摩擦提升機(jī)鋼絲繩張力監(jiān)測及余煤稱重系統(tǒng)研究與應(yīng)用

牛軍軍 劉沖 韓超旭

摘 要 煤礦立井提升系統(tǒng)，因為煤的自粘性大，致使提升箕斗卸載不干凈存在余煤，給礦井生產(chǎn)帶來了較大困擾，也對提升系統(tǒng)安全帶來了較大的安全隱患。結(jié)合云頂煤業(yè)箕斗余煤、保護(hù)裝置升級改進(jìn)，實時在線檢測提升機(jī)鋼絲繩的張力數(shù)據(jù)以及載重數(shù)據(jù)，掌握提升機(jī)的運行狀況，對延長鋼絲繩壽命、減輕襯墊磨損、保證設(shè)備安全運行有著很重要的意義。

關(guān)鍵詞 煤礦 鋼絲繩 實時監(jiān)測 安全

1現(xiàn)存問題分析

提升系統(tǒng)因其特有的運動形式、運動距離以及其所處地下復(fù)雜的工況環(huán)境，使得常規(guī)的傳感器技術(shù)以及數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)難以實現(xiàn)對其主要運行參數(shù)和運行狀態(tài)在線監(jiān)測，因此國內(nèi)缺乏成熟的在線監(jiān)測產(chǎn)品。

目前國內(nèi)監(jiān)測提升機(jī)鋼絲繩的張力的方式多數(shù)為人工檢測法，不能實現(xiàn)自動在線監(jiān)測，而現(xiàn)有的在線監(jiān)測鋼絲繩張力、張力差的監(jiān)測的方法因其間接的測力方式以及傳感器的設(shè)計合理性、實用性難以滿足現(xiàn)場要求，特別是裝置安裝后影響了原系統(tǒng)的自動調(diào)繩功能，所以無法大規(guī)模推廣使用。

為實時在線監(jiān)測提升機(jī)鋼絲繩的張力數(shù)據(jù)以及載重數(shù)據(jù)，掌握提升機(jī)的運行狀況，防止提升事故的發(fā)生，我公司與肥城礦務(wù)局合作，擬定在肥城白莊礦廣場副立井進(jìn)行多繩摩擦式提升機(jī)鋼絲繩張力在線監(jiān)測及稱重系統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用試驗。

2系統(tǒng)整體設(shè)計

2.1技術(shù)需求分析

（1）系統(tǒng)應(yīng)滿礦提升系統(tǒng)技術(shù)要求，設(shè)備技術(shù)參數(shù)、整機(jī)質(zhì)量及外觀設(shè)計必須符合礦井的實際需求、國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及《煤礦安全規(guī)程》等相關(guān)規(guī)定;

（2）鋼絲繩張力監(jiān)測采用基于機(jī)械受力的直接測力方式，能夠在提升過程中實時在線監(jiān)測到每一根鋼絲繩張力數(shù)據(jù)，且系統(tǒng)安裝后不應(yīng)影響首繩懸掛裝置自動調(diào)繩功能;

（3）測力檢測元件有良好的可靠性和抗沖擊載荷特性;

（4）無線發(fā)射設(shè)備發(fā)射功率，對井筒通訊電纜無干擾。且設(shè)備發(fā)射、接收的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤差，持續(xù)不中斷;

（5）主要電氣部分防護(hù)等級為IP67，能夠有效避免淋水和潮氣對精度帶來的影響，保證電子設(shè)備正常運行，避免設(shè)備故障的發(fā)生;

（6）投標(biāo)產(chǎn)品應(yīng)滿足礦井的安標(biāo)防爆要求，應(yīng)具備安標(biāo)證和防爆合格證;投標(biāo)單位應(yīng)具有自主知識產(chǎn)權(quán)，應(yīng)保證買方在中華人民共和國使用該貨物或貨物的任何一部分時，免受第三方提出的侵犯其專利權(quán)或工業(yè)設(shè)計權(quán)的起訴。

