提升機(jī)尾繩與分繩梁摩擦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行分析

李 鵬

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)趙莊二號(hào)井， 山西 高平 048400）

1 立井摩擦式提升機(jī)尾繩運(yùn)行現(xiàn)狀

在立井摩擦式提升系統(tǒng)中，尾繩是維護(hù)體升機(jī)構(gòu)平衡的關(guān)鍵裝置，其安全防護(hù)作用不可忽略。在實(shí)際生產(chǎn)中，為避免尾繩易出現(xiàn)扭結(jié)，采用了在尾繩四周布置分繩梁的措施。但是，尾繩在使用時(shí)會(huì)受到自身的壓力擺動(dòng)、井筒風(fēng)壓和提升機(jī)的振動(dòng)等因素的影響，導(dǎo)致了尾繩與分繩梁的碰撞、摩擦，隨著使用時(shí)間增長(zhǎng)，尾繩的磨損，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致尾繩斷裂，引起起重機(jī)嚴(yán)重事故。為此，必須嚴(yán)格監(jiān)測(cè)尾繩與分繩梁的狀態(tài)，以防止因過度磨損而導(dǎo)致系統(tǒng)故障，避免出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)損失。

由于尾繩的特殊的構(gòu)造特點(diǎn)，以及主井井下的復(fù)雜情況，加上尾繩與分繩梁碰撞摩擦?xí)r間較短，采用常規(guī)的機(jī)械式傳感器難以實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行定位的監(jiān)控。傳統(tǒng)的防護(hù)措施是在尾繩上安裝重物，在重力作用下，避免了尾繩在吊起時(shí)發(fā)生彎曲、扭轉(zhuǎn)，同時(shí)降低吊籃吊裝時(shí)的震動(dòng)沖擊，在分繩梁上加裝托輥，采用的材料具有柔性和耐磨的特征，從而降低了吊桿的磨損和摩擦。這些措施雖在減少尾繩的磨損發(fā)揮一定的效果，但仍需安排工作人員經(jīng)常檢查尾繩的磨損狀況，難以實(shí)時(shí)對(duì)尾繩進(jìn)行監(jiān)測(cè)，無法及時(shí)掌握尾繩與分繩梁的碰撞磨損狀況，更難以形成有效的防護(hù)措施。基于上述的問題，研制了一套由感應(yīng)接近開關(guān)和主動(dòng)紅外對(duì)射傳感器構(gòu)成的分繩梁摩擦力監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)應(yīng)用了先進(jìn)的傳感器技術(shù)，對(duì)尾繩和分繩梁的摩擦和沖擊進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)控，為提高提升機(jī)的安全性能和使用壽命提供了可靠的保證。

2 監(jiān)測(cè)要求

1）將攝像儀在尾繩的保護(hù)裝置處進(jìn)行安裝，在保護(hù)裝置的正側(cè)兩面都進(jìn)行分別布置，不需要額外的增加單獨(dú)布線，直接將數(shù)據(jù)和井下環(huán)網(wǎng)相連接[1-2]。

2）由于在進(jìn)行作業(yè)的過程中，會(huì)受到井底光線暗的不利因素，避免會(huì)對(duì)攝影儀造成負(fù)面影響導(dǎo)致無法呈現(xiàn)出清晰的畫面，需要在保護(hù)裝置的周圍安裝照明燈，其目的就是進(jìn)行補(bǔ)光。

3）無論是主立井還是副立井，只要是需要用到尾繩場(chǎng)合，都可以通過安裝攝像儀進(jìn)行作業(yè)。

3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理

礦井主提升機(jī)的尾繩纜索和分繩梁纜索的摩擦力監(jiān)控裝置如圖1 所示。

圖1 煤礦主提升機(jī)尾繩與分繩梁摩擦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置

為了提高監(jiān)控系統(tǒng)的辨識(shí)精度和可靠性，本系統(tǒng)采用感應(yīng)式接近切換和主動(dòng)紅外對(duì)射感應(yīng)兩種監(jiān)控方式，采用了兩種監(jiān)控方式的同步監(jiān)控，且兩套監(jiān)控系統(tǒng)互不影響，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的容錯(cuò)性[3-4]。

在防護(hù)系統(tǒng)中，感應(yīng)式接近開關(guān)系統(tǒng)的安裝位置應(yīng)在尾繩與分繩梁頻繁碰撞、摩擦的部位。防護(hù)系統(tǒng)包括 2 組紅外感應(yīng)裝置（1 號(hào)和2 號(hào)），采用 1 號(hào)紅外控制系統(tǒng)作為啟動(dòng)2 號(hào)紅外和感應(yīng)接近開關(guān)的起始條件，以保證其運(yùn)行可靠，降低能耗，避免不必要的損失。礦井主吊車尾繩和分繩梁的摩擦力監(jiān)控裝置的工作原理如下頁圖2 所示。

