多绳摩擦式提升机防滑装置的设计

多绳摩擦式提升机防滑装置的设计

摘要：摩擦式式提升机在工作过程中存在滑动事故的发生，由此会引起一系列的严重后果。为尽可能消除滑动现象以提高设备工作的可靠性，在对现场所用的摩擦提升机进行介绍的基础上，提出了基于PLC的防滑装置的结构设计以及滑动实时监测系统的实现。最后给出滑动现象发生后应该采取的制动措施，具有一定的实用价值。

关键词：摩擦提升机；防滑；PLC

引言

提升机是井下矿山使用最为关键的机械设备之一，在多种矿山的立井、竖井提升系统中应用广泛。其主要任务是完成人员、物料及设备的提升并协助工作人员完成升降作业。目前应用较为普遍的提升机主要有摩擦式及缠绕式两类，由于多绳摩擦式提升机的安全系数高、所用钢丝绳的直径相对较细、设备的体积及质量较小且成本较低，因而在矿井作业中的应用日益广泛。随着单井提升产量的增加，单机功率不断增大，加上国内摩擦式提升机的技术及维护水平的限制，导致制动失效、滑动多项严重事故的发生。对防滑装置进行分析研究，并实现对滑动的实时监测对于保证摩擦提升机工作的可靠性至关重要。

1.摩擦提升机的现场应用

摩擦式提升机工作时由电动机驱动一系列的机械设备，然后利用钢丝绳和摩擦衬垫间相互作用而产生的摩擦力带动容器在井筒中上下运动以达到提升、下放目的。武山铜矿新南副井系统承担着我矿南矿带人员、材料及废石的提升任务。所用提升机型号为JKM-1.85X4（1）C型多绳摩擦式提升机，主电机型号为ZK3-400L，功率为250kw；减速器型号为TN647XP800Z-3，最大提升速度达6.6m/s，一侧为平衡锤，另一侧为单罐运行。罐笼为5#单层双车罐笼，型号为YJGG-4-1，断面为4000X1450mm的多绳罐笼，四根首绳，首绳直径为22mm，首绳型号6V×24+7FC，φ22；尾绳二根，其直径为31.5mm，尾绳型号18×7+SF，φ31，抗拉强度为1670N/mm2，表面ZS，绳长为550m，罐道为钢质罐道，井架为砼结构。为避免由于该摩擦式提升机的滑动而带来重大事故，需要对滑动参数进行实时的监测并及时采取有效的保护措施。

2.防滑装置整体设计

摩擦式提升机的防滑装置主要由电控监测系统、液压系统、回油保护系统、及钢丝绳制动系统组成，整体的结构如图1示。电控系统的构成包括光电编码器、PLC控制器、显示器及不间断电源，主要完成对其它部分的监测与控制。光电编码器用来采集摩擦轮、导向轮的滑动速度信息；PLC控制器用来接收并处理处理数据信息，并发出相应的控制指令；显示器用于显示监测对象的控制参数以便于操作人员工作；不间断电源可使控制系统在停电状态下持续运行。液压系统的动

力源选用蓄能器以缩短响应时间，还需给蓄能器设置合理的工作压力，使得蓄能器压力处于该值以下时，由液压泵给蓄能器供油。在达到设定值后，则停止供油。为增强防滑装置工作的安全可靠性，将回油路堵塞保护装置安装到制动液压系统中，其原理是在盘式制动装置液压系统回油堵塞时能够通过旁路实现回油。钢丝绳制动机构用来消除发生因摩擦系数减小及超载而产生的滑动。在设计过程中考虑到要在发生钢丝绳摆动的情况下，不触碰制动机构、尽量降低磨损、达到要求的绳间距离并且方便维修调试的因素，选定平面式制动机构。采用液压系统控制制动力大小，制动副选用相互啮合的提醒齿结构以及高性能耐磨制动材料以保证制动系统的可靠性。

3.滑动实时监测系统的实现

监测系统利用编码器和各种传感器进行信号采集并传递到现场PLC控制器，通过控制器的运算处理对危险滑动的趋势进行判断，然后控制钢丝绳制动机构的动作。在这个过程中，控制器对于发生滑动进行判断的过程非常重要。在摩擦提升机工作时，利用编码器所测得的摩擦轮速度与导向轮速度的绝对差值与所设定的滑动速度值比较判断是否发生滑动。如果所得差值大于设定值，则摩擦提升机发生滑动。经一段时间以后，测得速度差值，如果该值小于，则表明提升系统处于安全滑动，会由电控系统报警提示。否则，表明滑动呈加剧趋势，为危险滑动。

4.防滑装置的制动措施

在实时监测系统得出提升机发生危险滑动的结论后，立刻使安全回路停电，然后利用盘式制动机构达到可靠制动的效果。在执行机构产生危险滑动初始时刻，由相应的电液阀控制钢丝绳制动系统，将制动力施加到滑动的钢丝绳上。然后利用PLC模拟量闭环自动控制系统，由PLC处理编码器采集的制动前后的速度数据，同时采用PID算法获得两次采集数据的误差值。最后依据运算结果来判断滑动状态。若滑动速度降低，则利用PLC模拟量输出控制电液比例阀与溢流阀动作调节对制动系统所施加的制动力大小。如滑动速度增加，则同样利用PLC模拟量输出控制电液比例阀与溢流阀动作使得对制动系统施加的制动力增大。利用PLC模拟量闭环自动控制系统以及PID算法能够有效地阻止钢丝绳制动系统在滑动速度降低时，由于所施加的制动力作用导致的钢丝绳损伤。

5.结束语

结合摩擦式提升机在矿山生产作业现场的应用情况，上述设计可以有效地对滑动进行实时监测，并能在产生滑动的状态下利用显示器将钢丝绳的滑动速度显示出来，同时给出滑动报警信号以提醒工作人员注意。此外，防滑装置的制动措施能够在产生滑动时有效制动。PLC模拟量闭环自动控制系统对钢丝绳具有良好的保护作用，缩短了维修时间。

参考文献：

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