金川集團股份有限公司二礦區(qū) 甘肅金昌 737100
目前,國內副井提升系統(tǒng)的礦車計數(shù)方式主要有兩種:一是人工計數(shù),在井口設置獨立崗位,人工數(shù)車;二是自動計數(shù),在井口安裝超聲波或紅外線檢測裝置,利用非接觸式檢測開關,結合 PLC自動計數(shù)。與人工計數(shù)相比,自動計數(shù)既節(jié)省了勞動力,又提高了計數(shù)的準確性,但也有瑕疵:第一,增加了相關投資和后期維護成本;第二,無法識別混在重車中的空車,偶發(fā)統(tǒng)計失真;第三,對多中段提升系統(tǒng)而言,無法確定礦車始發(fā)地。
為了解決上述問題,筆者提出了一種新的礦車計數(shù)方式。通過研究提升機的電樞電流和提升載荷之間的關系,實現(xiàn)準確的廢石車數(shù)統(tǒng)計,并自動生成生產報表。
提升系統(tǒng)動力方程式為
式中:F為提升機主軸的拖動力,N;k為礦井阻力系數(shù);Q為單次提升載荷,kg;g為重力加速度,m/s2;p為鋼絲繩質量,kg;H為提升高度,m;x為罐籠距離井口的距離,m;∑m為系統(tǒng)的變位質量之和,kg;a為提升容器的加減速度,m/s2。
對于采用等重尾繩的提升系統(tǒng)而言,罐籠處于井筒中間時,H=x,主繩尾繩質量相同,忽略主尾繩影響,公式可簡化為
電動機拖動力矩M與提升機主軸拖動力F的關系為
式中:R為卷筒半徑,m;i為減速器減速比;η為減速機效率。
對于卷筒直聯(lián)形式,可簡化為
電動機的拖動力矩M與電流I成正比,
結合式 (2)、(4)和 (5),得出電樞電流和提升載荷之間的關系為
綜上所述,罐籠在井筒中間位置時,提升載荷和電動機電樞電流成正比?;谝陨蠑?shù)學模型和提升機的 PLC 控制系統(tǒng),測出此時的電樞電流,即可直接得到罐籠載荷。
某副井提升機采用罐籠平衡錘的提升方式,罐籠及懸掛裝置質量為 11.98 t,平衡錘及懸掛裝置質量為16.98 t,礦車質量為 0.73 t,裝入毛石后每輛礦車質量為 2.56 t。當罐籠運行至 1 250 m 時與平衡錘相遇,此時主繩和尾繩在罐籠和平衡錘兩側的長度相同,質量差可忽略。提升作業(yè)時,負載工況有以下 4 種,不同工況下提升機電樞電流值如表 1 所列。
表1 不同工況下提升機電樞電流值
(1)提升 4 車廢石時,負載為 5.24 t (2.56×4 +11.98 -16.98=5.24),此時電動機在第一象限工作,控制臺的電樞電流值為 600~900 A;
(2)提升 2 車廢石時,負載為 0.12 t (2.56×2 +11.98 -16.98=0.12),此時電動機也在第一象限工作,控制臺的電樞電流值為 50~450 A;
(3)提升空罐籠時,負載為 -5 t (11.98 -16.98=-5),此時電動機在第四象限工作,控制臺的電樞電流值為 -800~-600 A;
(4)提升人員時,負載在 -5~-1.25 t 之間 (0~50 人,75 kg/人,75×10-3×50+11.98 -16.98=-1.25),此時電動機也在第四象限工作,控制臺的電樞電流值為 -300~-100 A。
由表 1 可知,在提升模式下,當罐籠運行至中間水平位置時,若電動機的電流大于等于 50 A,可作為廢石車數(shù)計量的條件;若電流大于等于 600 A,為 4車計數(shù)條件;在 50~450 A 之間,為 2 車計數(shù)條件。提升廢石時提升機只在提升模式下工作,因此下放模式的工況無需考慮。
本裝置在軟件設計上分為 3 個部分,分別是車數(shù)計數(shù)條件的判斷、車數(shù)統(tǒng)計區(qū)間的確立以及統(tǒng)計界面的開發(fā)。
如圖 1 所示,用 2 個比較器判斷罐籠標高是否在1 249.5~1 250.5 m 之間,如果是,判斷電樞電流的實際值是大于等于 600 A 還是在 50~450 A 之間,若電動機電樞電流大于等于 600 A,則為 4 車計數(shù)條件;若在 50~450 A 之間,則為 2 車計數(shù)條件。
圖1 廢石車數(shù)計數(shù)條件流程
對于多中段提升系統(tǒng),把各中段發(fā)罐信號作為判斷條件,自動計入發(fā)罐中段即可。
因生產時間分為班 (一班、二班)、日、月和年 4類,為了提高生產系統(tǒng)管理能力,計數(shù)程序通過 PLC內部時鐘確定以下 4 類生產時間類別,如表 2 所列。
表2 各類別生產時間
結合車數(shù)計數(shù)條件和生產班次,即可得到全年提升廢石車數(shù)統(tǒng)計報表。在 WINCC 中導入 DB 數(shù)據(jù)塊,開發(fā)智能數(shù)車裝置界面,如圖 2 所示。
圖2 智能數(shù)車裝置界面
該裝置是基于提升機 PLC 的軟件設計,不需要額外設備投入及維護。自投入使用以來,車數(shù)統(tǒng)計準確率高,消除了計數(shù)過程中的人為因素,實現(xiàn)了廢石提升車數(shù)的智能統(tǒng)計并自動生成生產報表,為設備維修提供了參考數(shù)據(jù)。