煤矿提升机液压制动装置在线监测系统设计及应用.pdf

电 子技术与软 件工程 Electronic Technology Software Engineering 自动化控制 Automatic Control 煤矿提升机液压制动装置在线监测系统设计及应用 徐冬 （潞安集 团 山西 省 长 治市 046000 ） 摘 要本文以煤矿 副矿 井提升机为例，将提升机液压制动装 置 在线 监 测系 统 进 行 设 计，并在实际 应用 中采 用，结 果表 明设 计 后的 提 升机液压制动装 置 在线 监 测系 统 可大大提高 煤矿 提升机运 输 能 力，保证 了安全生 产的 良 好秩 序。 关键 词提升机；制动装 置；在线 监 测系 统；传感器 随 着 我国科 学技术的 发展，在煤矿 生 产中自 动控制技术应用 越 来越 广泛⑴。而 提升机制动系 统 作为矿 井提升机的 重 要 组 成部 分， 可影响提升机的 正常工作与运 行 安全。减少副矿 井工作人员工作强 度。以我煤矿 副矿 井提升机为例，其型号为2JK-2.5X1.2/30E,主要 釆 用 双滚桶缠 绕 式以液压制动系 统 进 行 制动，提升高 度有819.5m, 并筒 直 径为6m。其中制动系 统 包括制动器与传动机构。由 于传统 的 提升机监 测系 统 存在测量 不准确、错 误 报警 等 情况， 并且不能 测 量 盘 式制动器的 力矩。由 此，重 视 提升机液压制动装 置 在线 监 测系 统 设 计 十分必要。 1煤矿提升机液压制动装置在线监测系统设计方案 1. 1设 计 构思 该 煤矿 副矿 井提升机提升作为矿 井生 产的 一个重 要 环 节，是整 个矿 井安全生 产的 枢纽 ⑵。在煤矿 安全规 程中对提升机制动系 统 的 要 求有专门 的 规 定。为保证 提升机安全运 输，可在提升机上安 装 一套KJT2型提升机液压制动特 性在线 监 测系 统，该 监 测系 统 由 计 算 机、多种 传感器、信号采 集 卡及相 关配 套器件组 成，可实时监 测制动闸 的 工作情况。其中传感器有油压传感器、匣间 隙 传感器、 正压力传感器，在传感器接收到信后后会将信号传输 到信号采 集 卡 中，以此作为计 算 机处理 信号的 基础。通 过 专用 监 测软 件分析信息 而 获 得设 备异常故障 问 题。该 监 测系 统 正常工作方法有两点其一 是设 置 匣间 隙 监 测与过 压保护装 置 以安全回路 控制。其二是提升制 动系 统 制动力。 对提升机的 制动性能 影响参数有3种， 即盘 式制动闸 的 闸 瓦 与 制动盘 之间 的 间 隙 大小程 度、作用 于匣盘 上制动力带下是否满足 静 力矩 要 求的 三倍及液压站 油压值参数。由 于该 参数是判断提升机安 全标准的 主要 依据，可保障 提升机制动性能 的 可靠 与稳 定⑶。根据 矿 井实际 生 产情况对该 参数的 在线 监 测进 行 设 计。在设 计 中KJT2 型提升机按照两部 分进 行，如表1所示。 1.2设 计 原理 经 以上设 计 构思，此次设 计 内容原理 依据数据采 集、信号预 处 理 及数据分析与检测，具体的 内容如表2。 1. 3具体设 计 内容 1.3.1液压站 油压监 测 液压站 作为制动器的 驱 动机制，其为所有制动闸 提供不同油压 的 压力油而 实现 开闸 与制动。根据本煤矿 在用 摩擦式提升机系 统 安 全检测检验 规 范 的 要 求，液压站 最高 油温不能 超 过70弋。对当前 的 液压站 设 计 改造，设 置 油压传感器在液压站 各个主要 回路，经 模 拟油路 流动状 态，再对油路 压力及回油时间 进 行 监 测后判断油路 是 否发生 堵塞。在单片 机计 时板安装 后，其与油压传感器联 合使用， 可实现 监 测一级、二级 制动的 目 的，即一级 制动回油时间、二级 制 动延迟 时间 ⑷。此外，在制动闸 回油路 上进 行 紧 急手动回油阀 设 置， 一组 闸 可直 接进 行 回油，另一组 可通 过 调 节 流阀 门 而 实现 延时制动， 避 免制动失灵不能 操作的 情况。 