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(wèn)題，設(shè)計(jì)開(kāi)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(kāi)車，通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(méi)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(kāi)關(guān)。閘瓦磨損開(kāi)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(kāi)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(guò)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(kāi)關(guān)多數(shù)為機(jī)械開(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)連接螺栓帶動(dòng)筒體向后移動(dòng)(離開(kāi)制動(dòng)盤)，從而使閘瓦離開(kāi)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(guò)程中，由位置傳感器監(jiān)測(cè)盤形閘的位移數(shù)值，通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(huà)面采用西門子專用組態(tài)軟件WINCC開(kāi)發(fā)，畫(huà)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(guò)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(kāi)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>　　（1）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>　?。?）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