多繩摩擦式提升機(jī)防滑裝置的設(shè)計(jì)

唐軍　李勝華

摘要：摩擦式式提升機(jī)在工作過(guò)程中存在滑動(dòng)事故的發(fā)生，由此會(huì)引起一系列的嚴(yán)重后果。為盡可能消除滑動(dòng)現(xiàn)象以提高設(shè)備工作的可靠性，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所用的摩擦提升機(jī)進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上，提出了基于PLC的防滑裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及滑動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。最后給出滑動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生后應(yīng)該采取的制動(dòng)措施，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：摩擦提升機(jī)；防滑；PLC

引言

提升機(jī)是井下礦山使用最為關(guān)鍵的機(jī)械設(shè)備之一，在多種礦山的立井、豎井提升系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。其主要任務(wù)是完成人員、物料及設(shè)備的提升并協(xié)助工作人員完成升降作業(yè)。目前應(yīng)用較為普遍的提升機(jī)主要有摩擦式及纏繞式兩類(lèi)，由于多繩摩擦式提升機(jī)的安全系數(shù)高、所用鋼絲繩的直徑相對(duì)較細(xì)、設(shè)備的體積及質(zhì)量較小且成本較低，因而在礦井作業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛。隨著單井提升產(chǎn)量的增加，單機(jī)功率不斷增大，加上國(guó)內(nèi)摩擦式提升機(jī)的技術(shù)及維護(hù)水平的限制，導(dǎo)致制動(dòng)失效、滑動(dòng)多項(xiàng)嚴(yán)重事故的發(fā)生。對(duì)防滑裝置進(jìn)行分析研究，并實(shí)現(xiàn)對(duì)滑動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)于保證摩擦提升機(jī)工作的可靠性至關(guān)重要。

1.摩擦提升機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

摩擦式提升機(jī)工作時(shí)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一系列的機(jī)械設(shè)備，然后利用鋼絲繩和摩擦襯墊間相互作用而產(chǎn)生的摩擦力帶動(dòng)容器在井筒中上下運(yùn)動(dòng)以達(dá)到提升、下放目的。武山銅礦新南副井系統(tǒng)承擔(dān)著我礦南礦帶人員、材料及廢石的提升任務(wù)。所用提升機(jī)型號(hào)為JKM-1.85X4（1）C型多繩摩擦式提升機(jī)，主電機(jī)型號(hào)為ZK3-400L，功率為250kw；減速器型號(hào)為T(mén)N647XP800Z-3，最大提升速度達(dá)6.6m/s，一側(cè)為平衡錘，另一側(cè)為單罐運(yùn)行。罐籠為5#單層雙車(chē)罐籠，型號(hào)為YJGG-4-1，斷面為4000X1450mm的多繩罐籠，四根首繩，首繩直徑為22mm，首繩型號(hào)6V×24+7FC，φ22；尾繩二根，其直徑為31.5mm，尾繩型號(hào)18×7+SF，φ31，抗拉強(qiáng)度為1670N/mm2，表面ZS，繩長(zhǎng)為550m，罐道為鋼質(zhì)罐道，井架為砼結(jié)構(gòu)。為避免由于該摩擦式提升機(jī)的滑動(dòng)而帶來(lái)重大事故，需要對(duì)滑動(dòng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)并及時(shí)采取有效的保護(hù)措施。

2.防滑裝置整體設(shè)計(jì)

摩擦式提升機(jī)的防滑裝置主要由電控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、回油保護(hù)系統(tǒng)、及鋼絲繩制動(dòng)系統(tǒng)組成，整體的結(jié)構(gòu)如圖1示。電控系統(tǒng)的構(gòu)成包括光電編碼器、PLC控制器、顯示器及不間斷電源，主要完成對(duì)其它部分的監(jiān)測(cè)與控制。光電編碼器用來(lái)采集摩擦輪、導(dǎo)向輪的滑動(dòng)速度信息；PLC控制器用來(lái)接收并處理處理數(shù)據(jù)信息，并發(fā)出相應(yīng)的控制指令；顯示器用于顯示監(jiān)測(cè)對(duì)象的控制參數(shù)以便于操作人員工作；不間斷電源可使控制系統(tǒng)在停電狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)行。液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源選用蓄能器以縮短響應(yīng)時(shí)間，還需給蓄能器設(shè)置合理的工作壓力，使得蓄能器壓力處于該值以下時(shí)，由液壓泵給蓄能器供油。在達(dá)到設(shè)定值后，則停止供油。為增強(qiáng)防滑裝置工作的安全可靠性，將回油路堵塞保護(hù)裝置安裝到制動(dòng)液壓系統(tǒng)中，其原理是在盤(pán)式制動(dòng)裝置液壓系統(tǒng)回油堵塞時(shí)能夠通過(guò)旁路實(shí)現(xiàn)回油。鋼絲繩制動(dòng)機(jī)構(gòu)用來(lái)消除發(fā)生因摩擦系數(shù)減小及超載而產(chǎn)生的滑動(dòng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮到要在發(fā)生鋼絲繩擺動(dòng)的情況下，不觸碰制動(dòng)機(jī)構(gòu)、盡量降低磨損、達(dá)到要求的繩間距離并且方便維修調(diào)試的因素，選定平面式制動(dòng)機(jī)構(gòu)。采用液壓系統(tǒng)控制制動(dòng)力大小，制動(dòng)副選用相互嚙合的提醒齒結(jié)構(gòu)以及高性能耐磨制動(dòng)材料以保證制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。