1.3.2非 接触 闸 间 隙 监 测 表1提升机液压制动装 置 在线 监 测系 统 设 计 内容 提升机液压制动装 置 在线 监 测 系 统 设 计 内容 具体内容 软 件部 分 硬 件部 分 以La bVIEW运 行 引擎系 统 运 行 非 接触 闸 间 隙 监 测 液压站 油压监 测 制动正压力监 测 制动力矩 在线 监 测 表2提升机液压制动装 置 在线 监 测系 统 设 计 原理 提升机液压制动装 置 在线 监 测系 统 设 计 原理 内容 数据采 集 信号预 处理 数据分析与检测 油压传感器 闸 间 隙 传感器、偏摆传感器 正压力传感器 用 计 算 机信号处理 系 统 监 测 报警 査询 系 统 调 试 退 出运 行 以提升机制动盘 为准，在每个闸 瓦 上安装 上非 接触 闸 间 隙 传感 器而 监 测匣间 隙。由 于该 传感器与制动盘 不接触 而 延长 了自 身 的 使 用 寿命⑸。在煤矿 安全规 定中闸 盘 两侧的 一对闸 闸 间 隙 应调 整 相 等 偏差＜0.1 mm,盘 形闸 的 闸 瓦 与闸 盘 之间 的 间 隙＜2mmo若 超 过 规 定值则需 要 报警，并闭 锁 下次开车。由 此，在设 计 时提升装 置 应设 闸 瓦 间 保护器装 置，对在线 监 测闸 的 偏摆量 设 计，方法是所有 闸 差值的 平均值在滚筒 运 行 一周后，根据实际 情况监 测得出每一个 闸 闸 间 隙 最大值与最小值之间 的 差值。在对空 行 程 时间 监 测时，为 确 定保匣盘 动作灵敏，可依据空 行 程 时间，其需 要 从接受到安全紧 急制动信号制动闸 开始动作直 到闸 间 隙 为0即可，而 盘 式制动闸 空 动时间 三0.3s为佳。 1.3.3制动正压力监 测 本矿 设 计 后使用 的 监 测正压力的 制动器如图1所示，其中1是 制动盘；2是闸 瓦 组 件；3是碟 簧；4是碟 簧 座；5是液压缸；6是 碟 弹坐传感器；7是碟 弹卡环 主要 是由 碟 簧 产生，其靠 油压松闸， 碟 闸 在变化的 力作用 下往复运 动。由 于其长 期使用 的 影响，碟 闸 产 生 疲 劳后减小制动正压力，由 此碟 簧 断裂 后，相 应的 制动闸 发生 卡 阻 问 题。在制动器中碟 闸 作为其中的 最关键 的 一个零 件，所发挥的 作用 明显⑹。根据煤矿 安全规 程规 定对盘 形闸 的 贴 闸 油压进 行 测试，制动正压力就是贴 闸 油压与活塞承压面 积 积。由 于在制动状 态时油压的 数值为0,相 应的 场所测得的 贴 闸 油压数误 差较 大，贴 闸 油压的 数值难 以实现 在线 监 测。为及时判断碟 簧 是否疲 劳与断裂， 给 在线 制动力矩 监 测提供了基础，可对制动正压力直 接监 测来代替 贴 闸 油压。由 此，可见 自 制碟 簧 座传感器十分重 要，其可以直 接实 现 对制动正压力功能 的 监 测。 127 电子技术与软件工程 Electronic Technology Software Engineering 自动化控制 Automatic Control 图1监 测正压力的 制动器 1.3.4制动力矩 在线 监 测 提升机制动器制动成效受制动力矩 大小影响。对制动力矩 在线 监 测设 计，可根据制动器制动止压力实现。若r为制动盘 的 制动半径， N表 示 制动器的 制动压力，f是制动盘 与制动器扎瓦 之所产生 的 摩 擦系 数，对制动力矩 的 计 算 公式就是MNf r ,而 摩擦系 数的f的 计 算 根据监 测的 数据计 算 为匸M与Nr的 比值。经 过 推算 与带入计 算 出任何一制动阀 的 制动力矩 为Mi,若 制动器心有的 制动闸 有n个， 相 应的 总制动力矩 为 Mr.Mr. 心7T ,从而 在线 监 测每个制动闸 的 制动力矩 与总制动力矩。 根据煤矿 安全规 程的 规 定，总制动力矩 套需 要 满足 的 要 求是大 丁 3倍的 最大静 负 荷 力矩 求，这 样可以实现 控制提升机闭 锁，之后 在手动调 整后，在满足 相 关要 求后方可开车。 1.3.5软 件部 分设 计 通 过La bVIEW运 行 引擎系 统 运 行 实现 煤矿 提升机液压制动装 置 在线 监 测系 统 运 作。