智能閘控系統(tǒng)在礦井提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉坤良，劉同欣，徐永福，李玉輝

1洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽(yáng) 471039

2礦山重型裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽(yáng) 471039

礦 井提升機(jī)是礦山的“咽喉”設(shè)備，承擔(dān)著礦物的提升、人員的上下、材料和設(shè)備的運(yùn)送任務(wù)[1]。隨著我國(guó)礦山事業(yè)的迅速發(fā)展和安全意識(shí)的提高，對(duì)礦井提升機(jī)的安全、平穩(wěn)、可靠運(yùn)行提出了新的、更高的要求[2]。由于提升設(shè)備運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，一些老舊制動(dòng)系統(tǒng)的密封失效導(dǎo)致漏油，給生產(chǎn)帶來了隱患，急需改造升級(jí)[3]。

針對(duì)上述問題，筆者推薦用新型智能閘控系統(tǒng)代替老舊制動(dòng)系統(tǒng)。提升機(jī)智能閘控系統(tǒng)可以在不改變?cè)O(shè)備原有基礎(chǔ)的前提下，利用現(xiàn)有基礎(chǔ)螺栓進(jìn)行改造、設(shè)計(jì)及安裝，具有改造、安裝、調(diào)試的時(shí)間短，效率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣大用戶所接受。

1 系統(tǒng)基本組成

智能閘控系統(tǒng)主要由新型盤式制動(dòng)器、智能恒減速液壓站、閘控電控柜、智能閘檢測(cè)系統(tǒng)、液壓管路及管夾、測(cè)速裝置等組成。新型盤式制動(dòng)器采用進(jìn)口碟簧，其疲勞壽命高達(dá) 2×106次；配置環(huán)保無石棉閘瓦，采用進(jìn)口密封件，使用壽命長(zhǎng)。液壓管路采用精軋無縫管與卡套接頭連接，操作簡(jiǎn)單方便。智能閘檢測(cè)系統(tǒng)可檢測(cè)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(tǒng)采用全方位的安全控制和故障監(jiān)控理念，可實(shí)現(xiàn)全工況下提升系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)的全面監(jiān)控，提高了提升機(jī)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性與可靠性[4]。

2 改造的基本原則

(1) 提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)改造后，要滿足《煤礦安全規(guī)程》第四百二十五條和第四百二十六條的相關(guān)規(guī)定[5]。

(2) 能夠與電控系統(tǒng)良好對(duì)接，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)運(yùn)行或提升過程的自動(dòng)化[6]。

(3) 改造時(shí)利用原設(shè)備基礎(chǔ)和位置安裝，改造后制動(dòng)系統(tǒng)的整體安全性、冗余保護(hù)能力、制動(dòng)性能、設(shè)備的可靠性及智能化程度得到有效提升。

(4) 縮短現(xiàn)場(chǎng)施工及調(diào)試工期，盡快恢復(fù)提升系統(tǒng)運(yùn)行，減少停產(chǎn)時(shí)間。

3 改造時(shí)測(cè)繪及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

提升機(jī)智能閘控系統(tǒng)改造需要現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量實(shí)際尺寸。根據(jù)以往改造案例，即使有相關(guān)尺寸圖紙，也要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校核，以實(shí)際尺寸為依據(jù)，確保改造順利實(shí)施。測(cè)量前應(yīng)準(zhǔn)備相應(yīng)工具，比如鋼卷尺、鋼板尺、細(xì)線、鉛墜、透明軟管、記號(hào)筆、游標(biāo)卡尺、直角拐尺等。筆者以 JKM-4.5×4Ⅲ 多繩摩擦式提升機(jī)的智能閘控系統(tǒng)改造為例，闡述改造中測(cè)量和設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)，供讀者參考。

3.1 制動(dòng)盤相關(guān)尺寸的測(cè)量

3.1.1 制動(dòng)盤外徑的測(cè)量

由于制動(dòng)盤的直徑較大，且已安裝就位，外徑尺寸D只能間接測(cè)量。筆者結(jié)合改造經(jīng)驗(yàn)，有以下 2 種方法供參考。

(1) 分段測(cè)量法 此方法所需工具簡(jiǎn)單，測(cè)量簡(jiǎn)便，能夠快速獲得制動(dòng)盤的外徑尺寸 (見圖 1)。測(cè)得制動(dòng)盤外側(cè)到主軸的距離H1及主軸直徑d1后，利用

