【導(dǎo)讀】是溝通井下生產(chǎn)與地面生產(chǎn)運輸?shù)募~帶。然后計算出提升機與井筒的相對位置以便于安裝。故障進行了分析與提出了預(yù)防措施。最后對提升機的制動部分與控制系統(tǒng)進行了總體設(shè)計。一旦發(fā)生事故，就會影響全礦生產(chǎn)，甚至導(dǎo)致全礦生產(chǎn)停頓。好的控制設(shè)備和保護裝置。行，預(yù)防和杜絕事故的發(fā)生，具有十分重要的意義。設(shè)備本身損壞，甚至可能造成機毀人亡的嚴(yán)重后果。事故約占整個提升事故的60%以上。底，造成了巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。目前，大部分礦山企業(yè)對礦井提升機采用預(yù)防維修的方法。部零件可靠性下降程度。復(fù)雜設(shè)備的偶然故障是不可避免的，所以計劃預(yù)防維修制度已不適。設(shè)備運行狀態(tài)的好壞來安排檢修工作，這種方法稱為預(yù)知維修。須建立礦井提升機的實時監(jiān)測和診斷系統(tǒng)。我國已能自行設(shè)計并能成批生產(chǎn)系列的大型的近代礦井提升機械。

　　

【正文】 條件 ,因此 ,應(yīng)根據(jù)實際情況 ,認(rèn)真研究 ,正確選用 ,真正做到技術(shù)上先進 ,經(jīng)濟上合理。 礦井提升機控制系統(tǒng)設(shè)計 第 32 頁 共 43 頁 提升機 PLC控制系統(tǒng) 為 保障礦井提升機的安全可靠運轉(zhuǎn)，絕大部分礦井提升機都安裝了提升機綜合后備保護，以保障礦井提升機的安全運行。但是，據(jù)有關(guān)部門調(diào)查統(tǒng)計，全國大部分礦井提升機綜合保護都存在著抗干擾性能低、保護不穩(wěn)定、誤動作多等缺陷，不少礦井雖然安裝了提升機后備保護，但只是為了應(yīng)付上級部門檢查，平時只起監(jiān)視作用，檢查時才投入安全回路，行同虛設(shè)，是礦井提升機運行的重大安全隱患。因此，研究開發(fā) 性能可靠的礦井提升機綜合保護顯得尤為重要。 速度 — 行程數(shù)據(jù)的采集與處理 礦井提升機運行時，與主驅(qū)動電機軸相聯(lián)的速度 — 行程傳感器與電機同步轉(zhuǎn)動。驅(qū)動電機每轉(zhuǎn)動一周，輸出若干個 AB相脈沖，分別加到 PLC 高速計數(shù)器的輸入端，高速計數(shù)器獨立于 PLC 的 CPU ，能掃描高速脈沖，并存儲到指定的寄存器中，由 PLC 根據(jù)速度 — 行程傳感器輸出的 A 、 B脈沖的相位，自動確定計數(shù)器的加、減計數(shù)方式，再根據(jù)礦井提升機與提升機滾筒的傳動比、電機轉(zhuǎn)速、滾筒直徑，計算出提升容器的位移，從而計算出提升深度。 速度檢測與顯示 高速計數(shù)器對速度 — 行程傳感器輸出的 A 、 B相高速脈沖進行計數(shù)， CPU 對高速計數(shù)器以恒定的門間隔 ? （一般設(shè)定為 100ms ）反復(fù)復(fù)位，高速計數(shù)器在門間隔時間 ? 內(nèi)的計數(shù)值為a? ，每個脈沖相應(yīng)的行程為 S? ， 則提升容器的即時速度為 fV 。 fV S a ??? ? 其檢測精度可達 1cms ；速度的顯示采用三位 LED 數(shù)字顯示，顯示范圍 0~，顯示精度 。 行程檢測與顯示 由速度 — 行程傳感器輸出的 A 、 B相高速脈沖數(shù) a ，被送到高速計數(shù)器進行相位比較后，確定加、減法計數(shù)運算，由高速計數(shù)器的累加寄存器進行累計。每個高速脈沖的脈沖當(dāng)量為S? ， 則提升容器的行程 S 為 S a S?? 提升行程分辨率 S? 為 1mm ， 提升行程用四位 LED 顯示，顯示范圍為 0~ 自動減速 礦井提升機運行到減速階段 時， PLC 按照預(yù)先設(shè)定的提升過程參數(shù)，在規(guī)定的行程位置華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 第 33 頁 共 43 頁 發(fā)出減速指令，由輸出繼電器執(zhí)行。在 PLC 內(nèi)， 4 個 32位數(shù)字比較器組成 2個比較窗口，對行程進行比較。減速點分為正向和反向減速，一旦行程數(shù)字在預(yù)置的比較窗口內(nèi)且方向正確，比較器輸出減速點信號，減速繼電器動作，使驅(qū)動電機減速進入低速爬行階段，減速點指示燈在減速比較窗口內(nèi)一直閃亮。 