自動跑車防護裝置在斜巷提升系統中的應用與實踐

內蒙古呼倫貝爾神華大雁集團公司 機電管理部 021122

摘要：《煤礦安全規程》規定斜巷提升系統必須裝設與絞車聯動的常閉式自動跑車防護裝置。ZDC30—2.2型自動跑車防護裝置目前為國內開發研制較早，應用較為普遍的一套產品之一。在神華大雁集團雁南煤礦北二軌道上山所用的提升機為一臺3米液壓防爆提升機，其傳動及控制方式與電動絞車截然不同。而ZDC30—2.2型自動跑車防護裝置在液壓防爆提升機提升系統上安裝，做為配套使用，長期以來應用效果比較理想。本文對其在安裝應用過程中的一些實踐問題及發展趨勢進行了總結與探討。

關鍵詞：自動；防護裝置；液壓；提升機；應用；實踐

液壓防爆提升機具有扭矩力大、保護齊全、良好的防爆性能、穩定的低速及無級調速功能。與電動絞車相比更有結構緊湊，維護便捷、故障率低、運行安全可靠，并節省基建成本等優點，更適合煤礦井下使用。我集團公司雁南礦北二軌道上山安裝的即是一臺國產的JKYB-3×2.5XP型液壓防爆提升機。該提升機為洛陽中信重機自動化工程有限公司的較新型產品，技術成熟，在國內也有一定的代表性。而其不同于電動提升機的傳動與控制方式，所以在安裝自動跑車防護裝置過程中卻成為障礙，因而存在了一些困難，下面對這一實踐過程進行詳細論述。

斜井跑車防護裝置是安裝在傾斜巷道內任意處的安全輔助裝置。主要采用傳感器和單片機控制技術，另外執行單元主要由驅動機構、車擋及吸能等部分組成，當跑車事故發生時傳感器取得跑車的信號，并可靠的將檢測出的跑車信號送入單片機進行判斷、比對，繼而準確的發出指令，使控制繼電器不動作，擋車欄不起，及時阻止因斷繩的跑車繼續下行，同時鋼絲繩攔截裝置能吸收因跑車時所產生強大的沖擊力。

我集團公司雁南煤礦所安裝的ZDC30—2.2型自動跑車裝置為徐州礦業大學專利技術，濟源市華泰礦山機械有限公司定型產品，在國內煤礦企業已經多有應用。該型跑車防護裝置主要由跑車防護裝置用擋車欄、電控箱、顯示器、收放絞車、霍爾傳感器、接近開關等設備組成。正常提物情況下，擋車欄處于常閉狀態。當絞車運行，礦車到達設定位置，擋車欄自動升起，礦車通過后，擋車欄自動下落。當礦車超速（跑車、溜車等）時，擋車欄對跑車進行可靠的阻攔，避免事故的發生。運行人車時，擋車欄為常開狀態可保證人車的正常通行。顯示器能夠及時準確地反映各提升機構的工作情況。所有的狀態顯示、動作指令都來自于一臺PLC控制器。而PLC是根據傳感器監測到的絞車速度與路程信號來進行計算、進行比對后輸出指令的。那么傳感器所采集信號的準確程度便是整套裝置能否可靠工作的瓶頸。

該型自動跑車防護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。霍爾傳感器用于測量提升機的速度及行程信號，電感式接近傳感器用于檢測裝置的動作過程及位置。速度與行程信號是裝置開啟與關閉的兩個主要參數，因此在裝置中霍爾傳感器的可靠性是關鍵。而霍爾傳感器在壓力測量、磁場測量、電流測量及轉速測量等方面是一種應用頗多的傳感器。本例中即是霍爾傳感器測量磁場的應用。該型自動跑車防護裝置將若干個磁場強度較強的磁塊均勻粘在絞車滾筒軸上，在對著磁塊圓周一定間隙的位置固定有霍爾探頭。絞車運轉滾筒軸轉動時，磁塊隨著軸一起沿著圓周移動，一個一個磁塊逐個經過霍爾探頭。每一個磁塊經過霍爾探頭一次，探頭便會發出一個電脈沖信號輸入到PLC控制器內。PLC控制器便可以根據脈沖的個數來計算出絞車的實時速度及行程。速度和行程的測量精度與脈沖的個數有直接關系，用公式表示為L=S*n。L為絞車的行程，S為每個脈沖所測量的行程，n為脈沖個數。那么可見在同樣行程的情況下脈沖數越多每個脈沖所測出的行程越準確。同理可知在同樣時間，同樣行程的情況下脈沖數越多所測出的速度也越準確。而該型自動跑車防護裝置在雁南礦之前都是應用在電動絞車提升系統上。安裝條件與雁南礦所使用的液壓防爆提升機不同。

