煤礦井下絞車(chē)保護(hù)系統(tǒng)的改進(jìn)與應(yīng)用

苑昌明

摘要：絞車(chē)作為煤礦提升的動(dòng)力，屬于煤礦提升系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。絞車(chē)松繩保護(hù)一直貫穿于提升過(guò)程中，并基于接近開(kāi)關(guān)或者形成開(kāi)關(guān)對(duì)松繩保護(hù)的安全回路進(jìn)行控制。在絞車(chē)控制提升容器下行時(shí)，只有當(dāng)懸垂鋼絲繩自身重力小于鋼絲繩弦長(zhǎng)受重力作用在垂直方向上的分力時(shí)，絞車(chē)的松繩保護(hù)系統(tǒng)才能發(fā)揮其作用。而在提升過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)提升容器下行受阻導(dǎo)致提升系統(tǒng)的鋼絲繩變得松弛。此時(shí)松繩保護(hù)系統(tǒng)無(wú)法發(fā)揮其應(yīng)用的保護(hù)功能，常出現(xiàn)松繩過(guò)多進(jìn)而導(dǎo)致斷繩、卡箕斗的事故發(fā)生，故需對(duì)絞車(chē)的松繩保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：煤礦井下;絞車(chē)保護(hù)系統(tǒng);改進(jìn)措施

引言：無(wú)極繩絞車(chē)作為當(dāng)前在采煤工作面應(yīng)用最為廣泛的輔助運(yùn)輸設(shè)備，其主要應(yīng)用于長(zhǎng)距離、大傾角以及多坡的工作面。鑒于其應(yīng)用場(chǎng)所相對(duì)復(fù)雜，為保證無(wú)極繩絞車(chē)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，在其控制系統(tǒng)中專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了絞車(chē)保護(hù)系統(tǒng)模塊[1-2]。但是，在實(shí)際運(yùn)輸過(guò)程中，絞車(chē)保護(hù)系統(tǒng)并不能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)無(wú)極繩絞車(chē)全時(shí)段、全方位的保護(hù)。經(jīng)分析，導(dǎo)致當(dāng)前絞車(chē)保護(hù)系統(tǒng)無(wú)法充分發(fā)揮其功能的原因在于其核心控制器單片機(jī)在復(fù)雜的采煤工作面工作時(shí)受到干擾。

1.煤礦井下絞車(chē)保護(hù)系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

1.1運(yùn)行控制的設(shè)計(jì)

為保證絞車(chē)保護(hù)系統(tǒng)能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求，要求絞車(chē)保護(hù)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)絞車(chē)進(jìn)行啟動(dòng)、停止、正向運(yùn)動(dòng)、反向運(yùn)動(dòng)、正向點(diǎn)動(dòng)以及反向點(diǎn)動(dòng)的操作。絞車(chē)保護(hù)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行初始化操作后，判斷是否滿足設(shè)備啟動(dòng)的要求。若滿足設(shè)計(jì)啟動(dòng)要求，即可按下“啟動(dòng)”按鈕完成啟動(dòng)操作。此外，還可根據(jù)絞車(chē)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，控制對(duì)應(yīng)按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)絞車(chē)正向運(yùn)動(dòng)、反向運(yùn)動(dòng)、正向點(diǎn)動(dòng)以及反向點(diǎn)動(dòng)的操作。

1.2改進(jìn)的壓繩輪結(jié)構(gòu)

根據(jù)傳統(tǒng)壓繩輪結(jié)構(gòu)存在的不足，可以進(jìn)行相應(yīng)的裝置優(yōu)化和改裝。將壓繩輪、固定板和鐵道底邊固定，并且改進(jìn)壓繩輪和固定點(diǎn)的運(yùn)作方式，讓鋼絲繩能夠只受徑向壓力，而不受其他應(yīng)力的限制。這種改進(jìn)模式的優(yōu)點(diǎn)有很多。首先，改裝后的裝置通過(guò)不同的壓力點(diǎn)，能夠有效防止彈繩;其次，各部位裝置在損壞時(shí)方便更換;再次，彈簧自身的強(qiáng)度能夠根據(jù)作業(yè)的需求進(jìn)行調(diào)節(jié);最后，改裝后的裝置能夠不受坡度的限制，進(jìn)行自由的安裝，同時(shí)對(duì)壓繩輪系的各種尺寸和強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1.3報(bào)警的設(shè)計(jì)

