一种高可靠常闭型斜井防跑车装置

一种高可靠常闭型斜井防跑车装置
1 装置组成和工作原理
该双余度常闭型斜井防跑车装置主要由PLC实现的控制器、减速吸能器、异步执行机构、拦车网门和测速与到位的5个传感等组成，如图1所示。

图1 斜井防跑车装置组成示意图
工作原理如下：当矿车以正常的速度到达距拦网门25 m左右的距离时，拦网门自动开启让矿车通过，当矿车全部通过后拦网门将自动放下关闭；如果矿车出现跑车或脱轨等情况时，由于拦车网门始终处于常关闭状态，将矿车柔性拦住，保证了井下工作人员和设备的安全。

双余度常闭型斜井跑车防护装置电气系统原理框图如图2所示，它主要由PLC控制器、PLC控制器接品板、电源变压器、电机控制主接触器、电机控制辅助接触器、三相电机和传感器A、B、C、E、F等组成。

其中PLC控制器是系统的控制核心，电源变压将为PLC 控制器提供正常的工作电压，三相电机将完成拦车网门的提升和放下操作。

传感器A、传感器B和传感器C安装于导轨上，见图1。

其中传感器A、传感器B一起完成矿车下行时测速功能，传感器B还完成矿车上行时通过车挡的判定。

传感器C用于矿车下行时发出放下拦车网门信号和矿车上行时发出上提拦车网门信号。

传感器E和传感器F分别用于拦车网门提升和放下到位判定，安装于门轴附近的钢板上。

PLC控制器接口板完成PLC控制器与电机控制的主、辅助接触器以及五个传感器间的信息交换和传递。

图2 基于PLC实现的双余度常闭型防跑车装置电气系统原理框图
整个系统工作过程如下：上电后，PLC控制器将产生24V的直流电，通过PLC控制器接口板使五个传感器处于待工作状态，PLC控制器将检测电机主控制接触器是否正常，若正常，电机控制辅助接触器就处于热备份状态，否则立即切断电机控制主接触器，使辅助接触器投入工作。

随后PLC将自动判别拦车网门是否下放到位，如果没有下放到位，执行机构将拦车网门自动下放到位。

当有矿车下行时，传感器A、B将矿车下行越过它们的时间信号传递给PLC控制器，PLC控制器将完成矿车速度是否正常的判定。

若矿车速度在正常的速度范围内，PLC控制将控制电机正转完成上提拦车网门操作；拦车网门上提到位后，传感器E将发出上提到位信号，PLC控制器将控制电机停止旋转；当矿车下行越过传感器C 后，传感器C将发出矿车下行通过拦车网门的信号，PLC控制器将控制电机反转放下拦车网门，放到位后传感器F将发出下放到位信号，PLC控制器控制电机停转，使门处于常闭状态；当矿车下行的速度超出正常工作速度或矿车脱轨时，PLC将控制电机不工作，处于常闭状态的拦车网门将矿车拦住，保障了斜井下部设备和人员的安全。

当矿车上行越过传感器C后，传感器C将发出矿车上行信号，PLC控制器接到该信号后，控制接触器上提拦网门；矿车过了B传感器后，B传感器将发出上行矿车越过拦车网门信号，PLC控制器控制电机放下拦车网门，完成一个循环。

由于某种原因，使防跑车装置供电系统停电，此时，如矿车处于井底车场，当供电恢复后，系统会自动完成矿车是上行还是下行的判定，保证了整个装置正常工作。

该防跑车装置的供电将和绞车控制回路实现互锁联动，即绞车通电，防跑车装置就通电工作；绞车断电，防跑车装置就断电停止工作。

绞车房安装有该防跑车装置的故障报警及门状态显示箱，显示箱将完成防跑车装置的系统故障报警功能。

该装置一旦出现故障，绞车房的故障报警显示箱立即给出报警信息，并且出现声光报警，通知绞车操作人员采取必要的措施。

2 技术特色
基于PLC实现的双余度常闭型斜井防跑车装置技术上最突出特点如下：
（1）航空双余度技术在该领域首次应用。

该装置中拦车网门的提升和放下操作是由三相电机完成的，而三相电机的正反转则是由交流接触器控制的，由于交流接触器工作频繁且工作电流较大，很易损坏，为了使整个装置可靠的工作，将航空领域常使用的双余度技术首次应用于该领域中，使问题得到了有效解决。

