劉志祥

(汾西礦業(yè)集團 孝義煤礦管理分公司，山西 孝義 032300)

現(xiàn)階段煤礦主、副井采用的提升機類型一般為多繩摩擦式提升機，提升機在作業(yè)過程中常有鋼絲繩張力不均衡、超載、配重不合理以及平衡缸壓較大等情況。其中超載以及鋼絲繩張力過大是導致鋼絲繩斷裂、罐籠墜落的最主要原因，不僅會給作業(yè)人員帶來安全威脅，而且還制約礦井持續(xù)、健康發(fā)展。防止超載可通過強化管理實現(xiàn)，鋼絲繩張力不均衡一般采用張力自動平衡裝置實現(xiàn)。通過對鋼絲繩張力進行監(jiān)測，可實時掌握鋼絲繩受力情況，從而為提升機鋼絲繩故障診斷提供一定參考[1-2]。文章在對礦井提升機運行環(huán)境分析的基礎上，提出一種礦井提升機鋼絲繩張力監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了鋼絲繩張力的實時監(jiān)測，現(xiàn)場應用也取得了顯著的應用成果。

1 工程概況

山西某礦布置有2臺JKMD-3.25-4(Z)型提升機，提升高度485.3 m，最大提升載荷16 t、最大提升速度7.15 m/s，提升機滾筒直徑2.5 m、寬度2.0 m，電動機為YBBP450M-10、功率280 kW。提升機運行采用的電控系統(tǒng)型號為YBBP450M-10。井筒內(nèi)采用的罐籠為兩層四車鋼軌道罐籠。

2 系統(tǒng)設計

鋼絲繩張力監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1，主要包括載荷傳感器、采集發(fā)射裝置、井口接收裝置、RS485/232轉(zhuǎn)換器及上位機等。文中借鑒以往研究成果，采用技術(shù)相對成熟的ZigBee無線網(wǎng)絡進行監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸，具體使用的芯片為CC2530。

圖1 張力監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

采集發(fā)射裝置將載荷傳感器獲取到的鋼絲繩張力值通過無線通訊方式傳輸給井口接收裝置；隨后采用有線傳輸方式傳輸給上位機；上位機內(nèi)嵌的軟件對數(shù)據(jù)進行處理后存儲、顯示，當發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)存在異常時會向報警器發(fā)出報警指令。當不需要采集數(shù)據(jù)時通過上位機發(fā)出“停止”指令即可。

采用有線鋪設方式存在布線繁瑣、后期維護困難等問題，文中提出采用無線傳輸方式實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸。鋼絲繩張力監(jiān)測系統(tǒng)需要重點解決的問題為：①鋼絲繩張力監(jiān)測結(jié)果如何傳輸給上位機；②如何精準監(jiān)測鋼絲繩張力[3]。

2.1 鋼絲繩張力傳感器位置確定

鋼絲繩是提升機的主要承載部件，用以帶動罐籠上下運行，承受較大的載荷作用。傳感器與鋼絲繩連接后不得影響提升機原有結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、損壞鋼絲繩或者降低鋼絲繩強度，合理地選擇載荷傳感器布置位置是首先需要解決的問題[4-5]。

為了實現(xiàn)提升機各鋼絲繩張力平衡，礦井采用JKMD-3.25-4(Z) 張力自動平衡裝置，見圖2?？沙浞掷脧埩ψ詣悠胶庋b置結(jié)構(gòu)特點，將載荷傳感器置于張力自動平衡裝置連通油缸與墊塊間，具體布置位置見圖3[6-7]。通過載荷傳感器間接獲取鋼絲繩張力，從而避免載荷傳感器布置對提升機結(jié)構(gòu)或者鋼絲繩強度造成影響。

圖2 張力自動平衡裝置結(jié)構(gòu)

圖3 載荷傳感器布置位置

2.2 載荷傳感器類型選擇

現(xiàn)階段載荷傳感器類型多樣，應根據(jù)提升機工作環(huán)境選擇實用性最強的載荷傳感器。不同類型載荷傳感器具有不同的特點，應根據(jù)礦井提升機工作環(huán)境需要進行優(yōu)選。其中壓電式、電感式載荷傳感器抗干擾能力不強，難以適應煤礦井下復雜、惡劣環(huán)境需要；其他的磁電感式、電容式、光纖式等載荷傳感器則存在量程小、技術(shù)不完善等弊端，難以滿足提升機鋼絲繩張力監(jiān)測需要。綜合分析后，最終選擇應變式載荷傳感器，傳感器中的彈性元件采用輪福式結(jié)構(gòu)，見圖4。

圖4 輪福式彈性元件結(jié)構(gòu)示意

3 系統(tǒng)測試

為了測試鋼絲繩張力監(jiān)測系統(tǒng)效果，對該系統(tǒng)進行了安裝、調(diào)試。在數(shù)據(jù)傳輸時應盡量避免天線遮擋無線信號發(fā)射裝置，在后續(xù)監(jiān)測過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸可靠性較強，具體監(jiān)測結(jié)果見圖5。

圖5 提升機不同工作狀態(tài)下鋼絲繩張力監(jiān)測結(jié)果

從監(jiān)測系統(tǒng)運行情況可以看出，該系統(tǒng)后續(xù)運行平穩(wěn)，監(jiān)測結(jié)果可真實反映鋼絲繩張力變化情況并與提升機運行規(guī)律相吻合。

4 結(jié) 語

1) 根據(jù)提升機結(jié)構(gòu)特點，提出了一種鋼絲繩張力監(jiān)測系統(tǒng)，并通過在張力自動平衡裝置平衡襯墊上布置壓力傳感器對襯墊壓力進行測定，從而定量獲取鋼絲繩張力。測定結(jié)果采用無線方式傳輸，從而簡化了張力監(jiān)測系統(tǒng)布置難度。

2) 總結(jié)歸納了常見的載荷傳感器類型，并根據(jù)提升機工作環(huán)境具體選用應變式載荷傳感器進行鋼絲繩張力測定。

3) 現(xiàn)場應用后，提出的鋼絲繩張力監(jiān)測系統(tǒng)運行平穩(wěn)，可實現(xiàn)對鋼絲繩張力的實時監(jiān)測。當發(fā)現(xiàn)鋼絲繩存在過載或者張力不均衡時，監(jiān)控系統(tǒng)會發(fā)出報警信息，作業(yè)人員可以及時處理，從而可在一定程度上增加提升機運行安全保障能力。