多绳摩擦式提升机天轮游动轮偏移监测

【摘要】多绳摩擦式提升机天轮采用轴瓦结构，各轮毂分为一个固定轮和多个游动轮。由于天轮安装位置较高，大部分运转时间没有人员观察转动情况。天轮作为一种转动设备，其自身质量较大、负重较重，而且露天使用，易出现机械损伤。若不及时发现，将造成颠覆性生产事故。采用天轮游动轮偏移的监测，通过接近开关，当游动轮偏摆过大时，能够及时监测到天轮运行异常，进而发出报警，提示检修人员上天轮查看，避免了较大事故的发生，确保了提升系统安全稳定的运行。

【关键词】偏移量；传感器；实时监测。

引言

多绳摩擦式提升机天轮均安装在井架上，一般距地面20-50米。天轮轴承采用轴瓦结构，四个轮毂分为一个固定轮和三个游动轮组成。固定轮与轴承之间安装有楔铁，确保与主轴同步；游动轮与主轴采用轴瓦结构连接，游动轮可在主轴上游动；游动轮外侧装设有卡箍固定，防止游动轮沿轴承方向外窜。卡箍采用M24高强度螺母、螺钉固定。由于天轮安装较高，大部分运转时间没有人员观察转动情况。天轮作为一种转动设备，其自身质量较大、负重较重（主提升钢丝绳和尾绳自重、罐笼重量以及载荷重量之和，至少在100吨以上），而且露天使用，易出现机械损伤。比如轴瓦磨损，导致游动轮在轴承上旷动；固定轴瓦的沉头螺栓断裂，轴瓦松动外窜；游动轮外侧卡箍螺栓断裂，游动轮外窜，等等。当天轮游动轮因为机械损伤摆动较大时，提升机运行将受到极大影响。若不及时发现，轻者提升机四根钢丝绳受力不一致，主要受力的钢丝绳损伤严重，同时系统振动，运行不稳定；重者出现主提升钢丝绳掉槽，提升容器在井筒内卡罐，提升机电机堵转，造成颠覆性生产事故。因此，监测天轮运行期间的游动轮摆动情况意义重大。

1天轮游动轮偏移的监测思路

天轮安装方式是从固定轮起到最后一个游动轮依次穿入主轴后，在最外侧游动轮外部用卡箍固定。天轮固定轮和游动轮正常情况下是紧密排列的。若天轮游动轮因磨损等原因出现摆动，则最外侧的游动轮摆动幅度最大，而摆动幅度最大的位置为最外侧游动轮外侧绳槽处。因此，在此处进行实时监测，就能直观的反映出天轮各游动轮的偏移状态。当游动轮在轴向上摆幅过大时，发出报警指令。检修人员立即到现场检查，及时采取补救措施维修，防止事故扩大化。

如图2所示：

图中：450mm为天轮轴承半径；2300mm为游动轮外轮半径。

如图3所示，当轴承处位移5mm时，经过计算游动轮外圆位移约放大到25mm。因此，在外侧绳槽处固定托架、安装传感器，监控其运行轨迹，可以进行精确、有效监测，同时避免因距离过小导致传感器误动作。

2天轮游动轮偏移的监测实施

天轮游动轮偏移的监测由天轮平台装设得传感器和提升机房增加电源模块、自保持继电器和报警指示灯两部分组成。

2.1天轮平台装设传感器

采用图尔克（TURCK）接近开关作为所选用的传感器（型号：Ni40U-CP40-AP6X2）。該传感器动作原理为，当有铁器接近传感器顶端感应头50mm以内时，传感器动作。

此传感器接线方式如下：1#接线端子接24V直流电源正极，3#端子接24V直流电源负极；4#端子和24V电源负极共同组成传感器感应回路，控制提升机房自保继电器，进而输出报警。

防水处理：由于此传感器需露天装设，要进行防水处理。将传感器接好线后，放入瓶口剪开的矿泉水瓶中。传感器头部插入瓶底，在尾部接线口用挡板挡住，利用电缆冷补胶将传感器尾部至矿泉水瓶口一段灌实（非整个矿泉水瓶灌实），从而达到防水的目的。

在天轮平台合适位置焊接传感器支架，将接线完毕、经过防水处理后的图尔克（TURCK）接近开关装设在传感器支架上，使得传感器顶端正对最外侧游动轮外圈绳槽，且位置合适。

①24V继电器接线端子13、14为继电器线圈。13接至传感器端子4；14接至电源模块输出负端。

②24V继电器接线端子4、8 为继电器常开点。将4串联复位按钮后，接至电源木模块正端，8接至24V继电器13号端子（线圈的正极）。

③24V继电器接线端子1、5 为继电器常开点。将其与电源、报警指示灯串联。

当天轮接近开关动作后，24V继电器动作，并通过其自身的常开点（4、8）保持动作状态，此时报警指示灯常亮。当接近开关动作解除后，按下复位按钮，此时报警指示灯熄灭，解除报警。

3使用接近开关进行天轮游动轮偏移监测的创新点

①监测方式精确。

采用从游动轮外圈绳槽处测偏摆量方式，可以将轴承处的摆动幅度放大（经实际计算，放大约5倍），能够非常容易的发现摆动异常情况，监测方式精度高，避免误动作情况发生。

②传感器选型得当，防水处理效果好。

使用图尔克（TURCK）接近开关作为监测传感器，精度高、动作灵敏、运行稳定可靠，维护量极小。采用传感器套塑料瓶，并在尾部灌电缆冷补胶（非整个瓶子灌满冷补胶）形式，能够有效避免传感器进水引起的短路等情况发生，同时能够保证传感器正常工作时的散热需求，提高传感器使用寿命

③报警方式选取简单

在提升机房制作自保持继电器，以此带动提升机房报警指示灯。可精确捕捉非持续的报警信号。提升机房只有在报警信号解除的条件下，按下复位按钮，才能消除报警指示。

④结构简单，易维护

本监测装置结构简单，接线容易，便于设备检修。

4使用效益

天轮游动轮偏移监测装置的应用，能有效避免重大事故发生，具有明显的经济效益与安全效益：

安全效益：当提升机天轮轴承出现问题时，轴向摆动监测装置能够及时发现并发出持续报警，检修人员有充分事件进行维修。此种方法能够有效避免故障扩大化，造成天轮游动轮轴瓦外窜、提升钢丝绳掉槽、提升容器卡罐、主电机堵转等重大安全事件发生。

经济效益：提升机新天轮设备费在160万元左右（不含安装）。采用此种方法，能够有效避免设备损伤，节约设备购置费用160万元。

参考文献

[1]邱宣怀 等. 《机械设计》 ：高等教育出版社，2007.8.

[2] 樊尚春 . 《传感器技术及应用》 ：机械工业出版社，2010.10.

作者简介：毛玉虎（1986—），安徽人，现任淮南矿业集团潘一矿保供队书记。合肥工业大学土木工程系毕业，现从事煤矿提升机技术管理工作。