電動提升機一般都是電機加減速機的傳動方式，當然現代化提升機還有電機直接變頻調速的傳動方式。不過變頻調速傳動的提升機都會有數字化控制系統，這種數字化系統自然會有精度較高的速度和行程監測環節，用不到本文所述的監測手段。而本文所述的霍爾傳感器一般都是針對電動機加減速機傳動的提升機。在這種電動提升機上磁塊裝在電機的軸端或減速機的高速軸端，高速軸端本身就有很高的轉速，可以保證在少數幾個磁塊的情況下即可獲得比較多的脈沖個數。而且這些脈沖比較準確，不會出現丟脈沖的情況。

在液壓提升機上也有較高轉速的電動機軸端，但是這個電動機軸端不能真實反映絞車的運行狀態。因為液壓絞車在工作過程中，滾筒暫時停轉，電機也一直在轉動。那么只有將磁塊固定在滾筒軸端才能真實的反應絞車的速度與行程。而液壓絞車滾筒的軸端轉速很低，在與電動絞車安裝磁塊相同的情況下精度要下降很多。實際安裝中在保證裝置可靠動作的情況下，精度最高只能達到0.4米。如果再增多磁塊數量，因為磁塊間距的縮小，霍爾探頭測量的精度下降，開始出現丟失脈沖現象。反應在裝置的具體狀態就是行程顯示誤差積累嚴重，甚至因為錯誤的行程計算結果而導致裝置誤動作。要保證裝置的可靠運行，維修人員必須做好裝置的檢查、監督工作。當發現顯示行程與實際行程相差過大時，及時將鉤頭提到預定的零位進行數據調零工作。增大檢修人員的工作量，失去了裝置安裝的最初目的。同時還要求司機在操作絞車時也要注意監視裝置的行程顯示數據，這在一定程度上就分散了司機的注意力，對提升機的安全運行不利。以上事實表明有必要考慮對此種速度及行程監測裝置進行改進。

改進的著手點在于怎樣能保證在轉速一定的情況下獲得較多的脈沖個數。而如前所述，增多磁塊的數量不是一個有效的手段。根據霍爾傳感器的測量性質，可以使用一塊磁塊產生磁場，在磁塊與探頭中間放置一個齒輪（如圖所示）。

當齒輪轉動時，作用在探頭上的磁通量發生變化，齒輪的齒對準磁極時，磁阻減小，磁通量增大；齒間隙對準磁極時，磁阻增大，磁通量減小。隨著磁通量變化，探頭輸出一個個脈沖信號，旋轉一周的脈沖數，等于齒輪的齒數，因此通過脈沖頻率的測量同樣可以獲得轉速信號。將齒輪固定于提升機滾筒軸上，轉速相同的情況下，制作不同直徑，不同齒數的齒輪可以獲得所需要的脈沖數量。齒輪使用普通鋼板自行加工即可，當然盡量保證齒的均勻也可以提高測量的精度。以此裝置測量出的速度及行程信號，可以提高本文自動跑車防護裝置的安全性能，在節約磁塊的情況下更免去了原裝置的若干詬病。

自動跑車防護裝置是煤礦斜巷運輸不可或缺的安全設施，它的穩定性與可靠程度對礦井提升運輸有著深遠的影響。本文針對我礦使用的自動跑車防護裝置在安裝與使用過程中的一些實踐進行了探討，隨著使用的深入與技術的進步會使裝置的性能進一步改善。比如隨著傳感器技術的日臻完善，自動跑車防護裝置的監測環節會加入反饋技術，閉環管理，可靠性會更有保證；甚至可以加入車輛速度直接檢測單元，實現對斷繩跑車車輛的有效攔截，從而進一步的增強了安全保護性能。

參考文獻：

[1]傳感器與測試技術 中央廣播電視大學出版社 譚定忠 等編

[2]礦井提升機故障處理和技術改造 機械工業出版社 礦井提升機故障處理和技術改造編委會 編著

[3]ZDC30—2.2型自動跑車防護裝置使用說明書 濟源華泰礦山機械有限公司

作者簡介：

張福生、男、大學專科學歷、機電專業、助理工程師、畢業于長春工業大學，現任職于神華大雁集團機電管理部，主要從事大雁集團公司下屬各子分公司大型固定機電運輸設備的技術管理工作、021122。