速度保護 礦井提升機運行時， PLC 根據(jù)其行程 S，確定其所處的保護區(qū)域。 PLC 內(nèi)預(yù)置了 ? ?V f s?運行函數(shù)，也就是電子凸輪板。將預(yù)置的行程 — 速度關(guān)系與實際的行程 — 速度相比較，進行速度保護。 等速階段超速保護 在等速運行段，若提升機速度超過 0V 的 15%時， PLC 的超速指示燈亮。同時，安全繼電器動作，切斷提 升機安全控制電路。 減速階段限速保護 當(dāng)提升機進入到減速段后，其速度應(yīng)按如下函數(shù)規(guī)律變化。即 ? ?2 12geV V aS?? 式中 eV —— 提升機的額定速度 1S —— 設(shè)定的減速行程 gV —— 減速段任一點的給定即時速度 若提升機即時速度 tV 超過給定速度 10%geVV? 也 即 10%t g eV V V? 時， PLC 減速段的超速指示燈亮，同時安全繼電器動作，切斷安全回路，實現(xiàn)安全制動。 爬行階段限速保護 設(shè)定提升機爬行段的運行速度不得超過 2ms，當(dāng)提升機運行到爬行段后，若運行速度超過 2ms 時， PLC 爬行段的超速指示燈亮，安全繼電器動作，切斷安全回路 ，實現(xiàn)安全制動。 過卷保護 過卷保護是礦井提升機所有保護中的最后一道安全保護，在礦井提升機前面的安全保護失靈后，過卷保護發(fā)揮作用，實施安全保護。 PLC 實施過卷保護的步驟為， PLC 對速度 — 行程傳感器輸出的 A、 B 相脈沖進行累計，在比較器中分別預(yù)置正、反向過卷保護的設(shè)定動作值。當(dāng)提升容器超過正常停車位置 ，過卷保護指示燈亮；安全繼電器動作，提升機實礦井提升機控制系統(tǒng)設(shè)計 第 34 頁 共 43 頁 現(xiàn)安全制動。 此外，還有防倒轉(zhuǎn)保護、錯向保護、深度 指示器失效保護、卡箕斗保護、信號閉鎖功能、罐籠到位自動停車功能、提人、提物自動切換功能、故障狀態(tài)記憶功能、組態(tài)功能、自檢功能等。 制動力矩的診斷準(zhǔn)則 目前我國煤礦由于提升機制動系統(tǒng)故障而發(fā)生重大事故的例子很多，而制動系統(tǒng)故障大部分是由于制動力矩的故障而引起的。制動力矩的故障大致可分為制動力矩過大或過小，因此，對于制動力矩的診斷 ,就是要選擇制動力矩倍數(shù) K 的范圍： 緊急制動時制動力矩倍數(shù)的 Kz 的確定 緊急制動時制動力矩 Mz應(yīng)大于 3倍靜負(fù)荷所形成的靜力矩 Mj 即 : jZ MM 3? 式中： 3( )2j Q P H DM ??? 式中： Q— 一次提升載荷重量 P? 一 鋼絲繩單位長度重量 。 若用通式 jzz MKM ? 表示時，則有 :jzz MMK ? 故 : 3?zK 下放貨載緊急制動時制動力矩倍數(shù)的確定 下放貨載緊急制動時減速度要求 as不小于 , 下放貨載力矩的平衡力方程為： jxdz MMM ?? 式中： ?? 2* DmaM xd ， ?m 為提升系統(tǒng)的總變位質(zhì)量。 而 2/ smas ? 。將上述數(shù)值以及公式代入，得 ? ??? 2)(2* DHPQDmM kz ，若有通式 jzz MKM ? 表示時，可以得到： 2)(2)(2*DHPQDHPQDmKkkz ???? ? 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 第 35 頁 共 43 頁 即 ???? HPQ mKKz 上提貨載緊急制動時制動力矩倍數(shù) Ks 的確定 上提貨載緊急制動時制動減速度 as 2/5 sm? ，上提貨載力矩的平衡方程為：z sd jM M M?? 式中： ??2* DmaM ssd，而 2/5 smas ? ，由此可得： 15 ??? ? HPQ mKks 對于提升系統(tǒng)，制動力矩倍數(shù) K必須同時滿足上述討論的幾種工況下對 K值的要求，因此只要具體計算出 zK 、 xK 、 sK 后，即可得出 K值范圍，若實際制動力矩的倍數(shù)在確定的 K值范圍內(nèi)，則實際所產(chǎn)生的制動力矩一定滿足《煤礦安全規(guī)程》對提升系統(tǒng)制動性能的要求。 PLC 礦井提升機綜和保護裝置的特點 （ 1）綜合保護裝置采用可編程序控制器 PLC 抗干擾能力強，編程可用梯形圖，程序修改方便，價格低，使用方便。 （ 2）該裝置不但是提升機的后備保護，而且是提升機控制系統(tǒng)的一部分，是對現(xiàn)有提升機控制系統(tǒng)的補充和完善，如信號閉鎖功能、罐籠到位自動停車功能、減速點控制功能等。 （ 3）該裝置能夠按提升信號自動區(qū)分提人和提物兩種不同的提升方式，并能按兩種不同的提升方式，分別對提升機進行自動控制和保護。 （ 4）該裝置可同時進行運行和事故記錄，自動記錄并儲存 10000 次提升工況信息。 （ 5）該裝置擴展能力強，隨著管理水平和安全要求的提高，以及互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的日益拓寬，該裝置可以方便地擴展建立提升機故障診斷系統(tǒng)，實 現(xiàn)提升機故障的自動診斷；也可以與互聯(lián)網(wǎng)連接，實現(xiàn)提升機運行遠程自動監(jiān)視、控制、故障診斷和保護。 礦井提升機綜合保護裝置的硬件設(shè)計 PLC 礦井提升機綜合保護裝置由可編程序控制器 PLC 、速度 — 行程傳感器、深度指示器失效傳感器、井口罐籠位置校正開關(guān)、 PLC 數(shù)據(jù)顯示器、輸出繼電器和電源等組成。 PLC礦井提升機綜合保護 裝置的結(jié)構(gòu)框圖 詳見圖 61。 礦井提升機控制系統(tǒng)設(shè)計 第 36 頁 共 43 頁 圖樣不清，打印效果不好 圖 61 PLC 礦井提升機綜合保護裝置結(jié)構(gòu)框圖 軟件系統(tǒng)程序設(shè)計 軟件系統(tǒng)程序根據(jù)所完成的功能不同，主要有自檢與初始化程序、數(shù)據(jù)檢測、采集與處理程序、控制系統(tǒng)程序、安全保護系統(tǒng)程序、顯示與報警程序、鍵盤控制程序等子程序系統(tǒng)組成。這些子系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)文件的共享與調(diào)用，構(gòu)成一個有機的整體，完成 PLC 礦井提升機綜合保護裝置的數(shù)據(jù)檢測、采集、處理、數(shù)據(jù)交換、控 制與保護、顯示和報警等，詳見主程序 流程圖 62 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 第 37 頁 共 43 頁 圖 62 程序流程圖 現(xiàn)場應(yīng)用及效果 該綜合保護裝置自研制成功，已在徐州礦務(wù)集團三河尖煤礦、詫城煤礦和江蘇天能集團等多家煤礦的主提升機上推廣應(yīng)用。目前，裝置已正常運行 2年多，取得了良好的效果?，F(xiàn)場反饋的信息表明，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，采用模塊化結(jié)構(gòu)，維護量小，調(diào)試方法簡單，現(xiàn)場 工程技術(shù)人員易于掌握，提升工藝變化時，可按要求隨時修改參數(shù)或程序，設(shè)定參數(shù)穩(wěn)定，抗干擾能力強，動作可靠，完全達到了《煤礦安全規(guī)程》有關(guān)條款的要求。深受現(xiàn)場工程技術(shù)人員、絞車司機和 管理維護人員的歡迎。該裝置的研制成功和使用，對保證提升機安全運行、降低提升運輸事故提供了科學(xué)可靠的技術(shù)手段，收到了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。 礦井提升機控制系統(tǒng)設(shè)計 第 38 頁 共 43 頁 提升機常見故障分析 礦井提升機下墜現(xiàn)象的理論分析 對于礦井提升機 ,負(fù)載性質(zhì)是位能負(fù)載。在提升重物時 ,若在發(fā)出速度給定信號的同時又馬上松開機械閘 ,相當(dāng)于突加一個負(fù)載。此時 ,會出現(xiàn)提升容器下墜現(xiàn)象。下墜現(xiàn)象嚴(yán)重時會導(dǎo)致錯向監(jiān)視電路動作而實施緊急抱閘停車 , 影響提升機的運行安全 , 如淮南潘一礦主井提升機就出現(xiàn)開車下墜現(xiàn)象。目前 ,現(xiàn)場操作人員解決下墜 現(xiàn)象的方法是在發(fā)出速度給定信號的同時逐漸松閘。雖有一定效果 ,但不能完全解決問題。因為不同的負(fù)載要求松閘的速度是不同的 ,司機很難知道每一次提升量的大小。要解決這個難題 ,首先要弄清楚提升機下墜現(xiàn)象的機理。提升機的下墜與速度給定信號的性質(zhì)、裝載量的大小以及拖動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案有關(guān)?，F(xiàn)將研究結(jié)果作如下論述。 