斜巷常閉型防跑車裝置
作者：佚名
2011-04-25 21:26
來源：本站原創(chuàng)
1 、裝置組成和工作原理
該雙余度常閉型斜井防跑車裝置主要由PLC實(shí)現(xiàn)的控制器、減速吸能器、異步執(zhí)行機(jī)構(gòu)、攔車網(wǎng)門和測速與到位的5個傳感等組成，如圖1所示。
圖1 斜井防跑車裝置組成示意圖
工作原理如下：當(dāng)?shù)V車以正常的速度到達(dá)距攔網(wǎng)門25 m左右的距離時，攔網(wǎng)門自動開啟讓礦車通過，當(dāng)?shù)V車全部通過后攔網(wǎng)門將自動放下關(guān)閉；如果礦車出現(xiàn)跑車或脫軌等情況時，由于攔車網(wǎng)門始終處于常關(guān)閉狀態(tài)，將礦車柔性攔住，保證了井下工作人員和設(shè)備的安全。
雙余度常閉型斜井跑車防護(hù)裝置電氣系統(tǒng)原理框圖如圖2所示，它主要由PLC控制器、PLC控制器接品板、電源變壓器、電機(jī)控制主接觸器、電機(jī)控制輔助接觸器、三相電機(jī)和傳感器A、B、C、E、F等組成。其中PLC控制器是系統(tǒng)的控制核心，電源變壓將為PLC控制器提供正常的工作電壓，三相電機(jī)將完成攔車網(wǎng)門的提升和放下操作。傳感器A、傳感器B和傳感器C安裝于導(dǎo)軌上，見圖1。其中傳感器A、傳感器B一起完成礦車下行時測速功能，傳感器B還完成礦車上行時通過車擋的判定。傳感器C用于礦車下行時發(fā)出放下攔車網(wǎng)門信號和礦車上行時發(fā)出上提攔車網(wǎng)門信號。傳感器E和傳感器F分別用于攔車網(wǎng)門提升和放下到位判定，安裝于門軸附近的鋼板上。PLC控制器接口板完成PLC控制器與電機(jī)控制的主、輔助接觸器以及五個傳感器間的信息交換和傳遞。
圖2 基于PLC實(shí)現(xiàn)的雙余度常閉型防跑車裝置電氣系統(tǒng)原理框圖
整個系統(tǒng)工作過程如下：上電后，PLC控制器將產(chǎn)生24V的直流電，通過PLC控制器接口板使五個傳感器處于待工作狀態(tài)，PLC控制器將檢測電機(jī)主控制接觸器是否正常，若正常，電機(jī)控制輔助接觸器就處于熱備份狀態(tài)，否則立即切斷電機(jī)控制主接觸器，使輔助接觸器投入工作。隨后PLC將自動判別攔車網(wǎng)門是否下放到位，如果沒有下放到位，執(zhí)行機(jī)構(gòu)將攔車網(wǎng)門自動下放到位。當(dāng)有礦車下行時，傳感器A、B將礦車下行越過它們的時間信號傳遞給PLC控制器，PLC控制器將完成礦車速度是否正常的判定。若礦車速度在正常的速度范圍內(nèi)，PLC控制將控制電機(jī)正轉(zhuǎn)完成上提攔車網(wǎng)門操作 ；攔車網(wǎng)門上提到位后，傳感器E將發(fā)出上提到位信號，PLC控制器將控制電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)；當(dāng)?shù)V車下行越過傳感器C后，傳感器C將發(fā)出礦車下行通過攔車網(wǎng)門的信號，PLC控制器將控制電機(jī)反轉(zhuǎn)放下攔車網(wǎng)門，放到位后傳感器F將發(fā)出下放到位信號，PLC控制器控制電機(jī)停轉(zhuǎn)，使門處于常閉狀態(tài)；當(dāng)?shù)V車下行的速度超出正常工作速度或礦車脫軌時，PLC將控制電機(jī)不工作，處于常閉狀態(tài)的攔車網(wǎng)門將礦車攔住，保障了斜井下部設(shè)備和人員的安全。當(dāng)?shù)V車上行越過傳感器C后，傳感器C將發(fā)出礦車上行信號，PLC控制器接到該信號后，控制接觸器上提攔網(wǎng)門；礦車過了B傳感器后，B傳感器將發(fā)出上行礦車越過攔車網(wǎng)門信號，PLC控制器控制電機(jī)放下攔車網(wǎng)門，完成一個循環(huán)。