通 过 利用 西 门 子S7-200系 列可编 程 控制器 与精 密传感器，对本矿 副矿 井提升机的 机液压制动装 置 在线 监 测， 并显示 相 关的 数据，在进 入监 测界 面 后直 接查看 系 统 的 相 关参数。 在界 面 内存在调 控按钮，通 过 对系 统 监 测按钮 点击而 进 入主画 面， 可实现 对各个闸 瓦 的 间 隙 值直 接进 行 检查。若 发现 不正常的 数据可 点击报警 杳询 按钮，通 过 手动查询 故障 情况。若 需 要 对该 系 统 过 程 调 试，可点击系 统 调 试 按钮，以此查看 与修改系 统 中基本设 置 参数， 从而 将其符 合规 定要 求为准。 2设计应用实现够功能与达到的成效 2. 1应用 实现 功能 经 以上设 计 方法制定后在本煤矿 中应用，实现 的 功能 有 1 实现 制动中回油时间 监 测。即回油时间 板利用 油压传感 器，将采 集 到的 油压信息统 计，计 算 出各状 态下回油时间。其中， 油压传感器无充误 差小于等 于1,回油计 时板时间 误 差数值样。 2 闸 间 隙 实现 监 测。在该 系 统 中可以将各闸 间 隙 的 实际 时 间 及本次提升的 最大闸 间 隙 及总开合闸 次数显示。其中闸 间 隙 大于 系 统 所设 定的 数值时则报警 或闭 锁 提升机，其而 通 过 继 电 器点实现 输 出，此次所误 差的 闸 间 隙 传感器在2以内⑺。 3 制动正压力实现 监 测。将原有的 弹簧 座用 正压力传感器 代替，通 过 真 压诊 断各组 弹簧 的 渐近 疲 劳及断裂 等，当制动正压力 数值开闸 合闸 相 应或小于既定的70情况下产生 语 音 报警，并且 提升机将闭 锁，经 继 电 器点输 出到主控系 统，所允许 的 误 差在1 以内。 4通 过 利用 该 软 件方案后，软 件所计 算 出的 四对闸 同时在 制动盘 上的 总制动力矩 上作用，当期小于3倍最大静 负 荷 力矩 时报 警，并经 继 电 器点输 出。 2. 2应用 成效 基于以上煤矿 提升机液压制动装 置 在线 监 测系 统 设 计，根据应 用 原理 投入运 行 使用，在使用 后2个月后，看 到目 前运 行 情况良 好， 保证 了本矿 副矿 井的 正常运 输。其主要 优势是 1 操作简 单方便、系 统 运 算 速 度快且准确、所测量 的 数据 性能 可靠 等； 2 在投入使用 期间 所有实时监 测数据均经 过 采 集 卡采 集， 经 过 转 换后形成结 果显示 于控制机上，且获 得的 实施数据集 中性高， 便于故障 查找与分析。 3 其符 合煤矿 规 程 的 要 求，及时对潜在的 故障 进 行 诊 断与 记 录。而 该 在线 监 控系 统 扩展性好，所测得的 数据可靠，对日常监 测维 护具有很好的 指导作用。 3应用过程中存在的问题与解决方法 在该 软 件方案实施之后，在应用 过 程 中出现 的 问 题 有三点 1 制动器记 录开闸 后8s之内的 最大值，修改后可实现 提升 机运 行 全程 的 监 测，并且数值可实时更新； 2 压力传感器无法回零 状 态，经 与产家沟通 完善该 软 件中 正压力传感器与油压传感器零 位校正后可达 到既定状 态； 3 制动器开闸 瞬 间 的 闸 间 隙 数值与制动盘 偏摆数值较 大， 经 观 察发现 其中问 题 所在，其中传感器安装 支架过 长，由 此造 成的 监 测数值失真，经 改造 后将支架长 度缩 短，使系 统 所监 测的 数值更 准确，从而 预 防 事故的 发生，进 而 保障 本矿 安全生 产良 好运 行 同。 4结束语 综 上所述，提升机制动系 统 在线 监 测装 置 在煤矿 中占据重 要 的 作用。木文通 过 对煤矿 提升机液压制动装 置 在线 监 测系 统 设 计，改 变了传统 提升机因盘 式制动器失灵而 引发的系 列安全事故，保障 了本煤矿 副矿 井的 正常运 输 的 同时，减少副矿 井工作人员工作强度， 为本矿 安全生 产良 好秩 序维 持具有积 极的 作用。 参考文献 [1] 包从望，江伟，刘永志.基于La bVIEW的 矿 井提升机液压制动 系 统 监 测装 置 设 计[J].煤矿 机械, 2019,40 3 165-167. 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