對于晶閘管變流器供電的直流提升機電控系統(tǒng) ,有兩種解決方案 ,即電樞換向拖動方案和磁場換向拖動方案 ,現(xiàn)在以電樞換向系統(tǒng)加以論述。 電樞換向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖及動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 圖 2 所示。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 第 39 頁 共 43 頁 電流環(huán)的作用之一是快速跟隨 , 所以電樞電流環(huán)按二階典型系統(tǒng)進行校正。由于 Toi 和Ts 與 TL相比差一個數(shù)量級以上 ,可作為小慣性環(huán)節(jié)處理 ,合并為一個慣性環(huán)節(jié) , 其時間常數(shù) TΣ i = Ts + Toi = 。簡化后的電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 3 所示。 經(jīng)過提升電動機的一些參數(shù)計算（略），可得出以下結(jié)論： (1) 提升機在松閘起車時出現(xiàn)的下墜現(xiàn)象與裝載量的大小有關(guān)。裝載量越大 ,下墜現(xiàn)象越嚴(yán)重。 (2) 下墜現(xiàn)象與速度給定信號有關(guān)。 S 形信號給定比斜坡信號給定產(chǎn)生的下墜現(xiàn)象嚴(yán)重。 (3)不同的系統(tǒng)下墜現(xiàn)象的嚴(yán)重程度也不相同。 磁場換向系統(tǒng)因為比電樞換向系統(tǒng)多了一個具有較大時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié) ,故而下墜現(xiàn)象比電樞換向系統(tǒng)要嚴(yán)重得多。 綜上所述 ,可知提升容器下墜的程度與負(fù)載的大小、速度給定信號性質(zhì)以及控制電路的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。 單繩纏繞式礦井提升機主軸裝置常見故障原因分析 卷筒筒殼開裂 由于該產(chǎn)品卷筒結(jié)構(gòu)系薄壁強支結(jié)構(gòu)，筒殼厚度很薄，其材料又為普通低碳鋼鋼板（ Q235），強度較低。按各規(guī)格產(chǎn)品的最大靜張力驗算，各規(guī)格的筒殼壓縮應(yīng)力在鋼繩纏繞工況下，均超出規(guī)定的許用應(yīng)力（見表 71）。這是該型號提升機筒殼產(chǎn)生疲勞開 裂的主要原因之一，其開裂形式主要沿筒殼圓周方向局部開裂，也有沿支輪或支環(huán)處因應(yīng)力集中產(chǎn)生局部礦井提升機控制系統(tǒng)設(shè)計 第 40 頁 共 43 頁 開裂的。另外，筒殼與支輪因聯(lián)接結(jié)構(gòu)不合理，沿螺栓孔處也產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。 表 71 KJ 型（БМ 型）筒卷壓縮應(yīng)力表 ① 1kgf=10N。② 1kgf cm2=。 筒殼徑向軸向均開裂： 對于筒殼軸向和徑向均產(chǎn)生裂紋的卷筒，可將兩半筒殼剖分面焊接起來，成為一個整圓，并在筒殼中間再增加一個支承環(huán)。（ 2）筒殼徑向開裂 對于筒殼徑向開裂，并且裂紋源從兩半筒殼接合面支環(huán)處產(chǎn)生，則采用兩半筒殼接合面焊死，并加 內(nèi)圓貼板。 主軸故障 （ 1）主軸軸頭鍵槽根部裂紋 主軸軸頭齒輪聯(lián)軸器端切向鍵鍵槽根部產(chǎn)生裂紋，其原因之一是設(shè)備使用年久或長期超載運行，導(dǎo)致鍵槽根部產(chǎn)生疲勞裂紋；之二是裝配不當(dāng)，熱裝溫度偏高及配鍵時的猛力沖打，造成鍵槽根部存在較大的內(nèi)應(yīng)力致疲勞開裂；之三是加工時鍵槽根部圓角偏小，造成根部圓角處應(yīng)力集中過大而疲勞開裂，因該部位日常難以觀察，應(yīng)采取超聲波探傷方法進行探測性檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有裂紋存在時必須卸掉聯(lián)軸器，清除裂紋。 （ 2）主軸斷裂之一 主軸材料選用不當(dāng)，主軸材料為 Q275 鋼，強度偏低，此種情 況多發(fā)生在前蘇聯(lián) 20世紀(jì) 40年代以前設(shè)計的提升機上，應(yīng)及時更換材料為 45鋼的主軸。