絞車(chē)保護(hù)系統(tǒng)報(bào)警的功能是當(dāng)絞車(chē)正常運(yùn)行過(guò)程中，其報(bào)警器會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)性的語(yǔ)音提醒，以達(dá)到提升作業(yè)人員注意安全的目的。比如：當(dāng)絞車(chē)啟動(dòng)前，系統(tǒng)會(huì)連續(xù)三次發(fā)出“絞車(chē)準(zhǔn)備啟動(dòng)”的語(yǔ)音提醒，并于5s后絞車(chē)啟動(dòng)。即絞車(chē)在運(yùn)行或者停機(jī)系統(tǒng)均會(huì)發(fā)出相對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音提醒。

1.4速度保護(hù)的設(shè)計(jì)

速度保護(hù)是絞車(chē)保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在實(shí)際工作中，由速度傳感器獲取絞車(chē)車(chē)輪的轉(zhuǎn)速上傳至PLC控制器中，經(jīng)換算后得出絞車(chē)的實(shí)時(shí)速度。將所得絞車(chē)的實(shí)時(shí)速度與預(yù)先設(shè)定好的欠速值進(jìn)行比較，若實(shí)時(shí)速度低于欠速值，則系統(tǒng)啟動(dòng)速度保護(hù)功能;反之，將所得絞車(chē)的實(shí)時(shí)速度與預(yù)先設(shè)定的超速值進(jìn)行比較，若實(shí)時(shí)速度值高于超速值，則系統(tǒng)啟動(dòng)速度保護(hù)功能。一般的，欠速值為絞車(chē)額定運(yùn)行速度的85%;超速值為絞車(chē)額定運(yùn)行速度的116%。絞車(chē)保護(hù)系統(tǒng)中速度保護(hù)的程序流程。

1.5越位保護(hù)的設(shè)計(jì)

絞車(chē)保護(hù)系統(tǒng)中越位保護(hù)的主要功能是避免在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中牽引車(chē)與絞車(chē)車(chē)頭或者車(chē)位發(fā)生碰撞。越位保護(hù)功能是基于過(guò)卷保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)控制需求，對(duì)機(jī)頭越位和機(jī)尾越位進(jìn)行保護(hù)。因此，將過(guò)卷保護(hù)裝置分別安裝于絞車(chē)的機(jī)頭和機(jī)尾。由越位傳感器對(duì)牽引的實(shí)時(shí)位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將系統(tǒng)所得牽引車(chē)的實(shí)時(shí)位置信息與其預(yù)先設(shè)定的指定位置進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合絞車(chē)的運(yùn)行方向，一旦發(fā)現(xiàn)牽引車(chē)的實(shí)時(shí)位置超過(guò)其指定位置的范圍后，系統(tǒng)立即啟動(dòng)越位保護(hù)功能。

1.6絞車(chē)保護(hù)系統(tǒng)界面的設(shè)計(jì)

為了達(dá)到對(duì)絞車(chē)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)并顯示的目的。絞車(chē)保護(hù)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)顯示絞車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)（啟動(dòng)、停止、正向運(yùn)行、反向運(yùn)行、正點(diǎn)運(yùn)動(dòng)以及反點(diǎn)運(yùn)動(dòng)），并記錄實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)下?tīng)恳?chē)的位置及絞車(chē)的運(yùn)行速度等參數(shù)以及報(bào)警類(lèi)別（超速、欠速、機(jī)頭越位、機(jī)尾越位、急停閉鎖以及語(yǔ)音報(bào)警）。

1.7絞車(chē)保護(hù)系統(tǒng)軟件的改進(jìn)設(shè)計(jì)

基于PLC所設(shè)計(jì)的絞車(chē)保護(hù)系統(tǒng)要求能具有如下功能：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化;運(yùn)行控制保護(hù)過(guò)程;對(duì)絞車(chē)運(yùn)行速度的監(jiān)測(cè)與保護(hù);對(duì)絞車(chē)機(jī)頭、機(jī)尾的越位動(dòng)作進(jìn)行保護(hù);對(duì)遇到緊急情況時(shí)緊急停機(jī)的保護(hù);對(duì)絞車(chē)運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí)發(fā)出報(bào)警的保護(hù)。

