副井4m絞車盤形閘監(jiān)控裝置設(shè)計(jì)和應(yīng)用

1、<p>　　副井4m絞車盤形閘監(jiān)控裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用</p><p>　　大平礦 張慶宇 何 勇 生產(chǎn)技術(shù)部 張玉超</p><p>　　摘 要 煤礦提升機(jī)采用的盤形閘監(jiān)控裝置，由于盤形閘間隙檢測(cè)裝置的測(cè)量位置、測(cè)量方法的選擇不當(dāng)，會(huì)造成測(cè)量誤差，降低可靠性，以及保護(hù)功能不全等問題，設(shè)計(jì)開發(fā)盤形閘監(jiān)控裝置，可實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)礦井提升裝置盤形閘與閘盤的工作間隙，當(dāng)兩者之間

2、的間隙超限時(shí)能夠自動(dòng)聲光告警并閉鎖下次開車，通過系統(tǒng)程序的計(jì)算與比較，判斷出盤形閘閘瓦磨損、碟形彈簧疲勞、間隙超限故障。監(jiān)控裝置數(shù)據(jù)采集傳感器采用獨(dú)特的設(shè)計(jì)固定座，閘間隙等相關(guān)保護(hù)試驗(yàn)方便、快捷、準(zhǔn)確。</p><p>　　關(guān)鍵詞 提升機(jī) 盤形閘 保護(hù)</p><p>　　盤形閘是煤礦提升裝置中重要的配套設(shè)備，是保證提升裝置安全運(yùn)行的關(guān)鍵核心部分，提升裝置所有電控保護(hù)裝置的最后執(zhí)行元件就

3、是盤形閘，而閘盤與制動(dòng)盤的間隙決定了提升裝置在緊急制動(dòng)時(shí)的安全可靠性?！睹旱V安全規(guī)程》第426條規(guī)定:盤形閘的閘瓦與閘盤之間的間隙不得超過2 mm。煤礦提升裝置盤形閘工作間隙保護(hù)裝置是測(cè)量盤形閘與制動(dòng)盤的實(shí)際工作間隙且當(dāng)超過規(guī)定間隙時(shí)能夠自動(dòng)報(bào)警或自動(dòng)斷電的裝置。盤形閘工作間隙的監(jiān)測(cè)與保護(hù)對(duì)提升裝置的安全運(yùn)行有著十分重要的意義。</p><p>　　然而，通過市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn) ,目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)的煤礦礦井中都沒有安裝提

4、升裝置閘間隙保護(hù)裝置 ,只是簡(jiǎn)單地安裝了閘瓦磨損與彈簧疲勞保護(hù)開關(guān)。閘瓦磨損開關(guān)只是對(duì)閘盤的磨損厚度起到保護(hù)作用 ,彈簧疲勞保護(hù)開關(guān)只是對(duì)盤形閘碟簧的疲勞程度起到保護(hù)作用 ,而一般閘盤的磨損厚度和碟簧的疲勞完全可以通過日常的檢查與維護(hù)就可以檢查到,并且閘瓦磨損與彈簧疲勞開關(guān)多數(shù)為機(jī)械開關(guān) ,調(diào)整誤差大 ,經(jīng)常起不到保護(hù)作用。鑒此,設(shè)計(jì)了一種礦井提升裝置閘間隙保護(hù)裝置,該保護(hù)裝置具有自動(dòng)聲光報(bào)警及斷電保護(hù)功能。</p>&l

5、t;p><b>　　1設(shè)計(jì)目標(biāo)</b></p><p>　　液壓盤形閘監(jiān)控裝置設(shè)計(jì)目標(biāo)是通過安裝在盤形閘上的電渦流傳感器測(cè)量盤形閘與制動(dòng)盤之間的動(dòng)態(tài)工作間隙，通過可編程控制器、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、報(bào)警裝置、軟件應(yīng)用程序的比較、計(jì)算，判斷故障類型，發(fā)出報(bào)警，并將故障類型間隙超限、閘瓦磨損、碟形彈簧疲勞等信息傳遞給操作人員和維護(hù)人員，保證提升機(jī)盤形閘正常工作，提高提升機(jī)運(yùn)行的可靠性。</p&

6、gt;<p><b>　　2工作原理</b></p><p>　　2.1盤形閘的工作原理</p><p>　　如圖1所示，盤形閘是靠碟形彈簧產(chǎn)生制動(dòng)力，用油壓解除制動(dòng)，制動(dòng)力沿軸向作用的制動(dòng)器。盤形閘和液壓站、管路系統(tǒng)配套組成一套完整的制動(dòng)系統(tǒng)。適用于碼頭纜車、礦井提升機(jī)及其它提升設(shè)備，作工作制動(dòng)和安全制動(dòng)之用。</p><p>