由于某種原因，使防跑車裝置供電系統(tǒng)停電，此時，如礦車處于井底車場，當(dāng)供電恢復(fù)后，系統(tǒng)會自動完成礦車是上行還是下行的判定，保證了整個裝置正常工作。
該防跑車裝置的供電將和絞車控制回路實(shí)現(xiàn)互鎖聯(lián)動，即絞車通電，防跑車裝置就通電工作；絞車斷電，防跑車裝置就斷電停止工作。絞車房安裝有該防跑車裝置的故障報(bào)警及門狀態(tài)顯示箱，顯示箱將完成防跑車裝置的系統(tǒng)故障報(bào)警功能。該裝置一旦出現(xiàn)故障，絞車房的故障報(bào)警顯示箱立即給出報(bào)警信息，并且出現(xiàn)聲光報(bào)警，通知絞車操作人員采取必要的措施。
2 、技術(shù)特色
基于PLC實(shí)現(xiàn)的雙余度常閉型斜井防跑車裝置技術(shù)上最突出特點(diǎn)如下：
（1）航空雙余度技術(shù)在該領(lǐng)域首次應(yīng)用。該裝置中攔車網(wǎng)門的提升和放下操作是由三相電機(jī)完成的，而三相電機(jī)的正反轉(zhuǎn)則是由交流接觸器控制的，由于交流接觸器工作頻繁且工作電流較大，很易損壞，為了使整個裝置可靠的工作，將航空領(lǐng)域常使用的雙余度技術(shù)首次應(yīng)用于該領(lǐng)域中，使問題得到了有效解決。具體做法是：讓電機(jī)的正反轉(zhuǎn)由兩組交流接觸器控制，每組有兩個接觸器，一個是主接觸器，一個是輔助接觸器，輔助接觸器在主接觸器正常工作時處于熱備份狀態(tài)，一旦主接觸器出現(xiàn)異常情況時，輔助接觸器立即投入工作，保證系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了雙余度控制，提高了系統(tǒng)的工作可靠性，延長了系統(tǒng)的使用壽命，同時絞車房報(bào)警裝置發(fā)出斷續(xù)報(bào)警聲，提醒專業(yè)維護(hù)人員盡快進(jìn)行維護(hù)。
（2）該防跑車裝置的攔車網(wǎng)門集剛性門和柔性門的優(yōu)點(diǎn)于一體，具有反向自動破門功能。當(dāng)?shù)V車正常通過攔車網(wǎng)門時，門將自動收起讓礦車通過；當(dāng)出現(xiàn)跑車時，礦車將沖擊攔車網(wǎng)門使盤絲攔車網(wǎng)自動脫離實(shí)現(xiàn)攔截，攔車網(wǎng)在吸能器作用下，使礦車柔性減速直到完全停止。而龍骨門框由于隨車運(yùn)動而翹起幾乎不受外力基本無損傷，這樣就消除了剛性門撞擊一次就損壞的先天不足，且維護(hù)簡單方便。當(dāng)?shù)V車上行時，因某種原因攔車網(wǎng)門未收起，在礦車沖擊下，門將被頂起完成反向自動破門使礦車順利通過，克服了柔性門卡死礦車使絞索斷裂，造成人為的跑車事故的致使缺陷。該攔車網(wǎng)門吸收了剛性攔截和柔性攔截的各自優(yōu)點(diǎn)又拋棄了他們的各自缺點(diǎn)，形成了獨(dú)具特色攔車網(wǎng)門，使整個裝置的可靠性進(jìn)一步得到了提高。
