提升機尾繩與分繩梁摩擦安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計及運行分析

李 鵬

（晉能控股煤業(yè)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(xiàn)狀

在立井摩擦式提升系統(tǒng)中，尾繩是維護體升機構(gòu)平衡的關(guān)鍵裝置，其安全防護作用不可忽略。在實際生產(chǎn)中，為避免尾繩易出現(xiàn)扭結(jié)，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(fēng)壓和提升機的振動等因素的影響，導(dǎo)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(yán)重時導(dǎo)致尾繩斷裂，引起起重機嚴(yán)重事故。為此，必須嚴(yán)格監(jiān)測尾繩與分繩梁的狀態(tài)，以防止因過度磨損而導(dǎo)致系統(tǒng)故障，避免出現(xiàn)經(jīng)濟損失。

由于尾繩的特殊的構(gòu)造特點，以及主井井下的復(fù)雜情況，加上尾繩與分繩梁碰撞摩擦?xí)r間較短，采用常規(guī)的機械式傳感器難以實現(xiàn)對其進行定位的監(jiān)控。傳統(tǒng)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(fā)生彎曲、扭轉(zhuǎn)，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(fā)揮一定的效果，但仍需安排工作人員經(jīng)常檢查尾繩的磨損狀況，難以實時對尾繩進行監(jiān)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?；谏鲜龅膯栴}，研制了一套由感應(yīng)接近開關(guān)和主動紅外對射傳感器構(gòu)成的分繩梁摩擦力監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)應(yīng)用了先進的傳感器技術(shù)，對尾繩和分繩梁的摩擦和沖擊進行了實時監(jiān)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(jiān)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(cè)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(shù)據(jù)和井下環(huán)網(wǎng)相連接[1-2]。

2）由于在進行作業(yè)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(fù)面影響導(dǎo)致無法呈現(xiàn)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(yè)。

3 監(jiān)測系統(tǒng)原理

礦井主提升機的尾繩纜索和分繩梁纜索的摩擦力監(jiān)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(jiān)測系統(tǒng)布置

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

在防護系統(tǒng)中，感應(yīng)式接近開關(guān)系統(tǒng)的安裝位置應(yīng)在尾繩與分繩梁頻繁碰撞、摩擦的部位。防護系統(tǒng)包括 2 組紅外感應(yīng)裝置（1 號和2 號），采用 1 號紅外控制系統(tǒng)作為啟動2 號紅外和感應(yīng)接近開關(guān)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(jiān)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(jiān)測系統(tǒng)工作原理

在監(jiān)控系統(tǒng)工作時，傳感系統(tǒng)中1 號紅外線感應(yīng)器啟動，2 號外線感應(yīng)器和感應(yīng)接近切換系統(tǒng)均在睡眠。在1 號有源紅外對射感應(yīng)器發(fā)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(tǒng)即時傳送到上位機，觸發(fā)上位機信號報警燈[5-6]。上位機啟動2 號紅外線和感應(yīng)接近切換器進入工作模式，監(jiān)控尾部纜索與分繩梁的相對位置，系統(tǒng)將監(jiān)測到的狀態(tài)信號轉(zhuǎn)變成數(shù)據(jù)信號，將監(jiān)控數(shù)據(jù)經(jīng)由通信接口傳輸至上位機，上位機會根據(jù)監(jiān)控信號判定尾繩與分繩梁是否發(fā)生撞擊、摩擦，并按照事先設(shè)定的程序，對報警裝置及提升裝置的電氣控制進行響應(yīng)。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(tǒng)向上位機發(fā)送信號時，上位機會對遮擋狀態(tài)進行進一步確認(rèn)，當(dāng)確認(rèn)未出現(xiàn)遮擋時，保持監(jiān)測狀態(tài)，當(dāng)確認(rèn)出現(xiàn)遮擋時，2 號紅外系統(tǒng)和感應(yīng)接近開關(guān)進入工作狀態(tài)，實時監(jiān)控尾纜的位置信息。計算機通過2 號紅外檢測和感應(yīng)接近開關(guān)發(fā)送的數(shù)據(jù)信息進行尾繩的位置判定碰撞狀態(tài)。如果沒有碰撞摩擦信號1 號，則繼續(xù)監(jiān)控，如果有碰撞信號，則計算碰撞摩擦的次數(shù)，確定碰撞摩擦的次數(shù)是否達到了30 000 次，如果沒有1 號紅外系統(tǒng)將繼續(xù)監(jiān)控，2 號和感應(yīng)接近開關(guān)進入休眠狀態(tài)。當(dāng)碰撞摩擦次數(shù)超過報警閾值時，上位機會發(fā)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(xiàn)問題及時進行更換，避免因過度使用而導(dǎo)致的安全事故[7-8]。

4 系統(tǒng)測試

為了檢驗礦井主起重機尾繩與分繩梁摩擦監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性、精確度，本文在晉能煤業(yè)集團某礦進行監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用測試，首先將感應(yīng)式接近開關(guān)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(fā)生摩擦的部位；為了防止感應(yīng)式接近開關(guān)的互相干擾，兩個鄰近的感應(yīng)接近開關(guān)的間距為50～80 mm；主動式紅外對射傳感裝置設(shè)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(shè)置；最后，利用PLC、CAN 總線將兩級監(jiān)控系統(tǒng)與上位機、起重機的電氣控制相結(jié)合。

煤礦主吊機尾繩和分繩梁摩擦力監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控結(jié)果顯示：在分繩梁附近，監(jiān)控系統(tǒng)能夠正常監(jiān)控；在1 號主動紅外對射感應(yīng)系統(tǒng)中，一旦出現(xiàn)尾繩觸發(fā)，1 號主動紅外對射感應(yīng)系統(tǒng)發(fā)出警告；在尾繩觸發(fā)2 號有源紅外感應(yīng)感應(yīng)系統(tǒng)和感應(yīng)接近開關(guān)與繩索摩擦?xí)r，相應(yīng)的燈會發(fā)出閃光警報，并記錄摩擦次數(shù)；若尾繩與分繩梁發(fā)生摩擦，且次數(shù)超過報警閾值，則該系統(tǒng)將發(fā)出聲音警報，并強制終止提升機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。試驗結(jié)果顯示，該系統(tǒng)能夠?qū)ξ菜鞯亩ㄎ粻顩r進行精確監(jiān)控，工作穩(wěn)定、正常。

5 結(jié)語

感應(yīng)式接近切換控制和有源紅外對射感應(yīng)傳感器構(gòu)成了礦井主起重吊車尾部纜索與繩梁摩阻的監(jiān)控系統(tǒng)。采用1 號有源紅外對射感應(yīng)作為起始狀態(tài)，2號主動紅外對射感應(yīng)與感應(yīng)接近切換同時進行實時監(jiān)控，以改善系統(tǒng)的容錯率和精確度，減少了系統(tǒng)的能量損失。采用先進的傳感器技術(shù)，可以對尾繩與分繩梁進行動態(tài)監(jiān)控。通過對該監(jiān)測裝置進行了現(xiàn)場試驗，表明該監(jiān)測裝置能夠長期、平穩(wěn)地工作，監(jiān)測準(zhǔn)確，反應(yīng)迅速，能夠?qū)崿F(xiàn)對纜索監(jiān)測和防護，并能有效地保證提升機的安全運轉(zhuǎn)。