矿井提升机液压制动装置在线监测系统的改造

2018-08-26孟园泰

机械管理开发 2018年8期

孟园泰

（山西阳煤集团五矿，山西阳泉 045000）

1 改造背景

阳煤集团五矿副立井担负着运输人员和物料的作用，井筒约深256m，采用JKD×2.8摩擦式提升机进行提升。原有的闸瓦间隙监测装置为外置式传感器，容易出现固定松动、测量不准确和误报警的情况，而且无法测量盘式制动器制动力矩，所以需要对其进行改造。制动系统由液压站、盘式制动器和滚筒闸盘组成，靠油压松闸合闸，由盘式制动器蝶簧产生制动力，作用对象是被制动的滚筒闸盘。液压站、盘式制动器和滚筒闸盘之间任一个环节出现故障都会导致设备失去制动功能，而盘式制动器是各种制动保护的最后环节，如出现故障会导致机毁人亡重大安全事故发生。因此，新《煤炭安全规程》针对盘式制动器制订了一系列的规定。

2 改造技术构思及实施方案

该矿副立井提升是矿井生产中的重要环节，井下所需物资的运送及人员的上、下井等都是通过副立井提升机运行实现的，所以提升机的安全运行是整个矿井安全生产的枢纽。保证系统正常工作的途径一是设置闸间隙监测及过压保护装置并通过安全回路控制实现安全制动；二是提高制动系统制动力。

盘式制动闸的闸瓦与制动盘之间的间隙大小，作用于闸盘上的制动力的大小是否满足3倍静力矩的要求及液压站油压值等参数，直接影响到提升机的制动性能，因此对3种参数进行判断和在线监测，保证提升机制动性能可靠和稳定，是判断提升机安全标准的主要依据。结合新《煤炭安全规程》的要求及矿井实际生产情况需要，该矿对副立井提升机液压制动装置的上述3种参数的在线监测进行改造。

2.1 硬件部分

2.1.1 液压站油压监测

根据煤矿在用摩擦式提升机系统安全检测检验规范AQ 1015—2005中的标准规定：液压站的调压性能应良好且液压站最高油温不超过70℃。液压站是制动器的驱动机构，其作用为：一是工作制动时，根据所需制动力矩，调节工作油压，为各制动闸提供压力实现松闸；二是安全制动时，迅速回油，并实现二级制动。因此液压站正常运行决定了提升机的安全运行。通过在液压站管路安装油压传感器和安全制动回油时间监测装置，根据监测数据诊断回油路的畅通和堵塞情况，确保盘式制动器制动可靠；通过在液压站上安装温度传感器，监测油温，防止油温超限。

2.1.2 闸间隙监测

根据《煤矿安全规程》第四百二十六条规定：盘式制动闸空动时间不得超过0.3 s；盘形闸的闸瓦与闸盘之间的间隙不得超过2mm。第四百二十三条规定：当闸间隙超过规定值时，能报警并闭锁下次开车。所以提升装置应设闸瓦间隙保护装置，保护装置应实时监测闸间隙、闸偏摆量、闸的开合状态等参数，并自动报警或控制系统连锁。针对闸瓦间隙监测，采用电涡流位移传感器来检测闸瓦和制动盘之间的间隙，将非接触式闸间隙传感器安装在每个闸瓦上，以滚筒闸盘为基准，使闸盘两侧的闸间隙应调整相等偏差不超过0.1mm、闸间隙的最大值不超过2 mm，新装的闸间隙传感器不但不接触制动盘故使用寿命长，而且测量精度很高。针对闸偏摆量监测，我们在闸上安装一个非接触式闸间隙测量传感器，以滚筒闸盘为基准，实现闸盘偏摆量的监测，使其在使用前制动盘端面跳动不大于0.50mm，使用过程中不大于1mm，从而避免制动力矩不足、闸瓦磨损过快等不良后果。针对闸的开合状态监测，我们通过在罐笼即将走到井口时实施紧急制动，在线监测并记录从安全紧急制动信号发出到闸间隙刚为零的时间，确保闸盘动作灵敏，其显示的实际动作时间小于0.3 s。

2.1.3 制动力矩在线监测

提升机制动器制动效果由制动力矩的大小决定，在线监测制动力矩是保证制动器制动性能最直接有效的办法。煤矿在用摩擦式提升机系统安全检测检验规范AQ1014-2005中规定：提升机的盘式制动器制动时，产生的制动力矩与实际提升最大静载荷旋转力矩之比值K不得小于3。2016版《煤矿安全规程》规定：计算制动力矩时，闸盘和闸瓦的摩擦系数应当根据实测确定，采用系数为0.3～0.35。我们先采用高精度压力传感器测试提升系统的制动正压力N，再通过测量装置测量制动力矩和已监测的制动正压力计算出摩擦系数f，最后根据公式M=Nfr计算任一个制动闸的制动力矩Mi，r为制动盘的制动半径。若制动器有n个盘式制动器，则总制动力矩为n个盘式制动器制动力的总和。由于摩擦系数f随制动盘和闸瓦之间的磨损、粗糙度、附着物等变化，所以制动力矩M的实时监测值也会出现相应变化，从而实现了每个制动闸的制动力矩和总制动力矩的在线监测。经试验，调整制动闸制动正压力使之满足K值大于3的要求后再允许开车。

制动正压力是指盘式制动器抱闸时，制动力由碟簧产生。由于盘式制动器抱闸时油压为零，用抱闸油压的测量方法测制动正压力误差很大，且在线监测抱闸油压不可能实现，所以我们采用直接监测制动正压力来代替测量抱闸油压，并用于判断碟簧的疲劳度和断裂情况。为此，我们通过依靠制动正压力传感器使原制动器实现了直接监测制动力的功能，而不改变原制动器性能和其他零件的结构，并将正压力传感器安装于盘式制动器内。改造前后制动器正压力监测原理对比示意图如图1。

2.2 软件部分

通过LabVIEW运行引擎系统，运行“矿井提升机液压制动装置安全运行在线监测系统.exe”。

该在线监测系统是利用西门子S7-200系列可编程控制器及精密传感器来实现对副立井提升机的液压制动系统在线监测，并动态显示数据。进入监测主界面以后，便可以使用系统对提升机制动系统相关参数进行直接查看。可以看到界面内由“系统监测，报警查询，过程趋势，系统调试，退出运行”操作部分组成。通过鼠标点击主界面“系统监测”按钮，可进入系统监测的主画面，可直接检查各个闸瓦的间隙值，最大间隙值，制动正压力值，油路的状态，系统的工作状态，以及闸瓦的开、合动作，各油路油管是否堵塞的显示。点击“报警查询”按钮，可对系统曾发生的故障情况进行手动查询。通过人工设置查询的时间段，系统便将此时间隔内发生的故障情况进行列表显示。点击“过程趋势”按钮，在屏幕上将显示测量的各闸瓦间隙和油压的变化趋势波形图。点击“系统调试”按钮，可进行查看和修改系统基本设置参数，包括各个故障产生的限定值、合闸次数、闸瓦间隙初始值和实测值的显示等。