提高煤礦用提升機(jī)安全性的方法研究

閆玉好

摘要： 針對(duì)煤礦用提升機(jī)常見(jiàn)故障原因進(jìn)行了分析，提出利用制動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)和新型傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和故障分析，并對(duì)主軸、滾筒等關(guān)鍵受力部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，利用新型控制系統(tǒng)對(duì)提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行精密控制，經(jīng)分析該方法對(duì)提高煤礦用提升機(jī)的安全性具有很好的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 煤礦提升機(jī);制動(dòng)系統(tǒng);卷筒結(jié)構(gòu);控制系統(tǒng);主軸;在線監(jiān)控系統(tǒng)

礦井提升機(jī)是大型機(jī)電液一體工業(yè)設(shè)備，是礦山地面與井下連接的“咽喉”，也是煤炭采掘的生命線，用于輸送礦石、設(shè)備和工作人員，出現(xiàn)任何故障都會(huì)導(dǎo)致煤礦開(kāi)采停工，也可能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重事故導(dǎo)致人員財(cái)產(chǎn)損失，因此社會(huì)各界對(duì)礦井安全運(yùn)營(yíng)的關(guān)注度空前提高，尤其是我國(guó)安全法執(zhí)行力度的不斷深入和強(qiáng)化，煤礦企業(yè)也應(yīng)用各種新技術(shù)來(lái)防止事故出現(xiàn)。礦用提升機(jī)電力消耗大，維護(hù)保養(yǎng)成本高，決定了煤礦開(kāi)采的經(jīng)濟(jì)和安全性，也決定了煤炭生產(chǎn)的開(kāi)采和設(shè)備的檢修周期。作為關(guān)鍵設(shè)備的礦用提升機(jī)如何安全運(yùn)營(yíng)，如何系統(tǒng)性地加強(qiáng)提升機(jī)安全措施在信息化時(shí)代的煤炭開(kāi)采過(guò)程中顯得尤為重要[1]。

1 煤礦用提升機(jī)故障分析

礦井提升機(jī)主要由驅(qū)動(dòng)裝置、液壓系統(tǒng)、承載機(jī)構(gòu)、控制與操作系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)和信息傳輸系統(tǒng)等組成。主軸裝置是關(guān)鍵承載受力部件，主要由鋼絲繩卷筒、主軸和軸承組成，并且在卷筒周圈設(shè)有襯板來(lái)降低運(yùn)動(dòng)部件之間的磨耗。驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)來(lái)纏繞和搭放鋼絲繩，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的提升和輸送，承受正常運(yùn)行中物料和自身重量帶來(lái)的額定工作載荷，承載意外情況時(shí)的額外沖擊。

造成提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)常見(jiàn)故障的原因可歸納為：制動(dòng)盤偏擺過(guò)大，圓周摩擦力大小分布差距大、制造誤差大造成閘瓦局部溫度過(guò)高，裝配后傳動(dòng)活節(jié)或制動(dòng)缸存在死結(jié)，機(jī)械運(yùn)行有卡滯，制動(dòng)缸中油工作壓力不足或設(shè)計(jì)錯(cuò)誤造成制動(dòng)力矩不足，密封圈漏油造成油壓不穩(wěn)，閘瓦與閘輪間隙不均勻偏斜造成閘瓦磨偏。減速器系統(tǒng)故障可歸納為：裝配工藝不適當(dāng)或加工工藝不合理，造成齒輪接觸面過(guò)小而產(chǎn)生的接觸應(yīng)力偏大、齒輪軸線存在較大夾角，齒面因潤(rùn)滑不當(dāng)造成磨損過(guò)快，進(jìn)而產(chǎn)生額外噪聲和振動(dòng)，檢修時(shí)裝配工藝不當(dāng)、保養(yǎng)不及時(shí)均可造成齒面的非正常損耗。主軸、卷筒部分故障可歸納為：潤(rùn)滑油供應(yīng)不及時(shí)、鋼絲繩和滾筒之間接觸應(yīng)力過(guò)大或軸線不同心、軸承組裝游隙過(guò)小在工作中受熱膨脹產(chǎn)生卡滯，緊固螺栓松動(dòng)而檢修更換不及時(shí)，造成連接機(jī)構(gòu)的整體失效，襯板磨損失效誘發(fā)卷筒裂縫，主軸承受偏載過(guò)大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行產(chǎn)生疲勞折斷。鋼絲繩斷絲快或折斷故障可歸納為：缺潤(rùn)滑油、纏繞不正常、沒(méi)有襯板或襯板損壞、倒頭使用不及時(shí)、沖擊負(fù)荷大、頻率高，且選用的型號(hào)或選用的材質(zhì)不合適、卷筒或天輪直徑過(guò)小，已斷絲磨損未及時(shí)更換，存在卡罐、急停車等故障頻繁造成瞬時(shí)加速度過(guò)快，外力沖擊提升容器或鋼絲繩造成疲勞損傷。天輪軸斷原因可歸納為：突然卡罐，急驟停車，設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，材質(zhì)不好，加工質(zhì)量不合要求[3]。

2 提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化及改進(jìn)

