张福生
内蒙古呼伦贝尔神华大雁集团公司 机电管理部 021122
摘要：《煤矿安全规程》规定斜巷提升系统必须装设与绞车联动的常闭式自动跑车防护装置。ZDC30—2.2型自动跑车防护装置目前为国内开发研制较早，应用较为普遍的一套产品之一。在神华大雁集团雁南煤矿北二轨道上山所用的提升机为一台3米液压防爆提升机，其传动及控制方式与电动绞车截然不同。而ZDC30—2.2型自动跑车防护装置在液压防爆提升机提升系统上安装，做为配套使用，长期以来应用效果比较理想。本文对其在安装应用过程中的一些实践问题及发展趋势进行了总结与探讨。
关键词：自动；防护装置；液压；提升机；应用；实践
液压防爆提升机具有扭矩力大、保护齐全、良好的防爆性能、稳定的低速及无级调速功能。与电动绞车相比更有结构紧凑，维护便捷、故障率低、运行安全可靠，并节省基建成本等优点，更适合煤矿井下使用。我集团公司雁南矿北二轨道上山安装的即是一台国产的JKYB-3×2.5XP型液压防爆提升机。该提升机为洛阳中信重机自动化工程有限公司的较新型产品，技术成熟，在国内也有一定的代表性。而其不同于电动提升机的传动与控制方式，所以在安装自动跑车防护装置过程中却成为障碍，因而存在了一些困难，下面对这一实践过程进行详细论述。
斜井跑车防护装置是安装在倾斜巷道内任意处的安全辅助装置。主要采用传感器和单片机控制技术，另外执行单元主要由驱动机构、车挡及吸能等部分组成，当跑车事故发生时传感器取得跑车的信号，并可靠的将检测出的跑车信号送入单片机进行判断、比对，继而准确的发出指令，使控制继电器不动作，挡车栏不起，及时阻止因断绳的跑车继续下行，同时钢丝绳拦截装置能吸收因跑车时所产生强大的冲击力。
我集团公司雁南煤矿所安装的ZDC30—2.2型自动跑车装置为徐州矿业大学专利技术，济源市华泰矿山机械有限公司定型产品，在国内煤矿企业已经多有应用。该型跑车防护装置主要由跑车防护装置用挡车栏、电控箱、显示器、收放绞车、霍尔传感器、接近开关等设备组成。正常提物情况下，挡车栏处于常闭状态。当绞车运行，矿车到达设定位置，挡车栏自动升起，矿车通过后，挡车栏自动下落。当矿车超速（跑车、溜车等）时，挡车栏对跑车进行可靠的阻拦，避免事故的发生。运行人车时，挡车栏为常开状态可保证人车的正常通行。显示器能够及时准确地反映各提升机构的工作情况。所有的状态显示、动作指令都来自于一台PLC控制器。而PLC是根据传感器监测到的绞车速度与路程信号来进行计算、进行比对后输出指令的。那么传感器所采集信号的准确程度便是整套装置能否可靠工作的瓶颈。
该型自动跑车防护装置使用的传感器有两种。一种是霍尔式磁性传感器，另一种是电感式接近传感器。霍尔传感器用于测量提升机的速度及行程信号，电感式接近传感器用于检测装置的动作过程及位置。速度与行程信号是装置开启与关闭的两个主要参数，因此在装置中霍尔传感器的可靠性是关键。而霍尔传感器在压力测量、磁场测量、电流测量及转速测量等方面是一种应用颇多的传感器。本例中即是霍尔传感器测量磁场的应用。该型自动跑车防护装置将若干个磁场强度较强的磁块均匀粘在绞车滚筒轴上，在对着磁块圆周一定间隙的位置固定有霍尔探头。绞车运转滚筒轴转动时，磁块随着轴一起沿着圆周移动，一个一个磁块逐个经过霍尔探头。每一个磁块经过霍尔探头一次，探头便会发出一个电脉冲信号输入到PLC控制器内。PLC控制器便可以根据脉冲的个数来计算出绞车的实时速度及行程。速度和行程的测量精度与脉冲的个数有直接关系，用公式表示为L=S*n。L为绞车的行程，S为每个脉冲所测量的行程，n为脉冲个数。那么可见在同样行程的情况下脉冲数越多每个脉冲所测出的行程越准确。同理可知在同样时间，同样行程的情况下脉冲数越多所测出的速度也越准确。而该型自动跑车防护装置在雁南矿之前都是应用在电动绞车提升系统上。安装条件与雁南矿所使用的液压防爆提升机不同。