7、　　圖1 盤形閘的安裝示意圖</p><p>　　1——制動(dòng)盤；2——盤形閘</p><p>　　如圖2所示，提升機(jī)制動(dòng)時(shí)，碟形彈簧的預(yù)壓力迫使活塞向制動(dòng)盤移動(dòng)，通過連接螺栓，將筒體連同其上的閘瓦推出，使閘瓦與卷筒的制動(dòng)盤接觸，并產(chǎn)生正壓力，形成摩擦力而產(chǎn)生制動(dòng)。提升機(jī)松閘運(yùn)行時(shí)，油缸腔中充入壓力油，活塞再次壓縮碟形彈簧，并通過連接螺栓帶動(dòng)筒體向后移動(dòng)(離開制動(dòng)盤)，從而使閘瓦離開制動(dòng)盤

8、，解除制動(dòng)力(即松閘)。</p><p>　　圖2 盤形閘的結(jié)構(gòu)</p><p>　　1——閘瓦；2——筒體；3——碟形彈簧；4——活塞；5——端蓋；</p><p>　　6——傳感器調(diào)整座；7——電渦流傳感器；8——連接螺栓</p><p>　　2.2保護(hù)裝置的工作原理</p><p>　　如圖3所示，保護(hù)裝置的位

9、移傳感器在提升機(jī)運(yùn)行時(shí)和停止運(yùn)行時(shí)對(duì)盤形閘的位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在提升機(jī)的盤形閘由工作狀態(tài)到制動(dòng)狀態(tài)的過程中，由位置傳感器監(jiān)測(cè)盤形閘的位移數(shù)值，通過可編程控制器采集數(shù)據(jù)信號(hào)，與預(yù)裝的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，來(lái)判斷盤形閘的碟形彈簧是否疲勞，閘瓦是否出現(xiàn)磨損，經(jīng)過通訊發(fā)出運(yùn)行和報(bào)警信息。</p><p>　　圖3 傳感器與工控機(jī)</p><p>　　1——位移傳感器；2——雙絞屏蔽電纜；3——雙絞屏

10、蔽電纜；4——CPU；5——可編程控制器；</p><p>　　6——數(shù)據(jù)信號(hào)采集；7——運(yùn)行報(bào)警輸出；8——運(yùn)行報(bào)警通訊；9——工控機(jī)；10——報(bào)警器</p><p>　　保護(hù)裝置通過監(jiān)測(cè)盤形閘在松閘時(shí)、制動(dòng)時(shí)以及提升機(jī)運(yùn)行過程中的數(shù)值，來(lái)判斷盤形閘的工作狀態(tài)是否正常。傳感器的安裝位置如圖2所示，當(dāng)提升機(jī)運(yùn)行液壓站達(dá)到最大壓力，盤形閘在打開狀態(tài)時(shí)，傳感器監(jiān)測(cè)盤形閘的連接螺栓的位置為S1（

11、圖2中7和8的距離），PLC將距離數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，當(dāng)盤形閘在貼閘狀態(tài)時(shí)，連接螺栓的位置發(fā)生變化，向閘盤方向移動(dòng)，移動(dòng)后連接螺栓和傳感器的距離為S2，此時(shí)盤形閘的閘間隙數(shù)值為S=S1－S2。</p><p>　　保護(hù)裝置通過對(duì)S的數(shù)值與規(guī)定數(shù)值進(jìn)行比較來(lái)判斷故障發(fā)出告警，故障告警的判斷方法：</p><p>　　盤形閘間隙超限保護(hù)，提升機(jī)運(yùn)行，液壓站壓力達(dá)到全壓時(shí)，盤形閘處于敞開狀態(tài)，監(jiān)測(cè)盤形閘間

12、隙，當(dāng)間隙大于2mm時(shí)發(fā)出告警并閉鎖下次開車。</p><p>　　盤形閘碟簧疲勞保護(hù)，當(dāng)提升機(jī)停止運(yùn)行，盤形閘處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)對(duì)盤形閘進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在設(shè)定的監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)，間隙仍然大于1mm時(shí)，判斷盤形閘碟簧疲勞，發(fā)出告警。</p><p>　　盤形閘閘瓦磨損超限保護(hù)當(dāng)提升機(jī)停止運(yùn)行，盤形閘處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)對(duì)盤形閘進(jìn)行檢測(cè)，盤形閘間隙大于規(guī)定值時(shí)，判斷盤形閘閘瓦磨損超限，發(fā)出告警。<

13、;/p><p>　　盤形閘打開故障保護(hù)當(dāng)提升機(jī)運(yùn)行，液壓站壓力達(dá)到最大值，而盤形閘與閘盤的間隙仍然小于1mm時(shí)，發(fā)出聲光告警。</p><p><b>　　3裝置設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 位移傳感器及PLC選型</p><p>　　該裝置采用高精度的電渦流傳感器，安裝在盤形閘端蓋上，監(jiān)測(cè)盤形閘連接螺栓的位移，

