提升機(jī)鋼絲繩張力及超載監(jiān)測系統(tǒng)的研究應(yīng)用

郭霖 劉英林

摘 要：提升機(jī)鋼絲繩在礦井提升運(yùn)輸中廣泛使用，所以，其安全性、可靠性至關(guān)重要。國內(nèi)外針對(duì)提升機(jī)鋼絲繩張力及超載監(jiān)測系統(tǒng)的研究應(yīng)用很早，并且不斷推進(jìn)完善監(jiān)測技術(shù)，隨著傳感器、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的發(fā)展，提升機(jī)鋼絲繩張力及超載監(jiān)測系統(tǒng)的研究應(yīng)用逐漸精密化、可靠化，也為礦井的安全生產(chǎn)提供了保障。本研究通過對(duì)提升機(jī)鋼絲繩張力與平衡油缸建模分析，選取油壓傳感器將采集的張力數(shù)據(jù)傳輸至井上，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測罐籠運(yùn)行的目的。本系統(tǒng)可使任一根鋼絲繩的張力與平均張力之差小于±10%，達(dá)到張力平衡；在每次提升前先監(jiān)測提升載荷和配重，可避免超載和載重差超限。避免出現(xiàn)斷繩、墜罐等重大事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：提升機(jī)；鋼絲繩；張力；監(jiān)測系統(tǒng)；罐籠

礦山多繩鋼絲繩提升機(jī)是煤礦生產(chǎn)的主要大型設(shè)備之一，運(yùn)人運(yùn)料頻繁，需要高度關(guān)注其安全性和可靠性。雖然提升機(jī)系統(tǒng)本身有一定的保護(hù)措施，但由于煤礦生產(chǎn)環(huán)境惡劣，設(shè)備原件腐蝕、老化較快，加之煤礦職工專業(yè)水平普遍較低，造成近年來罐籠事故仍有發(fā)生。提升機(jī)在安全生產(chǎn)中長時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行，多繩提升運(yùn)行中由于設(shè)備加工工藝差異、鋼絲繩差異以及鋼絲繩安裝過程中的問題，使得各鋼絲繩之間不可避免的存在受力不均衡的現(xiàn)象，且提升機(jī)在裝料或載人過程中，有可能存在超載現(xiàn)象，在這種情況下運(yùn)行，將產(chǎn)生提升機(jī)鋼絲繩所受張力超過允許強(qiáng)度，鋼絲繩將加劇磨損、壽命變短，甚至出現(xiàn)斷繩等惡性事故。所以鋼絲繩的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測意義重大，通過監(jiān)測鋼絲繩張力及超載情況，及時(shí)對(duì)鋼絲繩過載進(jìn)行預(yù)警，有效避免事故的發(fā)生，提高了提升機(jī)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。監(jiān)測系統(tǒng)可以采用平衡油缸內(nèi)安設(shè)壓力傳感器，采用無線傳輸?shù)姆绞?，?shí)時(shí)監(jiān)控提升機(jī)各鋼絲繩受力情況、罐籠裝載量、配重差等，并在超載或配重失衡時(shí)進(jìn)行報(bào)警，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確鋼絲繩多繩張力的監(jiān)測。

1 提升機(jī)鋼絲繩張力及超載監(jiān)測系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

多繩摩擦式提升機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜，綜合了機(jī)械、電力、信息傳輸?shù)燃夹g(shù)，通過對(duì)罐籠鋼絲繩張力情況進(jìn)行分析，采取相應(yīng)措施，為提升機(jī)安全運(yùn)行和故障診斷提供實(shí)施數(shù)據(jù)。目前，國內(nèi)礦用多繩摩擦式提升機(jī)普遍采用液壓式張力自動(dòng)平衡裝置，用來均衡系統(tǒng)負(fù)載，保證各條鋼絲繩張力差在可控范圍。液壓張力系統(tǒng)可以確保罐籠穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，也保證了鋼絲繩的受力均衡和使用壽命。

