提升机盘式制动器闸间隙监测误差改善措施

引言

制动闸在煤矿提升装置中具有重要作用。根据《煤矿安全规程》第四百二十三条规定:当闸间隙超过规定值时,能报警并闭锁下次开车:第四百二十六条规定:盘式制动闸空动时间不得超过0.3S:盘式闸闸瓦与闸盘之间的间隙不得超过2mm。闸间隙会使闸的空动时间发生变化,使闸的控制出现滞后问题,从而影响提升机的安全运行,因此正确测量并实时监测闸间隙对盘式制动器具有重要意义。

1项目概况

红庆河煤矿主井提升机担负矿井原煤提升任务,采用德国SSIEMA公司生产的JKE-5.0*6PSSS内装式多绳摩擦提升机。制动系统采用两套德国SSIEMA公司生产的ST3-F双恒减速液压站,机械制动系统主要由18对BI125盘式制动器、阀组、闸座、闸盘、液压站及各种管道阀体构成。一般来说,制动盘之间的气隙在制动衬片没有磨损时设置为2mm,允许衬片磨损1mm,制动力可以达到2×125kN的额定压紧力。制动盘与闸瓦之间的摩擦系数为0.35,闸间隙范围为1.0～2.0mm,最小闸间隙时制动器的弹簧力达132.14kN,最大闸间隙时为135.71kN。在工作制动和安全制动期间,最小闸间隙总制动力为1759.35kN,最大闸间隙最小制动力为1713.25kN,液压站工作制动力17000kPa（170bar）,安全制动期间减速度为1.65m/S2。

主井提升机安装调试完毕投入运行期间,盘式制动器闸间隙检测值与实际值相差较大,无法准确测量制动器闸间隙值,频繁出现误报警导致提升机闭锁回路跳闸。

2闸控系统控制方式

针对红庆河煤矿主井提升机工况复杂等条件,SSIEMA公司采用构架系统M＋系统B的双系统方式,M系统为主控,B系统的主要作用是辅助监视和M系统共同完成两台液压站的切换和控制,两个系统之间采用DP通信方式对重要信息进行交换,实现同价异步交换的等时性,对通信时间和内容进行一致性检查。两个系统采用SSIEINS最新推出的S7家族中1500系列PLC1513-1PN作为主站1,PLC1511-1PN作为系统B主站,运行速度快,容错率高,容纳的程序多:选择CP1542-5通信模块处理通信任务,负责PR0FSNIT通信转换为DP通信,并负责与SSIEINS通信和两个系统之间的通信:闸控系统本身的通信方式为PR0FSNIT通信方式,基于RJ45的全双工通信,便于分散的子系统之间进行通信:每个从站采用IT200E挂在通信模块下,采集每个分站的映像存储区,采用IT200SP站收集传感器信号,通信传输距离远,抗干扰信号强,非常适合煤矿的复杂工作环境。

3闸间隙检测原理

闸间隙检测原理如图1所示。油压作用于制动器,油缸推动活塞压紧蝶形弹簧,在端盖外端设有线性传感器作用于端盖,传感器检测油缸的运动行程,通过记录敞、闭闸过程油缸的移动距离来监测闸瓦组件行程,从而通过测量闸瓦组件行程测量闸间隙。

闸间隙软件检测原理:

0B1主程序调用FB20,闸间隙范围正常,安全回路和闭锁回路闭合,绞车可以正常运行。

FB20调用FC200检测闸间隙传感器模拟量数值,实现断线检测,闸磨损,有无敞闸,有无抱闸功能。

断线检测:超出模拟量数值范围0～27648为断线,闸间隙检测超过3mm为闸瓦磨损,液压系统压力超过17000kPa（170bar）,闸间隙大于1.5mm:抱闸时液压系统压力小于1000kPa（10bar）,闸间隙小于1.2mm。

弹簧破裂检测:在贴闸压力为8000kPa（80bar）时,闸间隙超过1.2mm。

BRMKIPMD功能块检测所有闸头传感器有无同时敞闸或者抱闸,检测闸瓦磨损情况,以防机械卡阻造成闸皮过热或者提升机过流引起安全回路跳闸。

4闸间隙检测信号波形分析

通过PLC+A+ALNYER软件和实际运行效果分析得出以下结论:闸间隙采集电阻信号有很多尖峰波形,闸间隙在运行和停止状态时不稳定,有很大的突变,给实际生产带来不便。经过排查,接线都是锡焊接,电阻值不变,外界并无强电干扰源,测量传感器电阻值和伸长量线性对应关系。

采集电压信号,测量闸间隙:0～10V/0～4mm。模拟量数值(0～27648）计算方法和电阻信号相同,只是硬件组态更改为电压信号。

通过波形图对比分析,采集电压信号测量闸间隙比采集电阻信号稳定可靠。

5闸间隙信号采集结果分析

(1）通过分析实验数据采集方法、计算关系、现场硬件和使用环境,与S7-300PLC分站下的ET200S模块相比,S7-1500PLC下的ET200SP模块采集信号时间长。(2）采集电阻信号时,每个模块的负载是采集电压信号的2倍,存在负载功率不足的问题,并且采用共地端子,利用电源模块对电压信号进行隔离,减少了其他负载的干扰。(3）在测量时使用恒流源输出,但是电阻信号采用二线制,电压信号采用三线制,一定程度上可以减少干扰,提高稳定性。(4）在对应的程序算法中,电阻信号范围变化较窄,电压信号要宽泛一些,电阻值稍有变化电压信号则不足,所以闸间隙突变的可能性减小很多。

6闸间隙调整与维护

(1）在实际生产应用中,敞闸时通过调整传感器外圈的伸缩,可以保证每个传感器电压为5V,对应整数为16384。(2）每周用塞尺实测闸间隙,在同一闸座不同的地方采集闸间隙,取最小值为基准,以防磨损闸衬。(3）通过实测,用专用扳手调整闸间隙值,保证实测值和PLC运算值相一致。

7结语

通过闸控系统S7-1500PLC模拟量模块采集的闸间隙传感器0～10kQ的电阻信号与采集的闸间隙传感器0～10V电压信号监测数据进行比较分析,采集电压信号转换的闸间隙误差波动范围为0.1～0.2mm,电流信号转换的闸间隙误差波动范围为0.1～0.6mm,因此采用S7-1500PLC模拟量模块更换成采集电压信号模块,闸间隙监测误差可控制在±0.1mm之内。