提升机尾绳与分绳梁摩擦安全监测系统的设计及运行分析

李 鹏

（晋能控股煤业集团赵庄二号井， 山西 高平 048400）

1 立井摩擦式提升机尾绳运行现状

在立井摩擦式提升系统中，尾绳是维护体升机构平衡的关键装置，其安全防护作用不可忽略。在实际生产中，为避免尾绳易出现扭结，采用了在尾绳四周布置分绳梁的措施。但是，尾绳在使用时会受到自身的压力摆动、井筒风压和提升机的振动等因素的影响，导致了尾绳与分绳梁的碰撞、摩擦，随着使用时间增长，尾绳的磨损，严重时导致尾绳断裂，引起起重机严重事故。为此，必须严格监测尾绳与分绳梁的状态，以防止因过度磨损而导致系统故障，避免出现经济损失。

由于尾绳的特殊的构造特点，以及主井井下的复杂情况，加上尾绳与分绳梁碰撞摩擦时间较短，采用常规的机械式传感器难以实现对其进行定位的监控。传统的防护措施是在尾绳上安装重物，在重力作用下，避免了尾绳在吊起时发生弯曲、扭转，同时降低吊篮吊装时的震动冲击，在分绳梁上加装托辊，采用的材料具有柔性和耐磨的特征，从而降低了吊杆的磨损和摩擦。这些措施虽在减少尾绳的磨损发挥一定的效果，但仍需安排工作人员经常检查尾绳的磨损状况，难以实时对尾绳进行监测，无法及时掌握尾绳与分绳梁的碰撞磨损状况，更难以形成有效的防护措施。基于上述的问题，研制了一套由感应接近开关和主动红外对射传感器构成的分绳梁摩擦力监控系统。本系统应用了先进的传感器技术，对尾绳和分绳梁的摩擦和冲击进行了实时监控，为提高提升机的安全性能和使用寿命提供了可靠的保证。

2 监测要求

1）将摄像仪在尾绳的保护装置处进行安装，在保护装置的正侧两面都进行分别布置，不需要额外的增加单独布线，直接将数据和井下环网相连接[1-2]。

2）由于在进行作业的过程中，会受到井底光线暗的不利因素，避免会对摄影仪造成负面影响导致无法呈现出清晰的画面，需要在保护装置的周围安装照明灯，其目的就是进行补光。

3）无论是主立井还是副立井，只要是需要用到尾绳场合，都可以通过安装摄像仪进行作业。

3 监测系统原理

矿井主提升机的尾绳缆索和分绳梁缆索的摩擦力监控装置如图1 所示。

图1 煤矿主提升机尾绳与分绳梁摩擦监测系统布置

为了提高监控系统的辨识精度和可靠性，本系统采用感应式接近切换和主动红外对射感应两种监控方式，采用了两种监控方式的同步监控，且两套监控系统互不影响，提高了监控系统的容错性[3-4]。

在防护系统中，感应式接近开关系统的安装位置应在尾绳与分绳梁频繁碰撞、摩擦的部位。防护系统包括 2 组红外感应装置（1 号和2 号），采用 1 号红外控制系统作为启动2 号红外和感应接近开关的起始条件，以保证其运行可靠，降低能耗，避免不必要的损失。矿井主吊车尾绳和分绳梁的摩擦力监控装置的工作原理如下页图2 所示。

图2 煤矿主提升机尾绳与分绳梁摩擦监测系统工作原理

在监控系统工作时，传感系统中1 号红外线感应器启动，2 号外线感应器和感应接近切换系统均在睡眠。在1 号有源红外对射感应器发射的红外线脉冲信号受到尾绳的干扰，则干扰信息会通过通讯系统即时传送到上位机，触发上位机信号报警灯[5-6]。上位机启动2 号红外线和感应接近切换器进入工作模式，监控尾部缆索与分绳梁的相对位置，系统将监测到的状态信号转变成数据信号，将监控数据经由通信接口传输至上位机，上位机会根据监控信号判定尾绳与分绳梁是否发生撞击、摩擦，并按照事先设定的程序，对报警装置及提升装置的电气控制进行响应。上位机工作流程图如图3 所示。

图3 上位机工作流程图

在1 号红外系统向上位机发送信号时，上位机会对遮挡状态进行进一步确认，当确认未出现遮挡时，保持监测状态，当确认出现遮挡时，2 号红外系统和感应接近开关进入工作状态，实时监控尾缆的位置信息。计算机通过2 号红外检测和感应接近开关发送的数据信息进行尾绳的位置判定碰撞状态。如果没有碰撞摩擦信号1 号，则继续监控，如果有碰撞信号，则计算碰撞摩擦的次数，确定碰撞摩擦的次数是否达到了30 000 次，如果没有1 号红外系统将继续监控，2 号和感应接近开关进入休眠状态。当碰撞摩擦次数超过报警阈值时，上位机会发出声音和光的警告信号，并同时停止升降。这时要检查尾绳的磨损情况，出现问题及时进行更换，避免因过度使用而导致的安全事故[7-8]。

4 系统测试

为了检验矿井主起重机尾绳与分绳梁摩擦监控系统的可靠性、精确度，本文在晋能煤业集团某矿进行监测系统应用测试，首先将感应式接近开关装置安装于分绳梁的上下两端，并将其安装在尾绳与分绳梁频繁发生摩擦的部位；为了防止感应式接近开关的互相干扰，两个邻近的感应接近开关的间距为50～80 mm；主动式红外对射传感装置设于尾部绳索的一端，1 号型主动式红外对射传感与2 号型主动式红外对射式传感装置相隔80～100 mm，其余的分绳梁按照同样的布局设置；最后，利用PLC、CAN 总线将两级监控系统与上位机、起重机的电气控制相结合。

煤矿主吊机尾绳和分绳梁摩擦力监控系统的监控结果显示：在分绳梁附近，监控系统能够正常监控；在1 号主动红外对射感应系统中，一旦出现尾绳触发，1 号主动红外对射感应系统发出警告；在尾绳触发2 号有源红外感应感应系统和感应接近开关与绳索摩擦时，相应的灯会发出闪光警报，并记录摩擦次数；若尾绳与分绳梁发生摩擦，且次数超过报警阈值，则该系统将发出声音警报，并强制终止提升机的运转状态。试验结果显示，该系统能够对尾索的定位状况进行精确监控，工作稳定、正常。

5 结语

感应式接近切换控制和有源红外对射感应传感器构成了矿井主起重吊车尾部缆索与绳梁摩阻的监控系统。采用1 号有源红外对射感应作为起始状态，2号主动红外对射感应与感应接近切换同时进行实时监控，以改善系统的容错率和精确度，减少了系统的能量损失。采用先进的传感器技术，可以对尾绳与分绳梁进行动态监控。通过对该监测装置进行了现场试验，表明该监测装置能够长期、平稳地工作，监测准确，反应迅速，能够实现对缆索监测和防护，并能有效地保证提升机的安全运转。