智能閘控系統在礦井提升機制動系統中的應用

劉坤良，劉同欣，徐永福，李玉輝

1洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司 河南洛陽 471039

2礦山重型裝備國家重點實驗室 河南洛陽 471039

礦 井提升機是礦山的“咽喉”設備，承擔著礦物的提升、人員的上下、材料和設備的運送任務[1]。隨著我國礦山事業的迅速發展和安全意識的提高，對礦井提升機的安全、平穩、可靠運行提出了新的、更高的要求[2]。由于提升設備運行時間較長，一些老舊制動系統的密封失效導致漏油，給生產帶來了隱患，急需改造升級[3]。

針對上述問題，筆者推薦用新型智能閘控系統代替老舊制動系統。提升機智能閘控系統可以在不改變設備原有基礎的前提下，利用現有基礎螺栓進行改造、設計及安裝，具有改造、安裝、調試的時間短，效率高等優點，被廣大用戶所接受。

1 系統基本組成

智能閘控系統主要由新型盤式制動器、智能恒減速液壓站、閘控電控柜、智能閘檢測系統、液壓管路及管夾、測速裝置等組成。新型盤式制動器采用進口碟簧，其疲勞壽命高達 2×106次；配置環保無石棉閘瓦，采用進口密封件，使用壽命長。液壓管路采用精軋無縫管與卡套接頭連接，操作簡單方便。智能閘檢測系統可檢測閘間隙、閘瓦磨損及碟簧疲勞，閘盤溫度及偏擺，液壓油的油壓、溫度、液位，閥芯位移和提升速度。智能閘控系統采用全方位的安全控制和故障監控理念，可實現全工況下提升系統和制動系統狀態的全面監控，提高了提升機運行的安全性、穩定性與可靠性[4]。

2 改造的基本原則

(1) 提升機制動系統改造后，要滿足《煤礦安全規程》第四百二十五條和第四百二十六條的相關規定[5]。

(2) 能夠與電控系統良好對接，實現閉環運行或提升過程的自動化[6]。

(3) 改造時利用原設備基礎和位置安裝，改造后制動系統的整體安全性、冗余保護能力、制動性能、設備的可靠性及智能化程度得到有效提升。

(4) 縮短現場施工及調試工期，盡快恢復提升系統運行，減少停產時間。

3 改造時測繪及設計要點

提升機智能閘控系統改造需要現場測量實際尺寸。根據以往改造案例，即使有相關尺寸圖紙，也要進行現場校核，以實際尺寸為依據，確保改造順利實施。測量前應準備相應工具，比如鋼卷尺、鋼板尺、細線、鉛墜、透明軟管、記號筆、游標卡尺、直角拐尺等。筆者以 JKM-4.5×4Ⅲ 多繩摩擦式提升機的智能閘控系統改造為例，闡述改造中測量和設計時的注意事項，供讀者參考。

3.1 制動盤相關尺寸的測量

3.1.1 制動盤外徑的測量

由于制動盤的直徑較大，且已安裝就位，外徑尺寸D只能間接測量。筆者結合改造經驗，有以下 2 種方法供參考。

(1) 分段測量法 此方法所需工具簡單，測量簡便，能夠快速獲得制動盤的外徑尺寸 (見圖 1)。測得制動盤外側到主軸的距離H1及主軸直徑d1后，利用

圖1 分段測量法Fig.1 Staged measuring method

可得制動盤外徑。

(2) 等腰弦長法 此方法相對簡單 (見圖 2)，測得相應弦長L1、L2后，可以用 CAD 畫圖找圓心，測得制動盤的外徑尺寸，也可利用

可得制動盤外徑。

圖2 等腰弦長測量法Fig.2 Isosceles chord length measuring method

3.1.2 制動盤工作面的測量

制動盤內側面至擋繩板的距離L3、工作面尺寸L4及制動盤厚度L5對改造設計至關重要，可利用游標卡尺及鋼板尺測量相關尺寸，如圖 3 所示。

圖3 制動盤工作面的測量Fig.3 Measurement of work face of braking disc

圖3 中，L3和L4的大小直接影響制動器的結構形式。如果L3尺寸過小，則安裝空間不足，制動裝置可設計成非標新型制動單元。制動盤在現場使用時間較長，會出現磨痕，此時需要測量磨損后的光面徑向尺寸，作為改造后新制動器的工作面尺寸。如果L4尺寸過小，則可將制動裝置設計成非標閘瓦。測量時應多次測量，取平均值，以減少誤差。

3.2 制動裝置中心高測量

制動裝置中心高H為制動器基礎板的上平面到主軸水平中心線的距離，如圖 4 所示。中心高是制動系統改造中的關鍵設計輸入，其測量準確與否，直接影響制動裝置的安裝。

圖4 中心高的測量Fig.4 Measurement of central height

中心高位置為虛點，尺寸測量困難。結合以往改造案例，筆者總結出聯通器測量法：將透明軟管灌入適量水，調整軟管使其液面與中心高位置齊平，用記號筆在制動器支架上做好標記，測量尺寸H即可。中心高虛點位置可以用軸承座內端蓋兩瓣分界處代替，或按圖 4 中放大圖Ⅰ所示來確定。