（3）柔性攔截。采用航母艦載機(jī)著陸的柔性減速技術(shù)設(shè)計(jì)而成吸能器，使該裝置的攔車網(wǎng)門可對礦車實(shí)行柔性攔截，技術(shù)領(lǐng)先，吸能量大，將礦車的損傷程度降到了最低。
3 、關(guān)鍵部件介紹
3.1 控制器
雙余度常閉型斜井防跑車防護(hù)裝置的控制器是整個裝置的核心控制部件上，安裝于900 mm×500 mm×150 mm凈重約70 kg的防爆箱中，伺服機(jī)構(gòu)是由電機(jī)控制主交流接觸器和電機(jī)控制輔助交流接觸器組成，實(shí)現(xiàn)雙余度控制，為了提高系統(tǒng)的可靠性將其單獨(dú)置于靠接線腔1的左控制腔內(nèi)。PLC可編程控制器、PLC控制器接口板及其電源變壓器置于靠接線腔2的右控制腔內(nèi)。傳感器電纜、聲光報(bào)警電纜從接線腔2引出，控制器所需127V/50Hz電源和伺服機(jī)構(gòu)所需交流電源由接線腔1引入。防爆箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3 雙余度常閉型防跑車裝置防爆箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局
3.2 減速吸能器
減速吸能器是該裝置實(shí)現(xiàn)柔性攔車的關(guān)鍵部件，采用了艦載機(jī)著陸減速原理設(shè)計(jì)而成，吸能量大、吐繩短，吸力大小調(diào)節(jié)方便，且體積小巧、結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，維護(hù)簡單，可重復(fù)使用。其結(jié)構(gòu)示意如圖4所示。它主要有壓簧、摩擦機(jī)構(gòu)和繞繩方軸等組成。摩擦機(jī)構(gòu)是由隨繩索一起旋轉(zhuǎn)的可動摩擦鋼片和不隨方軸旋轉(zhuǎn)的不動摩擦鋼片交替疊放而成，為了使兩種摩擦鋼片能充分接觸增大摩擦力，在兩種摩擦鋼片之間墊了一層可隨方軸旋轉(zhuǎn)的石棉摩擦片。摩擦機(jī)構(gòu)的摩擦力大小主要取決于壓簧強(qiáng)度和壓力大小，它決定了吸能器吸能大小和吐繩的長短。攔車鋼索固定且纏繞在方軸上。當(dāng)有跑車發(fā)生時，攔車網(wǎng)將從攔車網(wǎng)門上脫落，隨車下行，拉動吸能器上鋼索使方軸旋轉(zhuǎn)，將礦車具有的運(yùn)動能逐漸轉(zhuǎn)化成吸能器磨擦機(jī)構(gòu)的熱能和壓簧的勢能，使礦車減速以至于最后停下來，實(shí)現(xiàn)了柔性攔截，將礦車的損傷程度降到最低。
圖4 吸能器結(jié)構(gòu)示意圖
3.3 電源變壓器
由于井下127V交流電起伏很大，而PLC控制器工作電壓范圍為100~240 V之間，為了確保整個裝置的控制核心PLC穩(wěn)定可靠工作，將127 V交流電經(jīng)電源變壓器變壓為170 V后送給了PLC，這樣保證了127 V交流電源電壓在75~175 V之間大幅變化時，PLC仍能正常工作，保證了整個裝置可靠運(yùn)行。該電源變壓器是控制箱的一個重要部件，為了確保裝置安全可靠，變壓器初次級線包之間必須隔離，且必須帶屏蔽。
4、 結(jié)束語
該裝置主要應(yīng)用于煤礦、金屬礦山、非金屬礦山等所有傾角在30°以下的單軌或雙軌提升運(yùn)輸斜巷中。該裝置的突出特點(diǎn)就是安全可靠，使用維護(hù)方便。已在新疆大洪溝煤礦、山東里彥集團(tuán)新河煤礦、陜西韓城下峪口煤礦等多家煤礦安裝使用，實(shí)踐證明，其壽命長，性能穩(wěn)定，可靠安全，值得進(jìn)一步推廣。