2. 松繩保護(hù)系統(tǒng)的改進(jìn)措施

2.1優(yōu)化松繩檢測(cè)裝置

對(duì)目前的松繩檢測(cè)裝置進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)避免由于鋼絲繩振動(dòng)而對(duì)松繩檢測(cè)裝置造成的沖擊。為了能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼絲繩的異常振動(dòng)現(xiàn)象，通過(guò)采用松繩保護(hù)系統(tǒng)對(duì)提升系統(tǒng)中箕斗在坡上的不同運(yùn)行狀態(tài)下鋼絲繩的振動(dòng)幅度來(lái)判斷鋼絲繩是否出現(xiàn)振動(dòng)異常。一般地，當(dāng)箕斗處于加速階段或在爬行階段時(shí)，鋼絲繩的振幅不大于300mm左右為正常，否則視為鋼絲繩異常振動(dòng);當(dāng)箕斗完成加速后處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，鋼絲繩的振幅不大于70mm左右為正常，否則視鋼絲繩為異常振動(dòng)。根據(jù)鋼絲繩的振動(dòng)幅度和托輥在輸送帶中的功能，特將輸送帶中的普通托輥更換為剛性托輥。剛性托輥的應(yīng)用可承擔(dān)很強(qiáng)的載荷，并承受鋼絲繩在不同運(yùn)動(dòng)階段的振動(dòng)。此外，要求松繩檢測(cè)裝置能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)托輥轉(zhuǎn)動(dòng)及松繩保護(hù)的信息。

2.2優(yōu)化處理采集松繩保護(hù)信息

在提升過(guò)程中，將松繩檢測(cè)裝置所采集到的松繩信息分為如下三種，并采用針對(duì)性方案進(jìn)行處理。1）箕斗在卸載過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與重力方向相反的沖擊力，在該沖擊力的影響下鋼絲繩會(huì)出現(xiàn)大幅度的上下晃動(dòng)。當(dāng)松繩檢測(cè)裝置檢測(cè)到上述情況時(shí)，若上述晃動(dòng)持續(xù)超過(guò)3s，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行安全制動(dòng)操作，即提升系統(tǒng)的松繩操作立即停止工作。2）當(dāng)系統(tǒng)在加速運(yùn)行階段時(shí)，由于存在牽引力突變的情況，導(dǎo)致在加速階段內(nèi)鋼絲繩會(huì)出現(xiàn)大幅度的振動(dòng)。牽引力突變所導(dǎo)致的鋼絲繩大幅度振動(dòng)會(huì)不斷對(duì)松繩保護(hù)裝置造成沖擊。當(dāng)鋼絲繩解除松繩保護(hù)檢測(cè)托輥的時(shí)間超過(guò)0.5s時(shí)，松繩系統(tǒng)會(huì)立即停止工作。3）在系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)托輥轉(zhuǎn)動(dòng)100°或鋼絲繩與托輥相接觸的情況時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即斷電，并由之前的線性變化狀態(tài)轉(zhuǎn)換為完全制動(dòng)狀態(tài)，從而使正在提升過(guò)程中的容器緩慢停機(jī)?；谏鲜霾煌\(yùn)行狀態(tài)下所采取的不同停機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，待系統(tǒng)趨于穩(wěn)定后，將鋼絲繩與松繩保護(hù)檢測(cè)裝置之間的距離調(diào)整到90mm左右，以確保系統(tǒng)在加速階段不會(huì)出現(xiàn)鋼絲繩與松繩保護(hù)裝置相碰撞的現(xiàn)象。即便是當(dāng)箕斗的運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)異常，甚至出現(xiàn)掉軌的故障時(shí)，鋼絲繩能夠在第一時(shí)間內(nèi)與松繩托輥相碰撞，進(jìn)而達(dá)到在故障早期就及時(shí)停機(jī)的目的。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，煤礦井下作業(yè)過(guò)程中，無(wú)極繩絞車(chē)裝置是運(yùn)輸環(huán)節(jié)關(guān)鍵的裝置之一，為了保證其安全運(yùn)輸、持續(xù)運(yùn)輸?shù)哪芰?，需要通過(guò)設(shè)備結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，將壓繩裝置的受力方式從斜向牽引力變成徑向牽引力。同時(shí)降低該裝置的鋼絲彈出風(fēng)險(xiǎn)，有效降低車(chē)輛脫軌的現(xiàn)象，提高運(yùn)輸下率和安全系數(shù)，為我國(guó)煤炭行業(yè)的發(fā)展提供可持續(xù)的保障。

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