煤礦提升機(jī)液壓制動(dòng)裝置在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

徐冬

（潞安集團(tuán) 山西省長(zhǎng)治市 046000）

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在煤礦生產(chǎn)中自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛[1]。而提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)作為礦井提升機(jī)的重要組成部分，可影響提升機(jī)的正常工作與運(yùn)行安全。減少副礦井工作人員工作強(qiáng)度。以我煤礦副礦井提升機(jī)為例，其型號(hào)為2JK-2.5×1.2/30E，主要采用雙滾桶纏繞式以液壓制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)，提升高度有819.5m，并筒直徑為6m。其中制動(dòng)系統(tǒng)包括制動(dòng)器與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。由于傳統(tǒng)的提升機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在測(cè)量不準(zhǔn)確、錯(cuò)誤報(bào)警等情況，并且不能測(cè)量盤式制動(dòng)器的力矩。由此，重視提升機(jī)液壓制動(dòng)裝置在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)十分必要。

1 煤礦提升機(jī)液壓制動(dòng)裝置在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.1 設(shè)計(jì)構(gòu)思

該煤礦副礦井提升機(jī)提升作為礦井生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是整個(gè)礦井安全生產(chǎn)的樞紐[2]。在《煤礦安全規(guī)程》中對(duì)提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的要求有專門的規(guī)定。為保證提升機(jī)安全運(yùn)輸，可在提升機(jī)上安裝一套KJT2 型提升機(jī)液壓制動(dòng)特性在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、多種傳感器、信號(hào)采集卡及相關(guān)配套器件組成，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)制動(dòng)閘的工作情況。其中傳感器有油壓傳感器、匣間隙傳感器、正壓力傳感器，在傳感器接收到信后后會(huì)將信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)采集卡中，以此作為計(jì)算機(jī)處理信號(hào)的基礎(chǔ)。通過專用監(jiān)測(cè)軟件分析信息而獲得設(shè)備異常故障問題。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常工作方法有兩點(diǎn)：其一是設(shè)置匣間隙監(jiān)測(cè)與過壓保護(hù)裝置以安全回路控制。其二是提升制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)力。

對(duì)提升機(jī)的制動(dòng)性能影響參數(shù)有3 種，即盤式制動(dòng)閘的閘瓦與制動(dòng)盤之間的間隙大小程度、作用于匣盤上制動(dòng)力帶下是否滿足靜力矩要求的三倍及液壓站油壓值參數(shù)。由于該參數(shù)是判斷提升機(jī)安全標(biāo)準(zhǔn)的主要依據(jù)，可保障提升機(jī)制動(dòng)性能的可靠與穩(wěn)定[3]。根據(jù)礦井實(shí)際生產(chǎn)情況對(duì)該參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中KJT2型提升機(jī)按照兩部分進(jìn)行，如表1 所示。

1.2 設(shè)計(jì)原理

經(jīng)以上設(shè)計(jì)構(gòu)思，此次設(shè)計(jì)內(nèi)容原理依據(jù)數(shù)據(jù)采集、信號(hào)預(yù)處理及數(shù)據(jù)分析與檢測(cè)，具體的內(nèi)容如表2。

1.3 具體設(shè)計(jì)內(nèi)容

1.3.1 液壓站油壓監(jiān)測(cè)液壓站作為制動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，其為所有制動(dòng)閘提供不同油壓的壓力油而實(shí)現(xiàn)開閘與制動(dòng)。根據(jù)本煤礦在用摩擦式提升機(jī)系統(tǒng)安全檢測(cè)檢驗(yàn)規(guī)范的要求，液壓站最高油溫不能超過70℃。對(duì)當(dāng)前的液壓站設(shè)計(jì)改造，設(shè)置油壓傳感器在液壓站各個(gè)主要回路，經(jīng)模擬油路流動(dòng)狀態(tài)，再對(duì)油路壓力及回油時(shí)間進(jìn)行監(jiān)測(cè)后判斷油路是否發(fā)生堵塞。在單片機(jī)計(jì)時(shí)板安裝后，其與油壓傳感器聯(lián)合使用，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)一級(jí)、二級(jí)制動(dòng)的目的，即一級(jí)制動(dòng)回油時(shí)間、二級(jí)制動(dòng)延遲時(shí)間[4]。此外，在制動(dòng)閘回油路上進(jìn)行緊急手動(dòng)回油閥設(shè)置，一組閘可直接進(jìn)行回油，另一組可通過調(diào)節(jié)流閥門而實(shí)現(xiàn)延時(shí)制動(dòng)，避免制動(dòng)失靈不能操作的情況。

1.3.2 非接觸閘間隙監(jiān)測(cè)