电动提升机一般都是电机加减速机的传动方式，当然现代化提升机还有电机直接变频调速的传动方式。不过变频调速传动的提升机都会有数字化控制系统，这种数字化系统自然会有精度较高的速度和行程监测环节，用不到本文所述的监测手段。而本文所述的霍尔传感器一般都是针对电动机加减速机传动的提升机。在这种电动提升机上磁块装在电机的轴端或减速机的高速轴端，高速轴端本身就有很高的转速，可以保证在少数几个磁块的情况下即可获得比较多的脉冲个数。而且这些脉冲比较准确，不会出现丢脉冲的情况。
在液压提升机上也有较高转速的电动机轴端，但是这个电动机轴端不能真实反映绞车的运行状态。因为液压绞车在工作过程中，滚筒暂时停转，电机也一直在转动。那么只有将磁块固定在滚筒轴端才能真实的反应绞车的速度与行程。而液压绞车滚筒的轴端转速很低，在与电动绞车安装磁块相同的情况下精度要下降很多。实际安装中在保证装置可靠动作的情况下，精度最高只能达到0.4米。如果再增多磁块数量，因为磁块间距的缩小，霍尔探头测量的精度下降，开始出现丢失脉冲现象。反应在装置的具体状态就是行程显示误差积累严重，甚至因为错误的行程计算结果而导致装置误动作。要保证装置的可靠运行，维修人员必须做好装置的检查、监督工作。当发现显示行程与实际行程相差过大时，及时将钩头提到预定的零位进行数据调零工作。增大检修人员的工作量，失去了装置安装的最初目的。同时还要求司机在操作绞车时也要注意监视装置的行程显示数据，这在一定程度上就分散了司机的注意力，对提升机的安全运行不利。以上事实表明有必要考虑对此种速度及行程监测装置进行改进。
改进的着手点在于怎样能保证在转速一定的情况下获得较多的脉冲个数。而如前所述，增多磁块的数量不是一个有效的手段。根据霍尔传感器的测量性质，可以使用一块磁块产生磁场，在磁块与探头中间放置一个齿轮（如图所示）。
当齿轮转动时，作用在探头上的磁通量发生变化，齿轮的齿对准磁极时，磁阻减小，磁通量增大；齿间隙对准磁极时，磁阻增大，磁通量减小。随着磁通量变化，探头输出一个个脉冲信号，旋转一周的脉冲数，等于齿轮的齿数，因此通过脉冲频率的测量同样可以获得转速信号。将齿轮固定于提升机滚筒轴上，转速相同的情况下，制作不同直径，不同齿数的齿轮可以获得所需要的脉冲数量。齿轮使用普通钢板自行加工即可，当然尽量保证齿的均匀也可以提高测量的精度。以此装置测量出的速度及行程信号，可以提高本文自动跑车防护装置的安全性能，在节约磁块的情况下更免去了原装置的若干诟病。
自动跑车防护装置是煤矿斜巷运输不可或缺的安全设施，它的稳定性与可靠程度对矿井提升运输有着深远的影响。本文针对我矿使用的自动跑车防护装置在安装与使用过程中的一些实践进行了探讨，随着使用的深入与技术的进步会使装置的性能进一步改善。比如随着传感器技术的日臻完善，自动跑车防护装置的监测环节会加入反馈技术，闭环管理，可靠性会更有保证；甚至可以加入车辆速度直接检测单元，实现对断绳跑车车辆的有效拦截，从而进一步的增强了安全保护性能。
参考文献：
[1]传感器与测试技术 中央广播电视大学出版社 谭定忠 等编
[2]矿井提升机故障处理和技术改造 机械工业出版社 矿井提升机故障处理和技术改造编委会 编著
[3]ZDC30—2.2型自动跑车防护装置使用说明书 济源华泰矿山机械有限公司
作者简介：
张福生、男、大学专科学历、机电专业、助理工程师、毕业于长春工业大学，现任职于神华大雁集团机电管理部，主要从事大雁集团公司下属各子分公司大型固定机电运输设备的技术管理工作、021122。
论文作者:张福生
论文发表刊物:《基层建设》2015年3期供稿
论文发表时间:2015/9/10
标签：装置论文; 绞车论文; 霍尔论文; 跑车论文; 脉冲论文; 传感器论文; 行程论文; 《基层建设》2015年3期供稿论文;