孔翠波

（山西焦煤西山煤電集團(tuán)鎮(zhèn)城底礦， 山西 古交 030203）

引言

無(wú)極繩絞車是煤礦開(kāi)采中的常見(jiàn)設(shè)備，其結(jié)構(gòu)包括動(dòng)力裝置、梭車、尾輪、張緊裝置、輪組、主壓繩輪等，主要用于井下巷道的物品運(yùn)輸，使用鋼絲牽引往復(fù)運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離軌道連續(xù)運(yùn)輸，解決了煤礦運(yùn)輸線路坡道多、傾角大、運(yùn)輸距離長(zhǎng)以及彎道和坡道運(yùn)輸不安全等重大問(wèn)題，具有節(jié)省人力、安全性高、連續(xù)性好、運(yùn)行成本低的優(yōu)點(diǎn)，但長(zhǎng)期以來(lái)無(wú)極繩絞車的基本結(jié)構(gòu)并沒(méi)有得到本質(zhì)性的改善和發(fā)展，如果能夠與現(xiàn)代化的控制設(shè)備和控制方法相結(jié)合，一定可以進(jìn)一步提高其操作的安全性、使用效率及使用壽命，提高其自動(dòng)化控制程度是改善其工作性能的有效方法，本文將使用控制性更好的液壓元件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電力驅(qū)動(dòng)，使用PLC、傳感器、控制手柄等控制元件來(lái)解決無(wú)極繩絞車存在的不足，使其性能進(jìn)一步提升，操作也會(huì)更加安全，使用壽命也會(huì)更長(zhǎng)。

1 無(wú)極繩絞車需要改善的問(wèn)題

1.1 進(jìn)一步優(yōu)化動(dòng)力源

目前，無(wú)極繩絞車使用電機(jī)作為動(dòng)力源，而電機(jī)的初始啟動(dòng)速度較高，所以在啟動(dòng)和停止時(shí)不平穩(wěn)，對(duì)鋼絲繩產(chǎn)生一定的沖擊，在鋼絲長(zhǎng)期反復(fù)負(fù)重沖擊的工作條件下就很容易出現(xiàn)斷絲、拉長(zhǎng)等安全隱患，甚至出現(xiàn)鋼絲被拉斷，導(dǎo)致嚴(yán)重后果，所以改善動(dòng)力源的工作方式對(duì)改善無(wú)極繩絞車的工作狀態(tài)起到很大作用[1]。

1.2 改善梭車速度控制方式

礦井中的工作環(huán)境非常復(fù)雜，梭車以及連接的礦車、平板車、材料車會(huì)經(jīng)常往復(fù)于彎道、上坡、下坡等工作環(huán)境，這對(duì)鋼絲的使用壽命影響極大，這些地方往往也是事故的多發(fā)地帶，雖然梭車在機(jī)械結(jié)構(gòu)上已經(jīng)經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)來(lái)預(yù)防此類事件的發(fā)生，但不能從根本上解決問(wèn)題，還是經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)斷絲的現(xiàn)象，即使梭車的機(jī)械結(jié)構(gòu)可以在斷絲后制動(dòng)預(yù)防安全事故的發(fā)生，但如果斷絲頻率過(guò)高必然會(huì)影響生產(chǎn)進(jìn)度和生產(chǎn)成本。假設(shè)梭車在進(jìn)入彎道、坡道之前先通過(guò)傳感技術(shù)能夠檢測(cè)到梭車的位置，在進(jìn)入危險(xiǎn)環(huán)境之前將通過(guò)反饋信號(hào)將位置信息傳給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)做出減速控制，梭車按照控制指令逐漸無(wú)級(jí)減速，然后在駛出危險(xiǎn)段之后無(wú)級(jí)加速，恢復(fù)正常速度，這就會(huì)從根本上解決彎道、坡道帶來(lái)的危險(xiǎn)性。

1.3 更換變速系統(tǒng)

