間的間隙，將非接觸式閘間隙傳感器安裝在每個閘瓦上，以滾筒閘盤為基準，使閘盤兩側的閘間隙應調整相等偏差不超過0.1mm、閘間隙的最大值不超過2 mm，新裝的閘間隙傳感器不但不接觸制動盤故使用壽命長，而且測量精度很高。針對閘偏擺量監測，我們在閘上安裝一個非接觸式閘間隙測量傳感器，以滾筒閘盤為基準，實現閘盤偏擺量的監測，使其在使用前制動盤端面跳動不大于0.50mm，使用過程中不大于1mm，從而避免制動力矩不足、閘瓦磨損過快等不良后果。針對閘的開合狀態監測，我們通過在罐籠即將走到井口時實施緊急制動，在線監測并記錄從安全緊急制動信號發出到閘間隙剛為零的時間，確保閘盤動作靈敏，其顯示的實際動作時間小于0.3 s。

2.1.3 制動力矩在線監測

提升機制動器制動效果由制動力矩的大小決定，在線監測制動力矩是保證制動器制動性能最直接有效的辦法。煤礦在用摩擦式提升機系統安全檢測檢驗規范AQ1014-2005中規定：提升機的盤式制動器制動時，產生的制動力矩與實際提升最大靜載荷旋轉力矩之比值K不得小于3。2016版《煤礦安全規程》規定：計算制動力矩時，閘盤和閘瓦的摩擦系數應當根據實測確定，采用系數為0.3～0.35。我們先采用高精度壓力傳感器測試提升系統的制動正壓力N，再通過測量裝置測量制動力矩和已監測的制動正壓力計算出摩擦系數f，最后根據公式M=Nfr計算任一個制動閘的制動力矩Mi，r為制動盤的制動半徑。若制動器有n個盤式制動器，則總制動力矩為n個盤式制動器制動力的總和。由于摩擦系數f隨制動盤和閘瓦之間的磨損、粗糙度、附著物等變化，所以制動力矩M的實時監測值也會出現相應變化，從而實現了每個制動閘的制動力矩和總制動力矩的在線監測。經試驗，調整制動閘制動正壓力使之滿足K值大于3的要求后再允許開車。

制動正壓力是指盤式制動器抱閘時，制動力由碟簧產生。由于盤式制動器抱閘時油壓為零，用抱閘油壓的測量方法測制動正壓力誤差很大，且在線監測抱閘油壓不可能實現，所以我們采用直接監測制動正壓力來代替測量抱閘油壓，并用于判斷碟簧的疲勞度和斷裂情況。為此，我們通過依靠制動正壓力傳感器使原制動器實現了直接監測制動力的功能，而不改變原制動器性能和其他零件的結構，并將正壓力傳感器安裝于盤式制動器內。改造前后制動器正壓力監測原理對比示意圖如圖1。

2.2 軟件部分

通過LabVIEW運行引擎系統，運行“礦井提升機液壓制動裝置安全運行在線監測系統.exe”。

該在線監測系統是利用西門子S7-200系列可編程控制器及精密傳感器來實現對副立井提升機的液壓制動系統在線監測，并動態顯示數據。進入監測主界面以后，便可以使用系統對提升機制動系統相關參數進行直接查看。可以看到界面內由“系統監測，報警查詢，過程趨勢，系統調試，退出運行”操作部分組成。通過鼠標點擊主界面“系統監測”按鈕，可進入系統監測的主畫面，可直接檢查各個閘瓦的間隙值，最大間隙值，制動正壓力值，油路的狀態，系統的工作狀態，以及閘瓦的開、合動作，各油路油管是否堵塞的顯示。點擊“報警查詢”按鈕，可對系統曾發生的故障情況進行手動查詢。通過人工設置查詢的時間段，系統便將此時間隔內發生的故障情況進行列表顯示。點擊“過程趨勢”按鈕，在屏幕上將顯示測量的各閘瓦間隙和油壓的變化趨勢波形圖。點擊“系統調試”按鈕，可進行查看和修改系統基本設置參數，包括各個故障產生的限定值、合閘次數、閘瓦間隙初始值和實測值的顯示等。

圖1 后置制動器的正壓力監測

3 應用情況及效果

該改造工程于2017年11月施工完成，已經試運行2個多月，運行情況良好，有效保證了副立井正常運輸。其具有以下特點：

1）采用SIMENS可編程控制器，具有操作簡單方便，系統運算速度快、運行準確，測量數據抗干擾、及性能可靠等多個優點。

2）所有實時監測數據（包括制動正壓力、安全制動回油時間、閘間隙、閘板偏擺量、制動力矩、開合閘次數等參數），均經過采集卡采集，再通過A/D轉換等比較計算后形成結果由工業控制機顯示。實時數據集中性高，便于整體分析和查找故障。

3）當所有監測項目超過安全規程的范圍，礦井提升機液壓制動裝置在線監測系統會自動進行故障診斷、故障記錄，并自動發出聲光報警和發出控制信號，符合新煤礦規程的要求。

4）盤式制動器與提升機的使用時間一樣長，能使現用盤式制動器直接監測制動器正壓力，更具有實用可靠性。

5）該在線監測系統擴展性好，測量全面準確，功能齊全，數據可靠，操作簡單，對日常檢測維護具有很好的指導作用。

4 結論

本次礦井提升機液壓制動裝置安全在線監測系統改造不僅滿足了新《煤礦安全規程》的規定要求，而且極大地降低了因盤式制動器故障造成的各類事故，保障了陽煤集團五礦副立井的正常運輸。同時，大大減少了副立井工作人員的勞動強度，提高了工作效率，為五礦安全高效生產提供有力保證。