由于礦井提升機(jī)制動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，因此需要運(yùn)用信息技術(shù)，建立在線監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的基本運(yùn)行信息和報(bào)警信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并設(shè)立參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊，對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)制動(dòng)系統(tǒng)存在的故障，并建立數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行參數(shù)識(shí)別，及時(shí)預(yù)測(cè)可能發(fā)生的液壓缸壓力尺寸不足、溫度過(guò)高的問(wèn)題，及時(shí)將信息向主管單位發(fā)送，保證制動(dòng)系統(tǒng)及時(shí)獲得維修保養(yǎng)。

閘瓦間隙和油缸壓力是影響制動(dòng)的關(guān)鍵參數(shù)，尤其是閘瓦間隙直接影響制動(dòng)距離和響應(yīng)時(shí)間，必須合理設(shè)置此處的尺寸，但是閘瓦和制動(dòng)盤屬于易損易耗件，其間隙隨著使用過(guò)程不斷改變，且不容易直觀測(cè)量，應(yīng)設(shè)計(jì)傳感器對(duì)該處進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并與數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行連接，將數(shù)據(jù)上傳至提升機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中。為了防止油缸卸荷殘壓過(guò)大，設(shè)置壓力傳感器對(duì)系統(tǒng)油壓進(jìn)行監(jiān)控，在油缸進(jìn)口和出口分別設(shè)置兩個(gè)壓力傳感器監(jiān)控油缸工作壓力和卸荷殘余壓力，防止出現(xiàn)提供制動(dòng)壓力不足的問(wèn)題，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)中。

3 主軸和卷筒結(jié)構(gòu)優(yōu)化及改進(jìn)

主軸和卷筒是提升機(jī)的關(guān)鍵承載部件，兩者的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)影響了使用的安全性、制造難度，也決定了提升機(jī)的使用性能及維護(hù)成本。主軸設(shè)計(jì)和卷筒設(shè)計(jì)要考慮剛度、撓度和穩(wěn)定性及變形協(xié)調(diào)性[4]。纏繞式提升機(jī)適宜采用厚殼彈支狀態(tài)，支輪與擋繩板保持一定距離以改善筒殼應(yīng)力分布狀態(tài)，優(yōu)化支環(huán)結(jié)構(gòu)，保證筒殼剛度分布均勻，高應(yīng)力區(qū)避免采用焊接成型，卷筒的強(qiáng)度計(jì)算采用第三強(qiáng)度理論：

式中，σ2y為軸殼軸向壓應(yīng)力，單位為MPa;σw2為筒殼軸向彎應(yīng)力，單位為MPa。

為保證卷筒殼體穩(wěn)定性，采用彈性穩(wěn)定理論作為不失穩(wěn)的判斷依據(jù)：

式中，Bj為滾筒兩支輪間的距離，單位為m;Lk為滾筒筒殼的臨界長(zhǎng)度，單位為m。

4 利用新型控制系統(tǒng)提高提升機(jī)安全性

傳統(tǒng)提升機(jī)電控系統(tǒng)的電路復(fù)雜，控制精度差，因此有必要應(yīng)用新型提升機(jī)控制系統(tǒng)，通過(guò)主控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)行程、驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、信號(hào)傳輸各個(gè)系統(tǒng)的控制。主控系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的中樞，提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中各個(gè)部位的狀態(tài)信息、速度信息、制動(dòng)狀況、故障信息和運(yùn)行方向等信息均發(fā)送至控制系統(tǒng)，主控系統(tǒng)根據(jù)這些信息對(duì)執(zhí)行部件發(fā)出啟動(dòng)加減速等控制信號(hào)。主控系統(tǒng)提升機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中實(shí)時(shí)采集實(shí)際速度，并在特定行程發(fā)出S形速度曲線控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)工作過(guò)程的行程控制。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)變頻器接收主控系統(tǒng)的調(diào)速指令，并實(shí)現(xiàn)提升機(jī)給定速度的精密控制。

5 結(jié)語(yǔ)

提升機(jī)是煤炭生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，頻繁用于物料和人員的輸送，是連接井下和地面的生命線，關(guān)系到煤礦企業(yè)的生命和財(cái)產(chǎn)安全。針對(duì)煤礦用提升機(jī)的常見(jiàn)故障進(jìn)行分析，并通過(guò)對(duì)提升機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的研究，提出可提高提升機(jī)安全性的方法，對(duì)提高其安全性及可靠性，保證煤炭企業(yè)的安全運(yùn)行具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]礦用提升機(jī)垂懸鋼絲繩回收裝置設(shè)計(jì)研究[J]. 馬曉鋒. ?機(jī)械管理開(kāi)發(fā). 2020（12）

[2]礦用提升機(jī)天輪輪體結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 楊正哲. ?機(jī)械管理開(kāi)發(fā). 2021（04）

[3]淺談礦用提升機(jī)點(diǎn)巡檢作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定與應(yīng)用[J]. 劉智昕. ?世界有色金屬. 2020（02）

[4]礦用提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)冗余回油管路的研究[J]. 楊明. ?內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì). 2020（02）