傳統(tǒng)的無(wú)極繩絞車采用換擋變速模式控制梭車的速度變化，這種變速方式如果在梭車運(yùn)行中換擋，必然會(huì)給鋼絲帶來(lái)很大的沖擊力，這也是鋼絲損壞的一個(gè)重要原因，若停車換擋，必然會(huì)影響工作效率，增大操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，也會(huì)給整個(gè)流程帶來(lái)諸多不便。若能使用一套可以無(wú)級(jí)調(diào)速并動(dòng)力強(qiáng)勁的變速系統(tǒng)來(lái)代替擋位調(diào)速結(jié)構(gòu)，必然會(huì)減輕變速過(guò)程中梭車對(duì)鋼絲的沖擊，減少操作步驟，提高工作效率[2]。

2 優(yōu)化方案

2.1 動(dòng)力源的更換

采用液壓柱塞式變量泵和定量液壓馬達(dá)作為絞車的動(dòng)力輸出元件，先由外部動(dòng)力系統(tǒng)給柱塞泵提供動(dòng)力，動(dòng)力軸帶動(dòng)泵內(nèi)的傾盤旋轉(zhuǎn)。柱塞式變量泵是依靠改變傾盤的角度來(lái)實(shí)現(xiàn)變量輸出的。當(dāng)傾盤角度為零時(shí)，傾盤旋轉(zhuǎn)時(shí)與之相連的柱塞之間不會(huì)產(chǎn)生差動(dòng)，柱塞泵就不會(huì)產(chǎn)生排量輸出，若傾盤發(fā)生角度變化，與傾盤相連的柱塞在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生差動(dòng)，柱塞泵就會(huì)產(chǎn)生排量，而且傾角越大排量就會(huì)越大，產(chǎn)生排量后將動(dòng)力傳給液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速就會(huì)隨變量泵排量增大而增大，馬達(dá)連接減速機(jī)，減速連接絞車，絞車就會(huì)產(chǎn)生動(dòng)力。傾盤是從零位逐漸加大傾角的，所以泵的排量也是從零逐漸加大的，相應(yīng)的馬達(dá)、減速機(jī)、絞車的速度也是從零逐漸啟動(dòng)的，所以這樣就實(shí)現(xiàn)了絞車的零速度無(wú)級(jí)加速功能，反之在停止時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)降速，直到速度為零，所以在啟動(dòng)和停止過(guò)程中就大大減小了梭車對(duì)鋼絲的沖擊力，并加強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性，而且液壓系統(tǒng)相對(duì)電力系統(tǒng)還有輸出強(qiáng)勁穩(wěn)定、噪音小等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 絞車的速度控制

對(duì)絞車的速度控制也就是對(duì)柱塞式變量泵的排量控制，這里采用手柄和PLC組成的系統(tǒng)完成絞車的速度控制功能，變量泵裝有兩個(gè)比例電磁鐵來(lái)觸動(dòng)傾盤的角度發(fā)生變化，從而控制變量泵輸出排量的大小和方向，兩個(gè)比例電磁鐵分別控制變量泵兩個(gè)方向的輸出，也就控制了馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)輸出，從而控制減速機(jī)和絞車的正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，PLC的兩個(gè)電流模擬量輸出端口分別連接這兩個(gè)比例電磁鐵。當(dāng)PLC有電流輸出給比例電磁鐵時(shí)，電磁鐵閥芯就會(huì)產(chǎn)生位移頂開(kāi)傾盤，且電流越大位移也會(huì)越大，由此可見(jiàn)PLC給電磁鐵的輸出電流越大，絞車的轉(zhuǎn)速就會(huì)越高，同樣當(dāng)PLC給另一個(gè)電磁鐵輸出電流時(shí)傾盤向另一側(cè)開(kāi)啟，絞車也就會(huì)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，并且電流越大速度也就越快[3]。根據(jù)以上原理，使用手柄完成絞車的正反轉(zhuǎn)和速度的控制，如圖1手柄控制連線圖所示。