現(xiàn)普遍采用的液壓鋼絲繩張力平衡裝置僅僅是一個(gè)平衡裝置，只能起到局部調(diào)節(jié)的作用而不能測出各鋼絲繩的張力差。另外，半調(diào)壓調(diào)繩器是油壓系統(tǒng)，高速運(yùn)行過程中容易造成左右上下跳動(dòng)，對(duì)鋼絲繩的損害較大。罐籠在運(yùn)行過程中，由于鋼絲繩受力不均勻，不可避免地會(huì)出現(xiàn)蠕動(dòng)，或出現(xiàn)平衡油缸一端活塞桿伸出到極限而另一端回縮到極限的現(xiàn)象。如果立井深度大，鋼絲繩行程長的情況下，鋼絲繩之間的張力不平衡更加明顯，甚至各繩間張力差超過10%，對(duì)提升機(jī)的使用壽命和安全運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅。

鋼絲繩張力平衡裝置物理模型圖

通過安設(shè)在平衡油缸內(nèi)的油壓傳感器，實(shí)時(shí)采集罐籠運(yùn)行過程中的壓力數(shù)據(jù)，根據(jù)油缸活塞承壓面積計(jì)算各鋼絲繩張力值，再將油壓數(shù)據(jù)通過無線發(fā)射模塊發(fā)射至地面監(jiān)測站，并繪制張力變化圖，實(shí)施監(jiān)測提升機(jī)鋼絲繩張力數(shù)據(jù)，計(jì)算提升機(jī)的載重量及鋼絲繩間的張力差，發(fā)現(xiàn)超載或故障后自動(dòng)報(bào)警并切斷提升安全回路，確保提升機(jī)安全運(yùn)行。

2 監(jiān)測系統(tǒng)通信方式設(shè)計(jì)

提升機(jī)的罐籠在井筒中上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由于井道中存在固定管路的鋼架等設(shè)施，采用無線傳輸更加方便，但由于井巷空間窄小，制約無線信號(hào)傳輸距離，故需要使用漏泄無線傳輸方式?？稍诰脖谏戏笤O(shè)一條射頻同軸電纜（即漏泄電纜）。這種電纜進(jìn)行穿孔、開槽或疏編等方法，有規(guī)則地破壞電纜屏蔽層的完整性。這樣，當(dāng)漏泄電纜接在基地電臺(tái)天線輸出口時(shí)， 在電纜周圍就會(huì)形成一個(gè)均勻連續(xù)的電磁場。也即漏泄電纜起了天線的傳輸作用。利用巷道中電纜周圍的電磁場，就可沿漏泄電纜進(jìn)行無線電收發(fā)信機(jī)與漏泄電纜之間的雙向移動(dòng)通信。通過安設(shè)在罐籠上的信號(hào)發(fā)射器將信號(hào)通過漏泄電纜傳輸至地面無線通信模塊進(jìn)行分析，轉(zhuǎn)換為可視化信息。

提升前實(shí)時(shí)監(jiān)測罐籠載重量，若發(fā)現(xiàn)罐籠超過額定載重量或配重差超限時(shí)自動(dòng)切斷提升安全回路不允許提升，從而從源頭上杜絕了超載及載荷失調(diào)現(xiàn)象的發(fā)生。在線監(jiān)測提升機(jī)運(yùn)行過程中鋼絲繩的張力差，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超限時(shí)進(jìn)行語音報(bào)警。在機(jī)房配大屏顯示，實(shí)時(shí)顯示罐籠裝載量、配重差，配重失衡時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示，檢修人員檢查可能存在的問題，確保罐籠時(shí)刻處于安全狀態(tài)。信息處理中心實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)曲線繪制、數(shù)據(jù)顯示、動(dòng)態(tài)畫面瀏覽。可將軟件系統(tǒng)界面在局域網(wǎng)上發(fā)布，方便操作人員、檢修人員及時(shí)查看提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)和歷史記錄。

3 結(jié)語

提升機(jī)鋼絲繩張力及超載監(jiān)測系統(tǒng)的研究應(yīng)用正在逐步完善，這對(duì)礦井提升系統(tǒng)的安全性和可靠性意義重大，一方面使得礦井提升的安全系數(shù)和運(yùn)行效率進(jìn)一步得到提高，另一方面也使得操作員工和檢修員工的工作便利性得到提高，對(duì)推動(dòng)煤礦的安全發(fā)展具有積極的意義。

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