3.3 制動裝置地腳螺栓孔的測量

制動裝置地腳螺栓孔尺寸按照測量圖中標注逐個測量。測量時，應以制動盤兩側面為基準，單獨測量每個閘座地腳螺栓孔到制動盤側面的距離，并記錄，具體如圖 5 所示。直接量取兩地腳螺栓孔之間的距離，認為兩側螺栓孔關于制動盤中心對稱，這是犯了經驗主義的錯誤，不可取。

圖5 地腳螺栓孔的測量Fig.5 Measurement of anchor bolt hole

3.4 測速裝置的安裝

為了保證智能閘控系統恒減速制動，改造中需要增加一個測速機和編碼器。結合以往改造經驗，測速元件安裝位置可考慮兩處：①現場條件允許，測速元器件安裝在主軸軸端非傳動側端蓋處，如圖 6 所示；② 現場條件不允許，可采用壓輪式測速裝置，安裝在摩擦輪筒殼內圈處，如圖 7 所示。

圖6 測速元器件的安裝Fig.6 Mounting of speed-metering components

如果測速元器件安裝在主軸裝置非傳動側軸承座外端蓋處，那么現場需要停機，拆開軸承端蓋，測量相關接口尺寸，并保證現有編碼器和測速機接口不變。

如果采用壓輪式測速裝置，那么對內圈圓度及表面光潔度有一定要求。當現場圓度或光潔度不滿足要求時，可以考慮對內圈進行車銷加工，提高光潔度。

3.5 新型制動裝置設計要點

制動裝置設計時應注意兩點：一是制動裝置底座螺栓孔要有足夠調整空間；二是制動裝置支架圓弧的設計，須保證制動器閘瓦包絡在制動盤工作面內。

根據改造經驗，新型制動裝置支架圓弧應按照與制動盤同心圓設計，以保證支架上不同位置的制動器閘瓦與制動盤接觸面積相同。為了便于安裝，支架底座地腳螺栓孔 (見圖 8) 設計成長孔，孔的長度要根據基礎螺栓露出長度而定，制動裝置底座上平面采用全部修平結構，配套非標墊圈，調整空間大，確保現場順利安裝。

圖8 制動器支架地腳螺栓孔的設計Fig.8 Design of anchor hole of tool carrier for brake

4 制動系統智能化的實現

智能閘控系統運用數字比例技術、數字化信息采集與控制技術、智能邏輯判斷技術，對制動裝置進行集中控制，具備《煤礦安全規程》要求的冗余保護和故障診斷與隔離功能。

采用智能化的工藝軟件設計了六大保護流程和全方位的檢測功能，如圖 9 所示。智能閘控系統既可接受主控系統的安全制動信號，也可根據監控結果發出報警信號及安全制動指令，實現全工況下提升系統和制動系統狀態的全面監控，提高提升機運行的安全性、穩定性與可靠性。

5 智能閘控系統安裝調試要點

新型智能閘控系統安裝前，需要先拆除摩擦輪護罩，然后固定容器，將鋼絲繩進行松繩處理，拆掉舊制動器并放置一邊；檢查基礎板、制動盤及閘瓦是否有飛邊毛刺、水、油、銹蝕等污物，如有應清潔干凈。新型制動裝置安裝時要達到以下要求。

圖9 全方位、智能化的保護流程和檢測功能Fig.9 All-round and intelligent protection process and inspection function

(1) 中心高允差為±3 mm。

(2) 支架相對于制動盤兩側面的距離應相等，允差為 0.5 mm。

(3) 支架側面與制動盤側面應平行，允差為 0.2 mm。

(4) 同一新型制動器的兩閘瓦與制動盤的間隙應一致，其偏差不得大于 0.1 mm。

(5) 實際的摩擦半徑不得小于設計摩擦半徑。

(6) 緊固件應干凈，螺紋部分應涂油防銹。緊固螺母時必須使用專用扭力扳手及套筒。螺母應分兩次緊固，第一次為額定力矩的 30%，第二次為額定力矩。

(7) 安裝完畢、掛繩之前應磨閘，閘瓦與制動盤接觸面積應達到 60% 以上。

(8) 在保證油路系統每個接頭安裝合格的情況下，可在試車時試壓。試壓時要逐級升壓，2 MPa 一級，每級持續 2 min，最終試壓壓力為液壓站額定壓力的 1.25 倍，試壓 10 min，試壓期間不得漏油。

6 結語

根據改造案例，列舉了提升機智能閘控系統改造中測量方法與技巧，以及在設計及安裝調試時的注意事項，對類似改造具有一定的指導意義。以上改造方法已廣泛應用在多種礦井提升機智能閘控系統的改造中，利用現有基礎進行安裝，改造、安裝與調試的時間短，效率高，被廣大用戶所接受。