摩擦提升機鋼絲繩張力監測及余煤稱重系統研究與應用

牛軍軍 劉沖 韓超旭

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

關鍵詞 煤礦 鋼絲繩 實時監測 安全

1現存問題分析

提升系統因其特有的運動形式、運動距離以及其所處地下復雜的工況環境，使得常規的傳感器技術以及數據傳輸技術難以實現對其主要運行參數和運行狀態在線監測，因此國內缺乏成熟的在線監測產品。

目前國內監測提升機鋼絲繩的張力的方式多數為人工檢測法，不能實現自動在線監測，而現有的在線監測鋼絲繩張力、張力差的監測的方法因其間接的測力方式以及傳感器的設計合理性、實用性難以滿足現場要求，特別是裝置安裝后影響了原系統的自動調繩功能，所以無法大規模推廣使用。

為實時在線監測提升機鋼絲繩的張力數據以及載重數據，掌握提升機的運行狀況，防止提升事故的發生，我公司與肥城礦務局合作，擬定在肥城白莊礦廣場副立井進行多繩摩擦式提升機鋼絲繩張力在線監測及稱重系統工業應用試驗。

2系統整體設計

2.1技術需求分析

（1）系統應滿礦提升系統技術要求，設備技術參數、整機質量及外觀設計必須符合礦井的實際需求、國家行業標準以及《煤礦安全規程》等相關規定;

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

（3）測力檢測元件有良好的可靠性和抗沖擊載荷特性;

（4）無線發射設備發射功率，對井筒通訊電纜無干擾。且設備發射、接收的數據準確無誤差，持續不中斷;

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

（6）投標產品應滿足礦井的安標防爆要求，應具備安標證和防爆合格證;投標單位應具有自主知識產權，應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或工業設計權的起訴。

根據上述需求分析，系統的整體結構，鋼絲繩監測系統包括核心處理模塊、數據存儲模塊、程序存儲模塊、液晶和觸摸屏控制模塊、數據采集模塊、以太網數據交換模塊、報警模塊、電源模塊。核心處理模塊同時與在線監測數據接口模塊、數據存儲模塊、程序存儲模塊、液晶和觸摸屏控制模塊、和以太網數據交換模塊連接;電源模塊與所有模塊連接，為各模塊提供電源。嵌入式程序預先編寫好，存儲在程序存儲模塊中。

2.2監控模塊設計

本系統監控軟件能夠實現分析處理及故障診斷功能，監控系統采用研華工控機，顯示器為21寸，能夠連續24h工作;系統具有鋼絲繩張力測量、實時顯示功能：系統能夠實時在線讀取大、小兩個罐籠（箕斗）的各根鋼絲繩的張力值;系統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據，計算各鋼絲繩張力不平衡度以及張力差;系統具有提升容器稱重功能：軟件通過對比各鋼絲繩的數據分析、運算，在界面上實時顯示當前載重值。同時提升大型設備時，可通過點擊界面上稱重按鈕讀取提升總重量;系統具有故障診斷報警功能：軟件設有張力不平衡、過載、配重失衡等的報警功能;系統能夠自動記錄發生的故障：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，可以避免由基準值選取不正確帶來的整個監測效果的誤差。數據采集模塊采用霍爾元件，監測時，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的電壓值，再經過后續電路的信號調理、轉換、輸出，最終得到鋼絲繩的磁通量變化數值。

2.4監測定性分析方法

首先進行截面積損傷信號定量處理，將數字信號直接送入處理器，根據此信號的大小，利用嵌入式程序進行定量計算，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，通過對峰值信號進行采樣后送入A/D轉換器，同時輔以光電編碼器光電記錄的定位，經處理后，即可確定出斷絲數量及其所發生的位置。隨后對結構損傷信號的定量處理，通過對轉換為電壓信號的張力信號的處理，并與鋼絲繩張力閾值進行對比，經嵌入式程序定量處理后進行張力危險分級。根據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預警，根據鋼絲繩的壽命和狀態參數變化變化趨勢，對鋼絲繩進行故障診斷和可靠性預估。

3 結束語

本系統解決當前鋼絲繩故障診斷領域不足之處的智能診斷和預警裝置，基于實時監測數據，通過預先在處理器里設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論，會給出相應的報警信息。本系統具有結構簡單、成本低、使用靈活的特點。

參考文獻

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