該雙余度常閉型斜井防跑車裝置主要由PLC實(shí)現(xiàn)的控制器、減速吸能器、異步執(zhí)行機(jī)構(gòu)、攔車網(wǎng)門和測速與到位的5個傳感等組成，如圖1所示。
圖1 斜井防跑車裝置組成示意圖
工作原理如下：當(dāng)?shù)V車以正常的速度到達(dá)距攔網(wǎng)門25 m左右的距離時，攔網(wǎng)門自動開啟讓礦車通過，當(dāng)?shù)V車全部通過后攔網(wǎng)門將自動放下關(guān)閉；如果礦車出現(xiàn)跑車或脫軌等情況時，由于攔車網(wǎng)門始終處于常關(guān)閉狀態(tài)，將礦車柔性攔住，保證了井下工作人員和設(shè)備的安全。
雙余度常閉型斜井跑車防護(hù)裝置電氣系統(tǒng)原理框圖如圖2所示，它主要由PLC控制器、PLC控制器接品板、電源變壓器、電機(jī)控制主接觸器、電機(jī)控制輔助接觸器、三相電機(jī)和傳感器A、B、C、E、F等組成。其中PLC控制器是系統(tǒng)的控制核心，電源變壓將為PLC控制器提供正常的工作電壓，三相電機(jī)將完成攔車網(wǎng)門的提升和放下操作。傳感器A、傳感器B和傳感器C安裝于導(dǎo)軌上，見圖1。其中傳感器A、傳感器B一起完成礦車下行時測速功能，傳感器B還完成礦車上行時通過車擋的判定。傳感器C用于礦車下行時發(fā)出放下攔車網(wǎng)門信號和礦車上行時發(fā)出上提攔車網(wǎng)門信號。傳感器E和傳感器F分別用于攔車網(wǎng)門提升和放下到位判定，安裝于門軸附近的鋼板上。PLC控制器接口板完成PLC控制器與電機(jī)控制的主、輔助接觸器以及五個傳感器間的信息交換和傳遞。
圖2 基于PLC實(shí)現(xiàn)的雙余度常閉型防跑車裝置電氣系統(tǒng)原理框圖
整個系統(tǒng)工作過程如下：上電后，PLC控制器將產(chǎn)生24V的直流電，通過PLC控制器接口板使五個傳感器處于待工作狀態(tài)，PLC控制器將檢測電機(jī)主控制接觸器是否正常，若正常，電機(jī)控制輔助接觸器就處于熱備份狀態(tài)，否則立即切斷電機(jī)控制主接觸器，使輔助接觸器投入工作。隨后PLC將自動判別攔車網(wǎng)門是否下放到位，如果沒有下放到位，執(zhí)行機(jī)構(gòu)將攔車網(wǎng)門自動下放到位。當(dāng)有礦車下行時，傳感器A、B將礦車下行越過它們的時間信號傳遞給PLC控制器，PLC控制器將完成礦車速度是否正常的判定。若礦車速度在正常的速度范圍內(nèi)，PLC控制將控制電機(jī)正轉(zhuǎn)完成上提攔車網(wǎng)門操作 ；攔車網(wǎng)門上提到位后，傳感器E將發(fā)出上提到位信號，PLC控制器將控制電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)；當(dāng)?shù)V車下行越過傳感器C后，傳感器C將發(fā)出礦車下行通過攔車網(wǎng)門的信號，PLC控制器將控制電機(jī)反轉(zhuǎn)放下攔車網(wǎng)門，放到位后傳感器F將發(fā)出下放到位信號，PLC控制器控制電機(jī)停轉(zhuǎn)，使門處于常閉狀態(tài)；當(dāng)?shù)V車下行的速度超出正常工作速度或礦車脫軌時，PLC將控制電機(jī)不工作，處于常閉狀態(tài)的攔車網(wǎng)門將礦車攔住，保障了斜井下部設(shè)備和人員的安全。當(dāng)?shù)V車上行越過傳感器C后，傳感器C將發(fā)出礦車上行信號，PLC控制器接到該信號后，控制接觸器上提攔網(wǎng)門；礦車過了B傳感器后，B傳感器將發(fā)出上行礦車越過攔車網(wǎng)門信號，PLC控制器控制電機(jī)放下攔車網(wǎng)門，完成一個循環(huán)。