具体做法是：让电机的正反转由两组交流接触器控制，每组有两个接触器，一个是主接触器，一个是辅助接触器，辅助接触器在主接触器正常工作时处于热备份状态，一旦主接触器出现异常情况时，辅助接触器立即投入工作，保证系统继续运行，实现了双余度控制，提高了系统的工作可靠性，延长了系统的使用寿命，同时绞车房报警装置发出断续报警声，提醒专业维护人员尽快进行维护。

（2）该防跑车装置的拦车网门集刚性门和柔性门的优点于一体，具有反向自动破门功能。

当矿车正常通过拦车网门时，门将自动收起让矿车通过；当出现跑车时，矿车将冲击拦车网门使盘丝拦车网自动脱离实现拦截，拦车网在吸能器作用下，使矿车柔性减速直到完全停止。

而龙骨门框由于随车运动而翘起几乎不受外力基本无损伤，这样就消除了刚性门撞击一次就损坏的先天不足，且维护简单方便。

当矿车上行时，因某种原因拦车网门未收起，在矿车冲击下，门将被顶起完成反向自动破门使矿车顺利通过，克服了柔性门卡死矿车使绞索断裂，造成人为的跑车事故的致使缺陷。

该拦车网门吸收了刚性拦截和柔性拦截的各自优点又抛弃了他们的各自缺点，形成了独具特色拦车网门，使整个装置的可靠性进一步得到了提高。

（3）柔性拦截。

采用航母舰载机着陆的柔性减速技术设计而成吸能器，使该装置的拦车网门可对矿车实行柔性拦截，技术领先，吸能量大，将矿车的损伤程度降到了最低。

3 关键部件介绍
3.1 控制器
双余度常闭型斜井防跑车防护装置的控制器是整个装置的核心控制部件上，安装于900 mm×500 mm×150 mm净重约70 kg的防爆箱中，伺服机构是由电机控制主交流接触器和电机控制辅助交流接触器组成，实现双余度控制，为了提高系统的可靠性将其单独置于靠接线腔1的左控制腔内。

PLC可编程控制器、PLC控制器接口板及其电源变压器置于靠接线腔2的右控制腔内。

传感器电缆、声光报警电缆从接线腔2引出，控制器所需127V/50Hz电源和伺服机构所需交流电源由接线腔1引入。

防爆箱内部结构如图3所示。

图3 双余度常闭型防跑车装置防爆箱内部结构布局
3.2 减速吸能器
减速吸能器是该装置实现柔性拦车的关键部件，采用了舰载机着陆减速原理设计而成，吸能量大、吐绳短，吸力大小调节方便，且体积小巧、结构简单，安装方便，维护简单，可重复使用。

其结构示意如图4所示。

它主要有压簧、摩擦机构和绕绳方轴等组成。

摩擦机构是由随绳索一起旋转的可动摩擦钢片和不随方轴旋转的不动摩擦钢片交替叠放而成，为了使两种摩擦钢片能充分接触增大摩擦力，在两种摩擦钢片之间垫了一层可随方轴旋转的石棉摩擦片。

摩擦机构的摩擦力大小主要取决于压簧强度和压力大小，它决定了吸能器吸能大小和吐绳的长短。

拦车钢索固定且缠绕在方轴上。

当有跑车发生时，拦车网将从拦车网门上脱落，随车下行，拉动吸能器上钢索使方轴旋转，将矿车具有的运动能逐渐转化成吸能器磨擦机构的热能和压簧的势能，使矿车减速以至于最后停下来，实现了柔性拦截，将矿车的损伤程度降到最低。

图4 吸能器结构示意图
3.3 电源变压器
由于井下127V交流电起伏很大，而PLC控制器工作电压范围为100~240 V之间，为了确保整个装置的控制核心PLC稳定可靠工作，将127 V交流电经电源变压器变压为170 V 后送给了PLC，这样保证了127 V交流电源电压在75~175 V之间大幅变化时，PLC仍能正常工作，保证了整个装置可靠运行。

该电源变压器是控制箱的一个重要部件，为了确保装置安全可靠，变压器初次级线包之间必须隔离，且必须带屏蔽。

4 结束语
该装置主要应用于煤矿、金属矿山、非金属矿山等所有倾角在30°以下的单轨或双轨提升运输斜巷中。

该装置的突出特点就是安全可靠，使用维护方便。

已在新疆大洪沟煤矿、山东里彦集团新河煤矿、陕西韩城下峪口煤矿等多家煤矿安装使用，实践证明，其寿命长，性能稳定，可靠安全，值得进一步推广。