圖1 分段測(cè)量法Fig.1 Staged measuring method

可得制動(dòng)盤外徑。

(2) 等腰弦長(zhǎng)法 此方法相對(duì)簡(jiǎn)單 (見圖 2)，測(cè)得相應(yīng)弦長(zhǎng)L1、L2后，可以用 CAD 畫圖找圓心，測(cè)得制動(dòng)盤的外徑尺寸，也可利用

可得制動(dòng)盤外徑。

圖2 等腰弦長(zhǎng)測(cè)量法Fig.2 Isosceles chord length measuring method

3.1.2 制動(dòng)盤工作面的測(cè)量

制動(dòng)盤內(nèi)側(cè)面至擋繩板的距離L3、工作面尺寸L4及制動(dòng)盤厚度L5對(duì)改造設(shè)計(jì)至關(guān)重要，可利用游標(biāo)卡尺及鋼板尺測(cè)量相關(guān)尺寸，如圖 3 所示。

圖3 制動(dòng)盤工作面的測(cè)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(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式。如果L3尺寸過小，則安裝空間不足，制動(dòng)裝置可設(shè)計(jì)成非標(biāo)新型制動(dòng)單元。制動(dòng)盤在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)出現(xiàn)磨痕，此時(shí)需要測(cè)量磨損后的光面徑向尺寸，作為改造后新制動(dòng)器的工作面尺寸。如果L4尺寸過小，則可將制動(dòng)裝置設(shè)計(jì)成非標(biāo)閘瓦。測(cè)量時(shí)應(yīng)多次測(cè)量，取平均值，以減少誤差。

3.2 制動(dòng)裝置中心高測(cè)量

制動(dòng)裝置中心高H為制動(dòng)器基礎(chǔ)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(dòng)系統(tǒng)改造中的關(guān)鍵設(shè)計(jì)輸入，其測(cè)量準(zhǔn)確與否，直接影響制動(dòng)裝置的安裝。

圖4 中心高的測(cè)量Fig.4 Measurement of central height

中心高位置為虛點(diǎn)，尺寸測(cè)量困難。結(jié)合以往改造案例，筆者總結(jié)出聯(lián)通器測(cè)量法：將透明軟管灌入適量水，調(diào)整軟管使其液面與中心高位置齊平，用記號(hào)筆在制動(dòng)器支架上做好標(biāo)記，測(cè)量尺寸H即可。中心高虛點(diǎn)位置可以用軸承座內(nèi)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(dòng)裝置地腳螺栓孔的測(cè)量

制動(dòng)裝置地腳螺栓孔尺寸按照測(cè)量圖中標(biāo)注逐個(gè)測(cè)量。測(cè)量時(shí)，應(yīng)以制動(dòng)盤兩側(cè)面為基準(zhǔn)，單獨(dú)測(cè)量每個(gè)閘座地腳螺栓孔到制動(dòng)盤側(cè)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(rèn)為兩側(cè)螺栓孔關(guān)于制動(dòng)盤中心對(duì)稱，這是犯了經(jīng)驗(yàn)主義的錯(cuò)誤，不可取。

圖5 地腳螺栓孔的測(cè)量Fig.5 Measurement of anchor bolt hole

3.4 測(cè)速裝置的安裝

為了保證智能閘控系統(tǒng)恒減速制動(dòng)，改造中需要增加一個(gè)測(cè)速機(jī)和編碼器。結(jié)合以往改造經(jīng)驗(yàn)，測(cè)速元件安裝位置可考慮兩處：①現(xiàn)場(chǎng)條件允許，測(cè)速元器件安裝在主軸軸端非傳動(dòng)側(cè)端蓋處，如圖 6 所示；② 現(xiàn)場(chǎng)條件不允許，可采用壓輪式測(cè)速裝置，安裝在摩擦輪筒殼內(nèi)圈處，如圖 7 所示。

圖6 測(cè)速元器件的安裝Fig.6 Mounting of speed-metering components

如果測(cè)速元器件安裝在主軸裝置非傳動(dòng)側(cè)軸承座外端蓋處，那么現(xiàn)場(chǎng)需要停機(jī)，拆開軸承端蓋，測(cè)量相關(guān)接口尺寸，并保證現(xiàn)有編碼器和測(cè)速機(jī)接口不變。

如果采用壓輪式測(cè)速裝置，那么對(duì)內(nèi)圈圓度及表面光潔度有一定要求。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)圓度或光潔度不滿足要求時(shí)，可以考慮對(duì)內(nèi)圈進(jìn)行車銷加工，提高光潔度。