根據(jù)上述需求分析，系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，鋼絲繩監(jiān)測系統(tǒng)包括核心處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、程序存儲模塊、液晶和觸摸屏控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換模塊、報警模塊、電源模塊。核心處理模塊同時與在線監(jiān)測數(shù)據(jù)接口模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、程序存儲模塊、液晶和觸摸屏控制模塊、和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換模塊連接;電源模塊與所有模塊連接，為各模塊提供電源。嵌入式程序預(yù)先編寫好，存儲在程序存儲模塊中。

2.2監(jiān)控模塊設(shè)計

本系統(tǒng)監(jiān)控軟件能夠?qū)崿F(xiàn)分析處理及故障診斷功能，監(jiān)控系統(tǒng)采用研華工控機(jī)，顯示器為21寸，能夠連續(xù)24h工作;系統(tǒng)具有鋼絲繩張力測量、實時顯示功能：系統(tǒng)能夠?qū)崟r在線讀取大、小兩個罐籠（箕斗）的各根鋼絲繩的張力值;系統(tǒng)具有鋼絲繩張力變化曲線顯示功能：能夠給用戶更直觀的感受;系統(tǒng)具有鋼絲繩張力差值顯示功能：軟件通過對比各鋼絲繩的數(shù)據(jù)，計算各鋼絲繩張力不平衡度以及張力差;系統(tǒng)具有提升容器稱重功能：軟件通過對比各鋼絲繩的數(shù)據(jù)分析、運算，在界面上實時顯示當(dāng)前載重值。同時提升大型設(shè)備時，可通過點擊界面上稱重按鈕讀取提升總重量;系統(tǒng)具有故障診斷報警功能：軟件設(shè)有張力不平衡、過載、配重失衡等的報警功能;系統(tǒng)能夠自動記錄發(fā)生的故障：通過點擊報警記錄按鈕，彈出報警記錄查詢對話框，對話框里列出了提升機(jī)運行故障的記錄，用戶可以按時間段、故障類型等多種方式查詢報警記錄。

2.3傳感器模塊設(shè)計

使用前，先獲取每根將要投入使用的鋼絲繩截面積的初始值，然后存儲在本裝置程序存儲模塊中，可以避免由基準(zhǔn)值選取不正確帶來的整個監(jiān)測效果的誤差。數(shù)據(jù)采集模塊采用霍爾元件，監(jiān)測時，若鋼絲繩上有截面積變化，將引起磁路的不平衡，使霍爾元件輸出相應(yīng)的電壓值，再經(jīng)過后續(xù)電路的信號調(diào)理、轉(zhuǎn)換、輸出，最終得到鋼絲繩的磁通量變化數(shù)值。

2.4監(jiān)測定性分析方法

首先進(jìn)行截面積損傷信號定量處理，將數(shù)字信號直接送入處理器，根據(jù)此信號的大小，利用嵌入式程序進(jìn)行定量計算，并以斷面積損失百分比的形式輸出。然后對局部損傷信號的定量處理，通過對峰值信號進(jìn)行采樣后送入A/D轉(zhuǎn)換器，同時輔以光電編碼器光電記錄的定位，經(jīng)處理后，即可確定出斷絲數(shù)量及其所發(fā)生的位置。隨后對結(jié)構(gòu)損傷信號的定量處理，通過對轉(zhuǎn)換為電壓信號的張力信號的處理，并與鋼絲繩張力閾值進(jìn)行對比，經(jīng)嵌入式程序定量處理后進(jìn)行張力危險分級。根據(jù)檢測信號和鋼絲繩的用途，確定不同的安全要求，和確定最后得出鋼絲繩工作狀態(tài)預(yù)警，根據(jù)鋼絲繩的壽命和狀態(tài)參數(shù)變化變化趨勢，對鋼絲繩進(jìn)行故障診斷和可靠性預(yù)估。

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)解決當(dāng)前鋼絲繩故障診斷領(lǐng)域不足之處的智能診斷和預(yù)警裝置，基于實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過預(yù)先在處理器里設(shè)定好的判斷流程來判別鋼絲繩的工作狀況，如果診斷得到故障結(jié)論，會給出相應(yīng)的報警信息。本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用靈活的特點。

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