表1：提升機(jī)液壓制動(dòng)裝置在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容

表2：提升機(jī)液壓制動(dòng)裝置在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

以提升機(jī)制動(dòng)盤為準(zhǔn)，在每個(gè)閘瓦上安裝上非接觸閘間隙傳感器而監(jiān)測(cè)匣間隙。由于該傳感器與制動(dòng)盤不接觸而延長(zhǎng)了自身的使用壽命[5]。在《煤礦安全規(guī)定》中閘盤兩側(cè)的一對(duì)閘閘間隙應(yīng)調(diào)整相等偏差≤0.1 mm，盤形閘的閘瓦與閘盤之間的間隙≤2mm。若超過規(guī)定值則需要報(bào)警，并閉鎖下次開車。由此，在設(shè)計(jì)時(shí)提升裝置應(yīng)設(shè)閘瓦間保護(hù)器裝置，對(duì)在線監(jiān)測(cè)閘的偏擺量設(shè)計(jì)，方法是所有閘差值的平均值在滾筒運(yùn)行一周后，根據(jù)實(shí)際情況監(jiān)測(cè)得出每一個(gè)閘閘間隙最大值與最小值之間的差值。在對(duì)空行程時(shí)間監(jiān)測(cè)時(shí)，為確定保匣盤動(dòng)作靈敏，可依據(jù)空行程時(shí)間，其需要從接受到安全緊急制動(dòng)信號(hào)制動(dòng)閘開始動(dòng)作直到閘間隙為0 即可，而盤式制動(dòng)閘空動(dòng)時(shí)間≤0.3s 為佳。

1.3.3 制動(dòng)正壓力監(jiān)測(cè)

本礦設(shè)計(jì)后使用的監(jiān)測(cè)正壓力的制動(dòng)器如圖1 所示，其中1 是制動(dòng)盤；2 是閘瓦組件；3 是碟簧；4 是碟簧座；5 是液壓缸；6 是碟彈坐傳感器；7 是碟彈卡環(huán)主要是由碟簧產(chǎn)生，其靠油壓松閘，碟閘在變化的力作用下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于其長(zhǎng)期使用的影響，碟閘產(chǎn)生疲勞后減小制動(dòng)正壓力，由此碟簧斷裂后，相應(yīng)的制動(dòng)閘發(fā)生卡阻問題。在制動(dòng)器中碟閘作為其中的最關(guān)鍵的一個(gè)零件，所發(fā)揮的作用明顯[6]。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定對(duì)盤形閘的貼閘油壓進(jìn)行測(cè)試，制動(dòng)正壓力就是貼閘油壓與活塞承壓面積積。由于在制動(dòng)狀態(tài)時(shí)油壓的數(shù)值為0，相應(yīng)的場(chǎng)所測(cè)得的貼閘油壓數(shù)誤差較大，貼閘油壓的數(shù)值難以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。為及時(shí)判斷碟簧是否疲勞與斷裂，給在線制動(dòng)力矩監(jiān)測(cè)提供了基礎(chǔ)，可對(duì)制動(dòng)正壓力直接監(jiān)測(cè)來代替貼閘油壓。由此，可見自制碟簧座傳感器十分重要，其可以直接實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)正壓力功能的監(jiān)測(cè)。

圖1：監(jiān)測(cè)正壓力的制動(dòng)器

1.3.4 制動(dòng)力矩在線監(jiān)測(cè)

提升機(jī)制動(dòng)器制動(dòng)成效受制動(dòng)力矩大小影響。對(duì)制動(dòng)力矩在線監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)，可根據(jù)制動(dòng)器制動(dòng)正壓力實(shí)現(xiàn)。若r為制動(dòng)盤的制動(dòng)半徑，N 表示制動(dòng)器的制動(dòng)壓力，f 是制動(dòng)盤與制動(dòng)器扎瓦之所產(chǎn)生的摩擦系數(shù)，對(duì)制動(dòng)力矩的計(jì)算公式就是M=Nfr，而摩擦系數(shù)的f 的計(jì)算根據(jù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)計(jì)算為f=M 與Nr 的比值。經(jīng)過推算與帶入計(jì)算出任何一制動(dòng)閥的制動(dòng)力矩為Mi，若制動(dòng)器心有的制動(dòng)閘有n 個(gè)，相應(yīng)的總制動(dòng)力矩為從而在線監(jiān)測(cè)每個(gè)制動(dòng)閘的制動(dòng)力矩與總制動(dòng)力矩。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定，總制動(dòng)力矩套需要滿足的要求是大于3 倍的最大靜負(fù)荷力矩求，這樣可以實(shí)現(xiàn)控制提升機(jī)閉鎖，之后在手動(dòng)調(diào)整后，在滿足相關(guān)要求后方可開車。

1.3.5 軟件部分設(shè)計(jì)

通過LabVIEW 運(yùn)行引擎系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)煤礦提升機(jī)液壓制動(dòng)裝置在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)作。通過利用西門子S7-200 系列可編程控制器與精密傳感器，對(duì)本礦副礦井提升機(jī)的機(jī)液壓制動(dòng)裝置在線監(jiān)測(cè)，并顯示相關(guān)的數(shù)據(jù)，在進(jìn)入監(jiān)測(cè)界面后直接查看系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)。在界面內(nèi)存在調(diào)控按鈕，通過對(duì)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)按鈕點(diǎn)擊而進(jìn)入主畫面，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)閘瓦的間隙值直接進(jìn)行檢查。若發(fā)現(xiàn)不正常的數(shù)據(jù)可點(diǎn)擊報(bào)警查詢按鈕，通過手動(dòng)查詢故障情況。若需要對(duì)該系統(tǒng)過程調(diào)試，可點(diǎn)擊系統(tǒng)調(diào)試按鈕，以此查看與修改系統(tǒng)中基本設(shè)置參數(shù)，從而將其符合規(guī)定要求為準(zhǔn)。

