自動(dòng)跑車防護(hù)裝置在斜巷提升系統(tǒng)中的應(yīng)用與實(shí)踐

內(nèi)蒙古呼倫貝爾神華大雁集團(tuán)公司 機(jī)電管理部 021122

摘要：《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定斜巷提升系統(tǒng)必須裝設(shè)與絞車聯(lián)動(dòng)的常閉式自動(dòng)跑車防護(hù)裝置。ZDC30—2.2型自動(dòng)跑車防護(hù)裝置目前為國(guó)內(nèi)開發(fā)研制較早，應(yīng)用較為普遍的一套產(chǎn)品之一。在神華大雁集團(tuán)雁南煤礦北二軌道上山所用的提升機(jī)為一臺(tái)3米液壓防爆提升機(jī)，其傳動(dòng)及控制方式與電動(dòng)絞車截然不同。而ZDC30—2.2型自動(dòng)跑車防護(hù)裝置在液壓防爆提升機(jī)提升系統(tǒng)上安裝，做為配套使用，長(zhǎng)期以來應(yīng)用效果比較理想。本文對(duì)其在安裝應(yīng)用過程中的一些實(shí)踐問題及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了總結(jié)與探討。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)；防護(hù)裝置；液壓；提升機(jī)；應(yīng)用；實(shí)踐

液壓防爆提升機(jī)具有扭矩力大、保護(hù)齊全、良好的防爆性能、穩(wěn)定的低速及無級(jí)調(diào)速功能。與電動(dòng)絞車相比更有結(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)便捷、故障率低、運(yùn)行安全可靠，并節(jié)省基建成本等優(yōu)點(diǎn)，更適合煤礦井下使用。我集團(tuán)公司雁南礦北二軌道上山安裝的即是一臺(tái)國(guó)產(chǎn)的JKYB-3×2.5XP型液壓防爆提升機(jī)。該提升機(jī)為洛陽中信重機(jī)自動(dòng)化工程有限公司的較新型產(chǎn)品，技術(shù)成熟，在國(guó)內(nèi)也有一定的代表性。而其不同于電動(dòng)提升機(jī)的傳動(dòng)與控制方式，所以在安裝自動(dòng)跑車防護(hù)裝置過程中卻成為障礙，因而存在了一些困難，下面對(duì)這一實(shí)踐過程進(jìn)行詳細(xì)論述。

斜井跑車防護(hù)裝置是安裝在傾斜巷道內(nèi)任意處的安全輔助裝置。主要采用傳感器和單片機(jī)控制技術(shù)，另外執(zhí)行單元主要由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、車擋及吸能等部分組成，當(dāng)跑車事故發(fā)生時(shí)傳感器取得跑車的信號(hào)，并可靠的將檢測(cè)出的跑車信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行判斷、比對(duì)，繼而準(zhǔn)確的發(fā)出指令，使控制繼電器不動(dòng)作，擋車欄不起，及時(shí)阻止因斷繩的跑車?yán)^續(xù)下行，同時(shí)鋼絲繩攔截裝置能吸收因跑車時(shí)所產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力。

我集團(tuán)公司雁南煤礦所安裝的ZDC30—2.2型自動(dòng)跑車裝置為徐州礦業(yè)大學(xué)專利技術(shù)，濟(jì)源市華泰礦山機(jī)械有限公司定型產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)煤礦企業(yè)已經(jīng)多有應(yīng)用。該型跑車防護(hù)裝置主要由跑車防護(hù)裝置用擋車欄、電控箱、顯示器、收放絞車、霍爾傳感器、接近開關(guān)等設(shè)備組成。正常提物情況下，擋車欄處于常閉狀態(tài)。當(dāng)絞車運(yùn)行，礦車到達(dá)設(shè)定位置，擋車欄自動(dòng)升起，礦車通過后，擋車欄自動(dòng)下落。當(dāng)?shù)V車超速（跑車、溜車等）時(shí)，擋車欄對(duì)跑車進(jìn)行可靠的阻攔，避免事故的發(fā)生。運(yùn)行人車時(shí)，擋車欄為常開狀態(tài)可保證人車的正常通行。顯示器能夠及時(shí)準(zhǔn)確地反映各提升機(jī)構(gòu)的工作情況。所有的狀態(tài)顯示、動(dòng)作指令都來自于一臺(tái)PLC控制器。而PLC是根據(jù)傳感器監(jiān)測(cè)到的絞車速度與路程信號(hào)來進(jìn)行計(jì)算、進(jìn)行比對(duì)后輸出指令的。那么傳感器所采集信號(hào)的準(zhǔn)確程度便是整套裝置能否可靠工作的瓶頸。