由于某種原因，使防跑車裝置供電系統(tǒng)停電，此時，如礦車處于井底車場，當(dāng)供電恢復(fù)后，系統(tǒng)會自動完成礦車是上行還是下行的判定，保證了整個裝置正常工作。
該防跑車裝置的供電將和絞車控制回路實(shí)現(xiàn)互鎖聯(lián)動，即絞車通電，防跑車裝置就通電工作；絞車斷電，防跑車裝置就斷電停止工作。絞車房安裝有該防跑車裝置的故障報(bào)警及門狀態(tài)顯示箱，顯示箱將完成防跑車裝置的系統(tǒng)故障報(bào)警功能。該裝置一旦出現(xiàn)故障，絞車房的故障報(bào)警顯示箱立即給出報(bào)警信息，并且出現(xiàn)聲光報(bào)警，通知絞車操作人員采取必要的措施。
2 、技術(shù)特色
基于PLC實(shí)現(xiàn)的雙余度常閉型斜井防跑車裝置技術(shù)上最突出特點(diǎn)如下：
（1）航空雙余度技術(shù)在該領(lǐng)域首次應(yīng)用。該裝置中攔車網(wǎng)門的提升和放下操作是由三相電機(jī)完成的，而三相電機(jī)的正反轉(zhuǎn)則是由交流接觸器控制的，由于交流接觸器工作頻繁且工作電流較大，很易損壞，為了使整個裝置可靠的工作，將航空領(lǐng)域常使用的雙余度技術(shù)首次應(yīng)用于該領(lǐng)域中，使問題得到了有效解決。具體做法是：讓電機(jī)的正反轉(zhuǎn)由兩組交流接觸器控制，每組有兩個接觸器，一個是主接觸器，一個是輔助接觸器，輔助接觸器在主接觸器正常工作時處于熱備份狀態(tài)，一旦主接觸器出現(xiàn)異常情況時，輔助接觸器立即投入工作，保證系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了雙余度控制，提高了系統(tǒng)的工作可靠性，延長了系統(tǒng)的使用壽命，同時絞車房報(bào)警裝置發(fā)出斷續(xù)報(bào)警聲，提醒專業(yè)維護(hù)人員盡快進(jìn)行維護(hù)。
（2）該防跑車裝置的攔車網(wǎng)門集剛性門和柔性門的優(yōu)點(diǎn)于一體，具有反向自動破門功能。當(dāng)?shù)V車正常通過攔車網(wǎng)門時，門將自動收起讓礦車通過；當(dāng)出現(xiàn)跑車時，礦車將沖擊攔車網(wǎng)門使盤絲攔車網(wǎng)自動脫離實(shí)現(xiàn)攔截，攔車網(wǎng)在吸能器作用下，使礦車柔性減速直到完全停止。而龍骨門框由于隨車運(yùn)動而翹起幾乎不受外力基本無損傷，這樣就消除了剛性門撞擊一次就損壞的先天不足，且維護(hù)簡單方便。當(dāng)?shù)V車上行時，因某種原因攔車網(wǎng)門未收起，在礦車沖擊下，門將被頂起完成反向自動破門使礦車順利通過，克服了柔性門卡死礦車使絞索斷裂，造成人為的跑車事故的致使缺陷。該攔車網(wǎng)門吸收了剛性攔截和柔性攔截的各自優(yōu)點(diǎn)又拋棄了他們的各自缺點(diǎn)，形成了獨(dú)具特色攔車網(wǎng)門，使整個裝置的可靠性進(jìn)一步得到了提高。
（3）柔性攔截。采用航母艦載機(jī)著陸的柔性減速技術(shù)設(shè)計(jì)而成吸能器，使該裝置的攔車網(wǎng)門可對礦車實(shí)行柔性攔截，技術(shù)領(lǐng)先，吸能量大，將礦車的損傷程度降到了最低。