2 設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)夠功能與達(dá)到的成效

2.1 應(yīng)用實(shí)現(xiàn)功能

經(jīng)以上設(shè)計(jì)方法制定后在本煤礦中應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)的功能有：

（1）實(shí)現(xiàn)制動(dòng)中回油時(shí)間監(jiān)測(cè)。即回油時(shí)間板利用油壓傳感器，將采集到的油壓信息統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出各狀態(tài)下回油時(shí)間。其中，油壓傳感器無充誤差小于等于1%，回油計(jì)時(shí)板時(shí)間誤差數(shù)值一樣。

（2）閘間隙實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)。在該系統(tǒng)中可以將各閘間隙的實(shí)際時(shí)間及本次提升的最大閘間隙及總開合閘次數(shù)顯示。其中閘間隙大于系統(tǒng)所設(shè)定的數(shù)值時(shí)則報(bào)警或閉鎖提升機(jī)，其而通過繼電器點(diǎn)實(shí)現(xiàn)輸出，此次所誤差的閘間隙傳感器在2%以內(nèi)[7]。

（3）制動(dòng)正壓力實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)。將原有的彈簧座用正壓力傳感器代替，通過真壓診斷各組彈簧的漸近疲勞及斷裂等，當(dāng)制動(dòng)正壓力數(shù)值開閘合閘相應(yīng)或小于既定的70%情況下產(chǎn)生語(yǔ)音報(bào)警，并且提升機(jī)將閉鎖，經(jīng)繼電器點(diǎn)輸出到主控系統(tǒng)，所允許的誤差在1%以內(nèi)。

（4）通過利用該軟件方案后，軟件所計(jì)算出的四對(duì)閘同時(shí)在制動(dòng)盤上的總制動(dòng)力矩上作用，當(dāng)期小于3 倍最大靜負(fù)荷力矩時(shí)報(bào)警，并經(jīng)繼電器點(diǎn)輸出。

2.2 應(yīng)用成效

基于以上煤礦提升機(jī)液壓制動(dòng)裝置在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，根據(jù)應(yīng)用原理投入運(yùn)行使用，在使用后2 個(gè)月后，看到目前運(yùn)行情況良好，保證了本礦副礦井的正常運(yùn)輸。其主要優(yōu)勢(shì)是：

（1）操作簡(jiǎn)單方便、系統(tǒng)運(yùn)算速度快且準(zhǔn)確、所測(cè)量的數(shù)據(jù)性能可靠等；

（2）在投入使用期間所有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均經(jīng)過采集卡采集，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后形成結(jié)果顯示于控制機(jī)上，且獲得的實(shí)施數(shù)據(jù)集中性高，便于故障查找與分析。

（3）其符合煤礦規(guī)程的要求，及時(shí)對(duì)潛在的故障進(jìn)行診斷與記錄。而該在線監(jiān)控系統(tǒng)擴(kuò)展性好，所測(cè)得的數(shù)據(jù)可靠，對(duì)日常監(jiān)測(cè)維護(hù)具有很好的指導(dǎo)作用。

3 應(yīng)用過程中存在的問題與解決方法

在該軟件方案實(shí)施之后，在應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題有三點(diǎn)：

（1）制動(dòng)器記錄開閘后8s 之內(nèi)的最大值，修改后可實(shí)現(xiàn)提升機(jī)運(yùn)行全程的監(jiān)測(cè)，并且數(shù)值可實(shí)時(shí)更新；

（2）壓力傳感器無法回零狀態(tài)，經(jīng)與產(chǎn)家溝通完善該軟件中正壓力傳感器與油壓傳感器零位校正后可達(dá)到既定狀態(tài)；

（3）制動(dòng)器開閘瞬間的閘間隙數(shù)值與制動(dòng)盤偏擺數(shù)值較大，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)其中問題所在，其中傳感器安裝支架過長(zhǎng)，由此造成的監(jiān)測(cè)數(shù)值失真，經(jīng)改造后將支架長(zhǎng)度縮短，使系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)的數(shù)值更準(zhǔn)確，從而預(yù)防事故的發(fā)生，進(jìn)而保障本礦安全生產(chǎn)良好運(yùn)行[8]。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)裝置在煤礦中占據(jù)重要的作用。本文通過對(duì)煤礦提升機(jī)液壓制動(dòng)裝置在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，改變了傳統(tǒng)提升機(jī)因盤式制動(dòng)器失靈而引發(fā)的一系列安全事故，保障了本煤礦副礦井的正常運(yùn)輸?shù)耐瑫r(shí)，減少副礦井工作人員工作強(qiáng)度，為本礦安全生產(chǎn)良好秩序維持具有積極的作用。