該型自動(dòng)跑車防護(hù)裝置使用的傳感器有兩種。一種是霍爾式磁性傳感器，另一種是電感式接近傳感器。霍爾傳感器用于測(cè)量提升機(jī)的速度及行程信號(hào)，電感式接近傳感器用于檢測(cè)裝置的動(dòng)作過程及位置。速度與行程信號(hào)是裝置開啟與關(guān)閉的兩個(gè)主要參數(shù)，因此在裝置中霍爾傳感器的可靠性是關(guān)鍵。而霍爾傳感器在壓力測(cè)量、磁場(chǎng)測(cè)量、電流測(cè)量及轉(zhuǎn)速測(cè)量等方面是一種應(yīng)用頗多的傳感器。本例中即是霍爾傳感器測(cè)量磁場(chǎng)的應(yīng)用。該型自動(dòng)跑車防護(hù)裝置將若干個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度較強(qiáng)的磁塊均勻粘在絞車滾筒軸上，在對(duì)著磁塊圓周一定間隙的位置固定有霍爾探頭。絞車運(yùn)轉(zhuǎn)滾筒軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁塊隨著軸一起沿著圓周移動(dòng)，一個(gè)一個(gè)磁塊逐個(gè)經(jīng)過霍爾探頭。每一個(gè)磁塊經(jīng)過霍爾探頭一次，探頭便會(huì)發(fā)出一個(gè)電脈沖信號(hào)輸入到PLC控制器內(nèi)。PLC控制器便可以根據(jù)脈沖的個(gè)數(shù)來計(jì)算出絞車的實(shí)時(shí)速度及行程。速度和行程的測(cè)量精度與脈沖的個(gè)數(shù)有直接關(guān)系，用公式表示為L(zhǎng)=S*n。L為絞車的行程，S為每個(gè)脈沖所測(cè)量的行程，n為脈沖個(gè)數(shù)。那么可見在同樣行程的情況下脈沖數(shù)越多每個(gè)脈沖所測(cè)出的行程越準(zhǔn)確。同理可知在同樣時(shí)間，同樣行程的情況下脈沖數(shù)越多所測(cè)出的速度也越準(zhǔn)確。而該型自動(dòng)跑車防護(hù)裝置在雁南礦之前都是應(yīng)用在電動(dòng)絞車提升系統(tǒng)上。安裝條件與雁南礦所使用的液壓防爆提升機(jī)不同。

電動(dòng)提升機(jī)一般都是電機(jī)加減速機(jī)的傳動(dòng)方式，當(dāng)然現(xiàn)代化提升機(jī)還有電機(jī)直接變頻調(diào)速的傳動(dòng)方式。不過變頻調(diào)速傳動(dòng)的提升機(jī)都會(huì)有數(shù)字化控制系統(tǒng)，這種數(shù)字化系統(tǒng)自然會(huì)有精度較高的速度和行程監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)，用不到本文所述的監(jiān)測(cè)手段。而本文所述的霍爾傳感器一般都是針對(duì)電動(dòng)機(jī)加減速機(jī)傳動(dòng)的提升機(jī)。在這種電動(dòng)提升機(jī)上磁塊裝在電機(jī)的軸端或減速機(jī)的高速軸端，高速軸端本身就有很高的轉(zhuǎn)速，可以保證在少數(shù)幾個(gè)磁塊的情況下即可獲得比較多的脈沖個(gè)數(shù)。而且這些脈沖比較準(zhǔn)確，不會(huì)出現(xiàn)丟脈沖的情況。