3.滑動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用編碼器和各種傳感器進(jìn)行信號(hào)采集并傳遞到現(xiàn)場(chǎng)PLC控制器，通過(guò)控制器的運(yùn)算處理對(duì)危險(xiǎn)滑動(dòng)的趨勢(shì)進(jìn)行判斷，然后控制鋼絲繩制動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。在這個(gè)過(guò)程中，控制器對(duì)于發(fā)生滑動(dòng)進(jìn)行判斷的過(guò)程非常重要。在摩擦提升機(jī)工作時(shí)，利用編碼器所測(cè)得的摩擦輪速度 與導(dǎo)向輪速度 的絕對(duì)差值與所設(shè)定的滑動(dòng)速度值比較判斷是否發(fā)生滑動(dòng)。如果所得差值 大于設(shè)定值，則摩擦提升機(jī)發(fā)生滑動(dòng)。經(jīng)一段時(shí)間 以后，測(cè)得速度差值 ，如果該值小于 ，則表明提升系統(tǒng)處于安全滑動(dòng)，會(huì)由電控系統(tǒng)報(bào)警提示。否則，表明滑動(dòng)呈加劇趨勢(shì)，為危險(xiǎn)滑動(dòng)。

4.防滑裝置的制動(dòng)措施

在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得出提升機(jī)發(fā)生危險(xiǎn)滑動(dòng)的結(jié)論后，立刻使安全回路停電，然后利用盤(pán)式制動(dòng)機(jī)構(gòu)達(dá)到可靠制動(dòng)的效果。在執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生危險(xiǎn)滑動(dòng)初始時(shí)刻，由相應(yīng)的電液閥控制鋼絲繩制動(dòng)系統(tǒng)，將制動(dòng)力施加到滑動(dòng)的鋼絲繩上。然后利用PLC模擬量閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，由PLC處理編碼器采集的制動(dòng)前后的速度數(shù)據(jù)，同時(shí)采用PID算法獲得兩次采集數(shù)據(jù)的誤差值。最后依據(jù)運(yùn)算結(jié)果來(lái)判斷滑動(dòng)狀態(tài)。若滑動(dòng)速度降低，則利用PLC模擬量輸出控制電液比例閥與溢流閥動(dòng)作調(diào)節(jié)對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)所施加的制動(dòng)力大小。如滑動(dòng)速度增加，則同樣利用PLC模擬量輸出控制電液比例閥與溢流閥動(dòng)作使得對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)施加的制動(dòng)力增大。利用PLC模擬量閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)以及PID算法能夠有效地阻止鋼絲繩制動(dòng)系統(tǒng)在滑動(dòng)速度降低時(shí)，由于所施加的制動(dòng)力作用導(dǎo)致的鋼絲繩損傷。

5.結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合摩擦式提升機(jī)在礦山生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用情況，上述設(shè)計(jì)可以有效地對(duì)滑動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并能在產(chǎn)生滑動(dòng)的狀態(tài)下利用顯示器將鋼絲繩的滑動(dòng)速度顯示出來(lái)，同時(shí)給出滑動(dòng)報(bào)警信號(hào)以提醒工作人員注意。此外，防滑裝置的制動(dòng)措施能夠在產(chǎn)生滑動(dòng)時(shí)有效制動(dòng)。PLC模擬量閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)鋼絲繩具有良好的保護(hù)作用，縮短了維修時(shí)間。

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