3 、關(guān)鍵部件介紹
3.1 控制器
雙余度常閉型斜井防跑車防護(hù)裝置的控制器是整個裝置的核心控制部件上，安裝于900 mm×500 mm×150 mm凈重約70 kg的防爆箱中，伺服機(jī)構(gòu)是由電機(jī)控制主交流接觸器和電機(jī)控制輔助交流接觸器組成，實(shí)現(xiàn)雙余度控制，為了提高系統(tǒng)的可靠性將其單獨(dú)置于靠接線腔1的左控制腔內(nèi)。PLC可編程控制器、PLC控制器接口板及其電源變壓器置于靠接線腔2的右控制腔內(nèi)。傳感器電纜、聲光報(bào)警電纜從接線腔2引出，控制器所需127V/50Hz電源和伺服機(jī)構(gòu)所需交流電源由接線腔1引入。防爆箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3 雙余度常閉型防跑車裝置防爆箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局
3.2 減速吸能器
減速吸能器是該裝置實(shí)現(xiàn)柔性攔車的關(guān)鍵部件，采用了艦載機(jī)著陸減速原理設(shè)計(jì)而成，吸能量大、吐繩短，吸力大小調(diào)節(jié)方便，且體積小巧、結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，維護(hù)簡單，可重復(fù)使用。其結(jié)構(gòu)示意如圖4所示。它主要有壓簧、摩擦機(jī)構(gòu)和繞繩方軸等組成。摩擦機(jī)構(gòu)是由隨繩索一起旋轉(zhuǎn)的可動摩擦鋼片和不隨方軸旋轉(zhuǎn)的不動摩擦鋼片交替疊放而成，為了使兩種摩擦鋼片能充分接觸增大摩擦力，在兩種摩擦鋼片之間墊了一層可隨方軸旋轉(zhuǎn)的石棉摩擦片。摩擦機(jī)構(gòu)的摩擦力大小主要取決于壓簧強(qiáng)度和壓力大小，它決定了吸能器吸能大小和吐繩的長短。攔車鋼索固定且纏繞在方軸上。當(dāng)有跑車發(fā)生時，攔車網(wǎng)將從攔車網(wǎng)門上脫落，隨車下行，拉動吸能器上鋼索使方軸旋轉(zhuǎn)，將礦車具有的運(yùn)動能逐漸轉(zhuǎn)化成吸能器磨擦機(jī)構(gòu)的熱能和壓簧的勢能，使礦車減速以至于最后停下來，實(shí)現(xiàn)了柔性攔截，將礦車的損傷程度降到最低。
圖4 吸能器結(jié)構(gòu)示意圖
3.3 電源變壓器
由于井下127V交流電起伏很大，而PLC控制器工作電壓范圍為100~240 V之間，為了確保整個裝置的控制核心PLC穩(wěn)定可靠工作，將127 V交流電經(jīng)電源變壓器變壓為170 V后送給了PLC，這樣保證了127 V交流電源電壓在75~175 V之間大幅變化時，PLC仍能正常工作，保證了整個裝置可靠運(yùn)行。該電源變壓器是控制箱的一個重要部件，為了確保裝置安全可靠，變壓器初次級線包之間必須隔離，且必須帶屏蔽。
4、 結(jié)束語
該裝置主要應(yīng)用于煤礦、金屬礦山、非金屬礦山等所有傾角在30°以下的單軌或雙軌提升運(yùn)輸斜巷中。該裝置的突出特點(diǎn)就是安全可靠，使用維護(hù)方便。已在新疆大洪溝煤礦、山東里彥集團(tuán)新河煤礦、陜西韓城下峪口煤礦等多家煤礦安裝使用，實(shí)踐證明，其壽命長，性能穩(wěn)定，可靠安全，值得進(jìn)一步推廣。
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