在液壓提升機(jī)上也有較高轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)軸端，但是這個(gè)電動(dòng)機(jī)軸端不能真實(shí)反映絞車的運(yùn)行狀態(tài)。因?yàn)橐簤航g車在工作過程中，滾筒暫時(shí)停轉(zhuǎn)，電機(jī)也一直在轉(zhuǎn)動(dòng)。那么只有將磁塊固定在滾筒軸端才能真實(shí)的反應(yīng)絞車的速度與行程。而液壓絞車滾筒的軸端轉(zhuǎn)速很低，在與電動(dòng)絞車安裝磁塊相同的情況下精度要下降很多。實(shí)際安裝中在保證裝置可靠動(dòng)作的情況下，精度最高只能達(dá)到0.4米。如果再增多磁塊數(shù)量，因?yàn)榇艍K間距的縮小，霍爾探頭測(cè)量的精度下降，開始出現(xiàn)丟失脈沖現(xiàn)象。反應(yīng)在裝置的具體狀態(tài)就是行程顯示誤差積累嚴(yán)重，甚至因?yàn)殄e(cuò)誤的行程計(jì)算結(jié)果而導(dǎo)致裝置誤動(dòng)作。要保證裝置的可靠運(yùn)行，維修人員必須做好裝置的檢查、監(jiān)督工作。當(dāng)發(fā)現(xiàn)顯示行程與實(shí)際行程相差過大時(shí)，及時(shí)將鉤頭提到預(yù)定的零位進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)零工作。增大檢修人員的工作量，失去了裝置安裝的最初目的。同時(shí)還要求司機(jī)在操作絞車時(shí)也要注意監(jiān)視裝置的行程顯示數(shù)據(jù)，這在一定程度上就分散了司機(jī)的注意力，對(duì)提升機(jī)的安全運(yùn)行不利。以上事實(shí)表明有必要考慮對(duì)此種速度及行程監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行改進(jìn)。

改進(jìn)的著手點(diǎn)在于怎樣能保證在轉(zhuǎn)速一定的情況下獲得較多的脈沖個(gè)數(shù)。而如前所述，增多磁塊的數(shù)量不是一個(gè)有效的手段。根據(jù)霍爾傳感器的測(cè)量性質(zhì)，可以使用一塊磁塊產(chǎn)生磁場(chǎng)，在磁塊與探頭中間放置一個(gè)齒輪（如圖所示）。

當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，作用在探頭上的磁通量發(fā)生變化，齒輪的齒對(duì)準(zhǔn)磁極時(shí)，磁阻減小，磁通量增大；齒間隙對(duì)準(zhǔn)磁極時(shí)，磁阻增大，磁通量減小。隨著磁通量變化，探頭輸出一個(gè)個(gè)脈沖信號(hào)，旋轉(zhuǎn)一周的脈沖數(shù)，等于齒輪的齒數(shù)，因此通過脈沖頻率的測(cè)量同樣可以獲得轉(zhuǎn)速信號(hào)。將齒輪固定于提升機(jī)滾筒軸上，轉(zhuǎn)速相同的情況下，制作不同直徑，不同齒數(shù)的齒輪可以獲得所需要的脈沖數(shù)量。齒輪使用普通鋼板自行加工即可，當(dāng)然盡量保證齒的均勻也可以提高測(cè)量的精度。以此裝置測(cè)量出的速度及行程信號(hào)，可以提高本文自動(dòng)跑車防護(hù)裝置的安全性能，在節(jié)約磁塊的情況下更免去了原裝置的若干詬病。

自動(dòng)跑車防護(hù)裝置是煤礦斜巷運(yùn)輸不可或缺的安全設(shè)施，它的穩(wěn)定性與可靠程度對(duì)礦井提升運(yùn)輸有著深遠(yuǎn)的影響。本文針對(duì)我礦使用的自動(dòng)跑車防護(hù)裝置在安裝與使用過程中的一些實(shí)踐進(jìn)行了探討，隨著使用的深入與技術(shù)的進(jìn)步會(huì)使裝置的性能進(jìn)一步改善。比如隨著傳感器技術(shù)的日臻完善，自動(dòng)跑車防護(hù)裝置的監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)會(huì)加入反饋技術(shù)，閉環(huán)管理，可靠性會(huì)更有保證；甚至可以加入車輛速度直接檢測(cè)單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷繩跑車車輛的有效攔截，從而進(jìn)一步的增強(qiáng)了安全保護(hù)性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]傳感器與測(cè)試技術(shù) 中央廣播電視大學(xué)出版社 譚定忠 等編

[2]礦井提升機(jī)故障處理和技術(shù)改造 機(jī)械工業(yè)出版社 礦井提升機(jī)故障處理和技術(shù)改造編委會(huì) 編著

[3]ZDC30—2.2型自動(dòng)跑車防護(hù)裝置使用說明書 濟(jì)源華泰礦山機(jī)械有限公司

作者簡(jiǎn)介：

張福生、男、大學(xué)?？茖W(xué)歷、機(jī)電專業(yè)、助理工程師、畢業(yè)于長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)，現(xiàn)任職于神華大雁集團(tuán)機(jī)電管理部，主要從事大雁集團(tuán)公司下屬各子分公司大型固定機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備的技術(shù)管理工作、021122。