14、通過監(jiān)測(cè)到的位移數(shù)值判斷盤形閘是否在正常的工作范圍內(nèi)。保護(hù)裝置由盤形閘連接螺栓的位移數(shù)值可判斷盤形閘是否碟簧疲勞、閘瓦磨損。</p><p>　　電渦流傳感器的工作過程中，當(dāng)探頭與金屬表面的距離發(fā)生變化時(shí)，金屬表面的電渦流及電渦流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)也會(huì)發(fā)生變化，也會(huì)引起振蕩電壓的變化。將這個(gè)變化的振蕩電壓轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，完成機(jī)械位移到電信號(hào)的轉(zhuǎn)化。本設(shè)計(jì)的位移傳感器輸出DC0-10V的電壓信號(hào)，電壓信號(hào)經(jīng)過可編程控制

15、器的模擬量輸入模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)際的位移數(shù)值，來(lái)判斷閘間隙的大小。</p><p>　　信號(hào)處理采用西門子的可編程控制器S7-300系列（CPU、數(shù)據(jù)信號(hào)采集、運(yùn)行報(bào)警信息輸出）。</p><p>　　3.2 顯示控制界面設(shè)計(jì)</p><p>　　該保護(hù)裝置采用計(jì)算機(jī)監(jiān)視。當(dāng)采用計(jì)算機(jī)監(jiān)視時(shí) ,直接由計(jì)算機(jī)代替主機(jī)接收各點(diǎn)數(shù)據(jù)。所有閘間隙數(shù)據(jù)均顯示在同一屏幕上，

16、如圖4所示，調(diào)零操作通過調(diào)整電渦流傳感器與盤形閘的間隙實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　圖4 調(diào)零操作</b></p><p>　　顯示畫面采用西門子專用組態(tài)軟件WINCC開發(fā)，畫面制作規(guī)范，數(shù)據(jù)計(jì)算準(zhǔn)確，報(bào)警及時(shí)可靠。</p><p>　　3.3 聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)</p><p>　　聲光報(bào)警是該裝置的主要功能 ,

17、要求是在16個(gè)測(cè)點(diǎn)中任一個(gè)測(cè)點(diǎn)的間隙超限時(shí)都能發(fā)出聲光報(bào)警。報(bào)警時(shí) ,可通過觀察燈光指示和顯示數(shù)值直接判斷是哪一組測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)了故障。聲光報(bào)警指示直到超限間隙回復(fù)到安全距離以內(nèi)時(shí)才會(huì)解除。實(shí)現(xiàn)提升機(jī)電控系統(tǒng)的聲光報(bào)警并閉鎖下次開車等功能。</p><p>　　3.4傳感器固定座設(shè)計(jì)</p><p>　　如圖5所示，傳感器固定座采用采用φ80的圓鋼加工而成，與傳感器之間間距10mm，防止底座與傳

18、感器距離太近，造成信號(hào)干擾。</p><p>　　傳感器固定座螺紋加工為正旋螺紋，傳感器固定座螺紋加工為反旋螺紋。</p><p>　　圖5 傳感器固定座設(shè)計(jì)</p><p>　　1——盤形閘端蓋；2——傳感器固定座；3——傳感器；4——螺紋；5——螺紋</p><p><b>　　4應(yīng)用效果</b></p>

19、;<p>　?。?）盤形閘間隙測(cè)量位置。選擇在盤形閘端蓋處，測(cè)量盤形閘聯(lián)接螺釘?shù)奈灰?，間隙數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。</p><p>　　（2）盤形閘間隙測(cè)量傳感器。選擇電渦流傳感器，非接觸式，避免了機(jī)械接觸，提高傳感器的精度、可靠性。</p><p>　?。?）傳感器固定座設(shè)計(jì)。固定支架安裝在盤形閘端蓋上，加工反向螺紋，盤形閘間隙保護(hù)試驗(yàn)，保護(hù)試驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，只需要旋轉(zhuǎn)傳感器固定座就可獲得

20、不同的閘間隙模擬值，進(jìn)行保護(hù)試驗(yàn)，避免了拆除探頭的麻煩和旋轉(zhuǎn)探頭損壞線路的風(fēng)險(xiǎn)，符合規(guī)程及保護(hù)試驗(yàn)的要求。</p><p><b>　　5 結(jié) 語(yǔ)</b></p><p>　　本文介紹的副井4m絞車的新型閘間隙保護(hù)裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦井提升裝置的盤形閘與制動(dòng)盤的實(shí)際工作間隙,當(dāng)兩者之間的間隙超限時(shí)能夠自動(dòng)聲光報(bào)警，判斷閘瓦磨損、碟簧疲勞、間隙超限故障，并向操