3.5 新型制動(dòng)裝置設(shè)計(jì)要點(diǎn)

制動(dòng)裝置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意兩點(diǎn)：一是制動(dòng)裝置底座螺栓孔要有足夠調(diào)整空間；二是制動(dòng)裝置支架圓弧的設(shè)計(jì)，須保證制動(dòng)器閘瓦包絡(luò)在制動(dòng)盤工作面內(nèi)。

根據(jù)改造經(jīng)驗(yàn)，新型制動(dòng)裝置支架圓弧應(yīng)按照與制動(dòng)盤同心圓設(shè)計(jì)，以保證支架上不同位置的制動(dòng)器閘瓦與制動(dòng)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(shè)計(jì)成長(zhǎng)孔，孔的長(zhǎng)度要根據(jù)基礎(chǔ)螺栓露出長(zhǎng)度而定，制動(dòng)裝置底座上平面采用全部修平結(jié)構(gòu)，配套非標(biāo)墊圈，調(diào)整空間大，確?，F(xiàn)場(chǎng)順利安裝。

圖8 制動(dòng)器支架地腳螺栓孔的設(shè)計(jì)Fig.8 Design of anchor hole of tool carrier for brake

4 制動(dòng)系統(tǒng)智能化的實(shí)現(xiàn)

智能閘控系統(tǒng)運(yùn)用數(shù)字比例技術(shù)、數(shù)字化信息采集與控制技術(shù)、智能邏輯判斷技術(shù)，對(duì)制動(dòng)裝置進(jìn)行集中控制，具備《煤礦安全規(guī)程》要求的冗余保護(hù)和故障診斷與隔離功能。

采用智能化的工藝軟件設(shè)計(jì)了六大保護(hù)流程和全方位的檢測(cè)功能，如圖 9 所示。智能閘控系統(tǒng)既可接受主控系統(tǒng)的安全制動(dòng)信號(hào)，也可根據(jù)監(jiān)控結(jié)果發(fā)出報(bào)警信號(hào)及安全制動(dòng)指令，實(shí)現(xiàn)全工況下提升系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)的全面監(jiān)控，提高提升機(jī)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性與可靠性。

5 智能閘控系統(tǒng)安裝調(diào)試要點(diǎn)

新型智能閘控系統(tǒng)安裝前，需要先拆除摩擦輪護(hù)罩，然后固定容器，將鋼絲繩進(jìn)行松繩處理，拆掉舊制動(dòng)器并放置一邊；檢查基礎(chǔ)板、制動(dòng)盤及閘瓦是否有飛邊毛刺、水、油、銹蝕等污物，如有應(yīng)清潔干凈。新型制動(dòng)裝置安裝時(shí)要達(dá)到以下要求。

圖9 全方位、智能化的保護(hù)流程和檢測(cè)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(duì)于制動(dòng)盤兩側(cè)面的距離應(yīng)相等，允差為 0.5 mm。

(3) 支架側(cè)面與制動(dòng)盤側(cè)面應(yīng)平行，允差為 0.2 mm。

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

(5) 實(shí)際的摩擦半徑不得小于設(shè)計(jì)摩擦半徑。

(6) 緊固件應(yīng)干凈，螺紋部分應(yīng)涂油防銹。緊固螺母時(shí)必須使用專用扭力扳手及套筒。螺母應(yīng)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(yīng)磨閘，閘瓦與制動(dòng)盤接觸面積應(yīng)達(dá)到 60% 以上。

(8) 在保證油路系統(tǒng)每個(gè)接頭安裝合格的情況下，可在試車時(shí)試壓。試壓時(shí)要逐級(jí)升壓，2 MPa 一級(jí)，每級(jí)持續(xù) 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(jié)語(yǔ)

根據(jù)改造案例，列舉了提升機(jī)智能閘控系統(tǒng)改造中測(cè)量方法與技巧，以及在設(shè)計(jì)及安裝調(diào)試時(shí)的注意事項(xiàng)，對(duì)類似改造具有一定的指導(dǎo)意義。以上改造方法已廣泛應(yīng)用在多種礦井提升機(jī)智能閘控系統(tǒng)的改造中，利用現(xiàn)有基礎(chǔ)進(jìn)行安裝，改造、安裝與調(diào)試的時(shí)間短，效率高，被廣大用戶所接受。