圖1 手柄控制連線圖

手柄內(nèi)裝有電位器，手柄中位時(shí)，電位器滑動(dòng)觸點(diǎn)也位于中間位置，PLC具有5 V電壓輸出端口，還有0～5 V模擬量接收端口，電位器兩端分別連接0位和5 V電壓輸出端口。當(dāng)電位器滑動(dòng)觸點(diǎn)從0向5 V端滑動(dòng)時(shí)，即可得到一個(gè)0～5 V的電壓模擬量，將此模擬量接入PLC的0～5 V接收端口，PLC會(huì)自動(dòng)將此變量轉(zhuǎn)化為0～5 000的數(shù)值，賦值此數(shù)值為S。手柄的起始位在中位，所以將此數(shù)值分為0～2 500和2 500～5 000兩部分，分別控制兩個(gè)比例電磁鐵的電流。當(dāng)手柄從中位向零位推動(dòng)時(shí)，S＜2 500則驅(qū)動(dòng)比例電磁鐵2頂開(kāi)變量泵的傾盤，且手柄推動(dòng)角度越大比例電磁鐵2的接收電流就越大，變量泵的傾盤角度就越大，馬達(dá)速度就越大，絞車的轉(zhuǎn)速也就越大。當(dāng)手柄向5 V端推動(dòng)時(shí)，S＞2 500則驅(qū)動(dòng)比例電磁鐵1頂開(kāi)變量泵的傾盤，使變量泵向另一方向輸出，且手柄推動(dòng)角度越大，比例電磁鐵1的接收電流就越大，變量泵的傾盤角度就越大，馬達(dá)速度就越大，絞車的轉(zhuǎn)速也就越大，所以只要操作者推動(dòng)手柄就可以完成對(duì)絞車的0轉(zhuǎn)速雙向無(wú)級(jí)啟動(dòng)。

2.3 彎道、坡道的速度控制

在彎道和坡道前10 m的位置安裝接近開(kāi)關(guān)，梭車一但靠近接近開(kāi)關(guān)，接近開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)就會(huì)閉合，并一直保持閉合狀態(tài)，同時(shí)將電信號(hào)傳導(dǎo)給PLC，PLC收到信號(hào)后就會(huì)逐漸降低電流變量系數(shù)k的數(shù)值，k值減小相當(dāng)于PLC給比例電磁鐵的輸出電流減小，絞車的速度就會(huì)隨之降低，梭車的速度也就會(huì)降低到可以順利通過(guò)彎道和破道的速度，這樣梭車就會(huì)安全地、無(wú)沖擊地經(jīng)過(guò)彎道和坡道，經(jīng)過(guò)后就會(huì)觸碰另一個(gè)接近開(kāi)關(guān)，將前端接近開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)解鎖，同時(shí)將解鎖信號(hào)傳導(dǎo)給PLC，PLC就會(huì)再次逐漸恢復(fù)系數(shù)k值，梭車再以正常速度繼續(xù)運(yùn)行，這樣就可以完全保證梭車安全地通過(guò)彎道和坡道。

3 結(jié)語(yǔ)

由液壓柱塞變量泵、液壓馬達(dá)、PLC、手柄、接近開(kāi)關(guān)組成的無(wú)極繩絞車控制系統(tǒng)改善了絞車啟動(dòng)不穩(wěn)、梭車速度控制易發(fā)生危險(xiǎn)、換擋變速控制復(fù)雜等一系列鋼絲沖擊問(wèn)題和安全問(wèn)題，使無(wú)極繩絞車系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，減少了維修次數(shù)，降低了維修費(fèi)用，運(yùn)行模式也更加安全、穩(wěn)定、可靠，而且還具有噪音低、動(dòng)力強(qiáng)的特點(diǎn)，大大加強(qiáng)了無(wú)極繩絞車的使用性能。