圖2 煤礦主提升機(jī)尾繩與分繩梁摩擦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理

在監(jiān)控系統(tǒng)工作時(shí)，傳感系統(tǒng)中1 號(hào)紅外線感應(yīng)器啟動(dòng)，2 號(hào)外線感應(yīng)器和感應(yīng)接近切換系統(tǒng)均在睡眠。在1 號(hào)有源紅外對(duì)射感應(yīng)器發(fā)射的紅外線脈沖信號(hào)受到尾繩的干擾，則干擾信息會(huì)通過通訊系統(tǒng)即時(shí)傳送到上位機(jī)，觸發(fā)上位機(jī)信號(hào)報(bào)警燈[5-6]。上位機(jī)啟動(dòng)2 號(hào)紅外線和感應(yīng)接近切換器進(jìn)入工作模式，監(jiān)控尾部纜索與分繩梁的相對(duì)位置，系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)到的狀態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)據(jù)信號(hào)，將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)經(jīng)由通信接口傳輸至上位機(jī)，上位機(jī)會(huì)根據(jù)監(jiān)控信號(hào)判定尾繩與分繩梁是否發(fā)生撞擊、摩擦，并按照事先設(shè)定的程序，對(duì)報(bào)警裝置及提升裝置的電氣控制進(jìn)行響應(yīng)。上位機(jī)工作流程圖如圖3 所示。

圖3 上位機(jī)工作流程圖

在1 號(hào)紅外系統(tǒng)向上位機(jī)發(fā)送信號(hào)時(shí)，上位機(jī)會(huì)對(duì)遮擋狀態(tài)進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)，當(dāng)確認(rèn)未出現(xiàn)遮擋時(shí)，保持監(jiān)測(cè)狀態(tài)，當(dāng)確認(rèn)出現(xiàn)遮擋時(shí)，2 號(hào)紅外系統(tǒng)和感應(yīng)接近開關(guān)進(jìn)入工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控尾纜的位置信息。計(jì)算機(jī)通過2 號(hào)紅外檢測(cè)和感應(yīng)接近開關(guān)發(fā)送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行尾繩的位置判定碰撞狀態(tài)。如果沒有碰撞摩擦信號(hào)1 號(hào)，則繼續(xù)監(jiān)控，如果有碰撞信號(hào)，則計(jì)算碰撞摩擦的次數(shù)，確定碰撞摩擦的次數(shù)是否達(dá)到了30 000 次，如果沒有1 號(hào)紅外系統(tǒng)將繼續(xù)監(jiān)控，2 號(hào)和感應(yīng)接近開關(guān)進(jìn)入休眠狀態(tài)。當(dāng)碰撞摩擦次數(shù)超過報(bào)警閾值時(shí)，上位機(jī)會(huì)發(fā)出聲音和光的警告信號(hào)，并同時(shí)停止升降。這時(shí)要檢查尾繩的磨損情況，出現(xiàn)問題及時(shí)進(jìn)行更換，避免因過度使用而導(dǎo)致的安全事故[7-8]。

4 系統(tǒng)測(cè)試

為了檢驗(yàn)礦井主起重機(jī)尾繩與分繩梁摩擦監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性、精確度，本文在晉能煤業(yè)集團(tuán)某礦進(jìn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用測(cè)試，首先將感應(yīng)式接近開關(guān)裝置安裝于分繩梁的上下兩端，并將其安裝在尾繩與分繩梁頻繁發(fā)生摩擦的部位；為了防止感應(yīng)式接近開關(guān)的互相干擾，兩個(gè)鄰近的感應(yīng)接近開關(guān)的間距為50～80 mm；主動(dòng)式紅外對(duì)射傳感裝置設(shè)于尾部繩索的一端，1 號(hào)型主動(dòng)式紅外對(duì)射傳感與2 號(hào)型主動(dòng)式紅外對(duì)射式傳感裝置相隔80～100 mm，其余的分繩梁按照同樣的布局設(shè)置；最后，利用PLC、CAN 總線將兩級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)與上位機(jī)、起重機(jī)的電氣控制相結(jié)合。

煤礦主吊機(jī)尾繩和分繩梁摩擦力監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控結(jié)果顯示：在分繩梁附近，監(jiān)控系統(tǒng)能夠正常監(jiān)控；在1 號(hào)主動(dòng)紅外對(duì)射感應(yīng)系統(tǒng)中，一旦出現(xiàn)尾繩觸發(fā)，1 號(hào)主動(dòng)紅外對(duì)射感應(yīng)系統(tǒng)發(fā)出警告；在尾繩觸發(fā)2 號(hào)有源紅外感應(yīng)感應(yīng)系統(tǒng)和感應(yīng)接近開關(guān)與繩索摩擦?xí)r，相應(yīng)的燈會(huì)發(fā)出閃光警報(bào)，并記錄摩擦次數(shù)；若尾繩與分繩梁發(fā)生摩擦，且次數(shù)超過報(bào)警閾值，則該系統(tǒng)將發(fā)出聲音警報(bào)，并強(qiáng)制終止提升機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，該系統(tǒng)能夠?qū)ξ菜鞯亩ㄎ粻顩r進(jìn)行精確監(jiān)控，工作穩(wěn)定、正常。

5 結(jié)語

感應(yīng)式接近切換控制和有源紅外對(duì)射感應(yīng)傳感器構(gòu)成了礦井主起重吊車尾部纜索與繩梁摩阻的監(jiān)控系統(tǒng)。采用1 號(hào)有源紅外對(duì)射感應(yīng)作為起始狀態(tài)，2號(hào)主動(dòng)紅外對(duì)射感應(yīng)與感應(yīng)接近切換同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以改善系統(tǒng)的容錯(cuò)率和精確度，減少了系統(tǒng)的能量損失。采用先進(jìn)的傳感器技術(shù)，可以對(duì)尾繩與分繩梁進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控。通過對(duì)該監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，表明該監(jiān)測(cè)裝置能夠長(zhǎng)期、平穩(wěn)地工作，監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確，反應(yīng)迅速，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)纜索監(jiān)測(cè)和防護(hù)，并能有效地保證提升機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。