提升機鋼絲繩張力及超載監測系統的研究應用

郭霖 劉英林

摘 要：提升機鋼絲繩在礦井提升運輸中廣泛使用，所以，其安全性、可靠性至關重要。國內外針對提升機鋼絲繩張力及超載監測系統的研究應用很早，并且不斷推進完善監測技術，隨著傳感器、計算機等技術的發展，提升機鋼絲繩張力及超載監測系統的研究應用逐漸精密化、可靠化，也為礦井的安全生產提供了保障。本研究通過對提升機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據傳輸至井上，實現在線實時監測罐籠運行的目的。本系統可使任一根鋼絲繩的張力與平均張力之差小于±10%，達到張力平衡；在每次提升前先監測提升載荷和配重，可避免超載和載重差超限。避免出現斷繩、墜罐等重大事故的發生。

關鍵詞：提升機；鋼絲繩；張力；監測系統；罐籠

礦山多繩鋼絲繩提升機是煤礦生產的主要大型設備之一，運人運料頻繁，需要高度關注其安全性和可靠性。雖然提升機系統本身有一定的保護措施，但由于煤礦生產環境惡劣，設備原件腐蝕、老化較快，加之煤礦職工專業水平普遍較低，造成近年來罐籠事故仍有發生。提升機在安全生產中長時間高負荷運行，多繩提升運行中由于設備加工工藝差異、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象，且提升機在裝料或載人過程中，有可能存在超載現象，在這種情況下運行，將產生提升機鋼絲繩所受張力超過允許強度，鋼絲繩將加劇磨損、壽命變短，甚至出現斷繩等惡性事故。所以鋼絲繩的實時在線監測意義重大，通過監測鋼絲繩張力及超載情況，及時對鋼絲繩過載進行預警，有效避免事故的發生，提高了提升機運行的安全性和穩定性。監測系統可以采用平衡油缸內安設壓力傳感器，采用無線傳輸的方式，實時監控提升機各鋼絲繩受力情況、罐籠裝載量、配重差等，并在超載或配重失衡時進行報警，進而實現實時、準確鋼絲繩多繩張力的監測。

1 提升機鋼絲繩張力及超載監測系統方案設計

多繩摩擦式提升機系統復雜，綜合了機械、電力、信息傳輸等技術，通過對罐籠鋼絲繩張力情況進行分析，采取相應措施，為提升機安全運行和故障診斷提供實施數據。目前，國內礦用多繩摩擦式提升機普遍采用液壓式張力自動平衡裝置，用來均衡系統負載，保證各條鋼絲繩張力差在可控范圍。液壓張力系統可以確保罐籠穩定運行的同時，也保證了鋼絲繩的受力均衡和使用壽命。

現普遍采用的液壓鋼絲繩張力平衡裝置僅僅是一個平衡裝置，只能起到局部調節的作用而不能測出各鋼絲繩的張力差。另外，半調壓調繩器是油壓系統，高速運行過程中容易造成左右上下跳動，對鋼絲繩的損害較大。罐籠在運行過程中，由于鋼絲繩受力不均勻，不可避免地會出現蠕動，或出現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%，對提升機的使用壽命和安全運行造成嚴重威脅。

鋼絲繩張力平衡裝置物理模型圖

通過安設在平衡油缸內的油壓傳感器，實時采集罐籠運行過程中的壓力數據，根據油缸活塞承壓面積計算各鋼絲繩張力值，再將油壓數據通過無線發射模塊發射至地面監測站，并繪制張力變化圖，實施監測提升機鋼絲繩張力數據，計算提升機的載重量及鋼絲繩間的張力差，發現超載或故障后自動報警并切斷提升安全回路，確保提升機安全運行。

2 監測系統通信方式設計

提升機的罐籠在井筒中上下往復運動，由于井道中存在固定管路的鋼架等設施，采用無線傳輸更加方便，但由于井巷空間窄小，制約無線信號傳輸距離，故需要使用漏泄無線傳輸方式。可在井筒壁上敷設一條射頻同軸電纜（即漏泄電纜）。這種電纜進行穿孔、開槽或疏編等方法，有規則地破壞電纜屏蔽層的完整性。這樣，當漏泄電纜接在基地電臺天線輸出口時， 在電纜周圍就會形成一個均勻連續的電磁場。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，就可沿漏泄電纜進行無線電收發信機與漏泄電纜之間的雙向移動通信。通過安設在罐籠上的信號發射器將信號通過漏泄電纜傳輸至地面無線通信模塊進行分析，轉換為可視化信息。

提升前實時監測罐籠載重量，若發現罐籠超過額定載重量或配重差超限時自動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現象的發生。在線監測提升機運行過程中鋼絲繩的張力差，當監測數據超限時進行語音報警。在機房配大屏顯示，實時顯示罐籠裝載量、配重差，配重失衡時進行報警提示，檢修人員檢查可能存在的問題，確保罐籠時刻處于安全狀態。信息處理中心實現實時曲線繪制、數據顯示、動態畫面瀏覽。可將軟件系統界面在局域網上發布，方便操作人員、檢修人員及時查看提升機運行狀態、運行數據和歷史記錄。

3 結語

提升機鋼絲繩張力及超載監測系統的研究應用正在逐步完善，這對礦井提升系統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和運行效率進一步得到提高，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，對推動煤礦的安全發展具有積極的意義。

參考文獻：

[1]徐剛，張安寧，梁超.多繩摩擦提升機提升鋼絲繩張力平衡問題分析[J].煤礦機械，2007（01）.

[2]周志宏.基于虛擬樣機技術摩擦式提升機鋼絲繩張力不平衡分析[J].山西煤炭管理干部學院學報，2016（03）.

[3]張平.鋼絲繩張力平衡裝置[J].科技傳播，2012（10）.

[4]張海梅.鋼絲繩張力檢測技術淺議[J].黑龍江科技信息，2011（29）.