提升機尾繩與分繩梁摩擦安全監測系統的設計及運行分析

李 鵬

（晉能控股煤業集團趙莊二號井， 山西 高平 048400）

1 立井摩擦式提升機尾繩運行現狀

在立井摩擦式提升系統中，尾繩是維護體升機構平衡的關鍵裝置，其安全防護作用不可忽略。在實際生產中，為避免尾繩易出現扭結，采用了在尾繩四周布置分繩梁的措施。但是，尾繩在使用時會受到自身的壓力擺動、井筒風壓和提升機的振動等因素的影響，導致了尾繩與分繩梁的碰撞、摩擦，隨著使用時間增長，尾繩的磨損，嚴重時導致尾繩斷裂，引起起重機嚴重事故。為此，必須嚴格監測尾繩與分繩梁的狀態，以防止因過度磨損而導致系統故障，避免出現經濟損失。

由于尾繩的特殊的構造特點，以及主井井下的復雜情況，加上尾繩與分繩梁碰撞摩擦時間較短，采用常規的機械式傳感器難以實現對其進行定位的監控。傳統的防護措施是在尾繩上安裝重物，在重力作用下，避免了尾繩在吊起時發生彎曲、扭轉，同時降低吊籃吊裝時的震動沖擊，在分繩梁上加裝托輥，采用的材料具有柔性和耐磨的特征，從而降低了吊桿的磨損和摩擦。這些措施雖在減少尾繩的磨損發揮一定的效果，但仍需安排工作人員經常檢查尾繩的磨損狀況，難以實時對尾繩進行監測，無法及時掌握尾繩與分繩梁的碰撞磨損狀況，更難以形成有效的防護措施。基于上述的問題，研制了一套由感應接近開關和主動紅外對射傳感器構成的分繩梁摩擦力監控系統。本系統應用了先進的傳感器技術，對尾繩和分繩梁的摩擦和沖擊進行了實時監控，為提高提升機的安全性能和使用壽命提供了可靠的保證。

2 監測要求

1）將攝像儀在尾繩的保護裝置處進行安裝，在保護裝置的正側兩面都進行分別布置，不需要額外的增加單獨布線，直接將數據和井下環網相連接[1-2]。

2）由于在進行作業的過程中，會受到井底光線暗的不利因素，避免會對攝影儀造成負面影響導致無法呈現出清晰的畫面，需要在保護裝置的周圍安裝照明燈，其目的就是進行補光。

3）無論是主立井還是副立井，只要是需要用到尾繩場合，都可以通過安裝攝像儀進行作業。

3 監測系統原理

礦井主提升機的尾繩纜索和分繩梁纜索的摩擦力監控裝置如圖1 所示。

圖1 煤礦主提升機尾繩與分繩梁摩擦監測系統布置

為了提高監控系統的辨識精度和可靠性，本系統采用感應式接近切換和主動紅外對射感應兩種監控方式，采用了兩種監控方式的同步監控，且兩套監控系統互不影響，提高了監控系統的容錯性[3-4]。

在防護系統中，感應式接近開關系統的安裝位置應在尾繩與分繩梁頻繁碰撞、摩擦的部位。防護系統包括 2 組紅外感應裝置（1 號和2 號），采用 1 號紅外控制系統作為啟動2 號紅外和感應接近開關的起始條件，以保證其運行可靠，降低能耗，避免不必要的損失。礦井主吊車尾繩和分繩梁的摩擦力監控裝置的工作原理如下頁圖2 所示。

圖2 煤礦主提升機尾繩與分繩梁摩擦監測系統工作原理

在監控系統工作時，傳感系統中1 號紅外線感應器啟動，2 號外線感應器和感應接近切換系統均在睡眠。在1 號有源紅外對射感應器發射的紅外線脈沖信號受到尾繩的干擾，則干擾信息會通過通訊系統即時傳送到上位機，觸發上位機信號報警燈[5-6]。上位機啟動2 號紅外線和感應接近切換器進入工作模式，監控尾部纜索與分繩梁的相對位置，系統將監測到的狀態信號轉變成數據信號，將監控數據經由通信接口傳輸至上位機，上位機會根據監控信號判定尾繩與分繩梁是否發生撞擊、摩擦，并按照事先設定的程序，對報警裝置及提升裝置的電氣控制進行響應。上位機工作流程圖如圖3 所示。

圖3 上位機工作流程圖

在1 號紅外系統向上位機發送信號時，上位機會對遮擋狀態進行進一步確認，當確認未出現遮擋時，保持監測狀態，當確認出現遮擋時，2 號紅外系統和感應接近開關進入工作狀態，實時監控尾纜的位置信息。計算機通過2 號紅外檢測和感應接近開關發送的數據信息進行尾繩的位置判定碰撞狀態。如果沒有碰撞摩擦信號1 號，則繼續監控，如果有碰撞信號，則計算碰撞摩擦的次數，確定碰撞摩擦的次數是否達到了30 000 次，如果沒有1 號紅外系統將繼續監控，2 號和感應接近開關進入休眠狀態。當碰撞摩擦次數超過報警閾值時，上位機會發出聲音和光的警告信號，并同時停止升降。這時要檢查尾繩的磨損情況，出現問題及時進行更換，避免因過度使用而導致的安全事故[7-8]。

4 系統測試

為了檢驗礦井主起重機尾繩與分繩梁摩擦監控系統的可靠性、精確度，本文在晉能煤業集團某礦進行監測系統應用測試，首先將感應式接近開關裝置安裝于分繩梁的上下兩端，并將其安裝在尾繩與分繩梁頻繁發生摩擦的部位；為了防止感應式接近開關的互相干擾，兩個鄰近的感應接近開關的間距為50～80 mm；主動式紅外對射傳感裝置設于尾部繩索的一端，1 號型主動式紅外對射傳感與2 號型主動式紅外對射式傳感裝置相隔80～100 mm，其余的分繩梁按照同樣的布局設置；最后，利用PLC、CAN 總線將兩級監控系統與上位機、起重機的電氣控制相結合。

煤礦主吊機尾繩和分繩梁摩擦力監控系統的監控結果顯示：在分繩梁附近，監控系統能夠正常監控；在1 號主動紅外對射感應系統中，一旦出現尾繩觸發，1 號主動紅外對射感應系統發出警告；在尾繩觸發2 號有源紅外感應感應系統和感應接近開關與繩索摩擦時，相應的燈會發出閃光警報，并記錄摩擦次數；若尾繩與分繩梁發生摩擦，且次數超過報警閾值，則該系統將發出聲音警報，并強制終止提升機的運轉狀態。試驗結果顯示，該系統能夠對尾索的定位狀況進行精確監控，工作穩定、正常。

5 結語

感應式接近切換控制和有源紅外對射感應傳感器構成了礦井主起重吊車尾部纜索與繩梁摩阻的監控系統。采用1 號有源紅外對射感應作為起始狀態，2號主動紅外對射感應與感應接近切換同時進行實時監控，以改善系統的容錯率和精確度，減少了系統的能量損失。采用先進的傳感器技術，可以對尾繩與分繩梁進行動態監控。通過對該監測裝置進行了現場試驗，表明該監測裝置能夠長期、平穩地工作，監測準確，反應迅速，能夠實現對纜索監測和防護，并能有效地保證提升機的安全運轉。