Мои Конспекты
Главная | Обратная связь


Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Анализ существующего положения и конструкций систем защит



Одним из ответственных технологических объектов угольных и рудных шахт являются подъемные установки. От их работоспособности зависит не только объем добычи полезного ископаемого, но и нормальное функционирование, и безопасность работы всей шахты в целом.

Надежная и безотказная работа подъемной установки зависит от качественной наладки и правильного обслуживания электромеханического комплекса подъемной установки.

Для обеспечения безопасной эксплуатации подъемных установок, своевременного обнаружения нарушений в режимах работы и принятия, необходимых мер по предупреждению аварий применяют систему защит и блокировок.

Одной из наиболее часто встречающейся аварий является зависание опускающегося сосуда в стволе шахты и как следствие, при дальнейшем вращении барабана и сматывании каната на сосуд- напуск каната.

Провисание струны каната 1 (рис. 2.5,а) происходит, когда опускающийся сосуд 2 зависает в стволе на глубине ( ) меньшей по величине, чем длина струны каната ( ) от барабана 3 до шкива 4. Т.е. вес струны каната не позволяет канату сматываться через шкив в ствол.

При напуске каната (рис.2.5,б) сосуд зависает на глубине большей по величине длины струны каната ( ). Т.е. вес подъемного каната, от места зависания до шкива, будет позволять ему сматываться с последнего и опускаться на сосуд образуя напуск.

Причинами зависания сосуда в стволе могут быть: неудовлетворительное состояние направляющих устройств, нарушение армировки ствола, обмерзание разгрузочных кривых и устья ствола шахты, попадание элементов крепления горных выработок в транспортируемый груз, ложное срабатывание парашюта.

 
 

Явление зависания опасно тем, что при внезапном освобождении сосуда резко выбирается образовавшийся провис или напуск каната, что может привести к его обрыву. Поэтому необходимо контролировать момент зависания сосуда и в случае его появления подавать сигнал на включение предохранительного тормоза и остановку подъемной машины.

Широко применяемые в настоящее время устройства защиты от напуска каната контролируют момент зависания подъемного сосуда по прогибу струны каната.

Такие устройства, которые называются как «подканатная рейка», измеряют прогиб струны каната между барабаном и копровым шкивом. Их можно подразделить на две группы:

1) с жестким элементом, воспринимающим вес каната;

2) с гибким элементом, воспринимающим вес каната.

Пластины 4 включают в последовательную цепь, состоящую из

катушки электромагнитного реле времени 6 и выпрямительного моста 7. При провисании канат 5 ложится на проводник 2 и отжимает его от пластин 4. В результате размыкается цепь питания реле и включается предохранительный тормоз.

Реле защиты имеет выдержку времени, которая предотвращает ложное срабатывание защиты при колебаниях подъемного каната.

Комплект защиты состоит из двух подканатных конструкций, устанавливаемых под каждым из подъемных канатов в проемах здания.

В тоже время имеют место случаи отказа защиты по следующим причинам:

- неправильной установкой подканатной конструкции опущенной слишком низко, в результате чего при напуске канат ложится на проем не воздействуя на подканатную конструкцию;

- маленькой выдержкой времени и частых ложных срабатываний защиты из-за колебаний каната;

- деформации и изгиба трубы-проводника из-за ударов каната в результате колебаний при предохранительном торможении.

Недостаток, связанный с последним пунктом привел к созданию подканатной конструкции с гибким элементом

Провисание струны каната 1, контролируется с помощью тросика 2, переброшенного через шкив 3. На нижнем конце тросика закреплен груз 4, а

также сквозная втулка 5 с упором. Специальное реле содержит два последовательно соединенных гибких контакта 6 и 7. В рабочем режиме рычаг 9, устанавливается в промежуточном положении и контакты 6 и 7 замыкают цепь питания реле времени 9. Если подъемный канат ложится на тросик, то втулка с упором 5 перемещается вверх. Рычаг 8 под действием пружины 10 поднимаясь размыкает контакт 6 в цепи питания реле времени 9, которое с выдержкой времени (для защиты от ложного срабатывания) разомкнет свои контакты в цепи управления.

В данном устройстве принципиально продуман вопрос его самоконтроля. Так, если тросик обрывается выше втулки, то под действием груза 4 рычаг реле смещается вниз и размыкает контакт 7. При обрыве тросика ниже втулки под действием пружины 10 разомкнется контакт 6.

Кроме того, рассматриваемое устройство не вызывает затруднений при замене подъемного каната, т.к. для вывода его из работы достаточно сбросить трос со шкива, а после замены каната снова надеть тросик на шкив (контакт реле на это время шунтируется).

Недостатком данного устройства защиты, является то, что для избежания отказов необходима ее периодическая не реже двух раз в месяц, проверка с осуществлением естественного напуска, механический контакт движущихся и неподвижных элементов и ограниченность ее действия по глубине ствола.

Устройство защиты от напуска каната с контролированием момента зависания по усилию в частях отдельных элементов подъемной установки имеет магнитоупругие датчики, которые устанавливаются под подшипники копровых шкивов. В основе этих датчиков, лежит свойство сталей изменять свою магнитную проницаемость, при изменении механической нагрузки.

 

Нагрузка от концевого груза (рис.2.6) каната 1 через опоры подшипников 2 шкива 3 передается на сердечник 4 магнитоупругого датчика. В зависимости от нагрузки будет меняться магнитная проницаемость сердечника, а соответственно ток и напряжение выходной цепи. При зависании сосуда в стволе нагрузка на шкив, а следовательно и на сердечник датчика резко падает, что вызывает изменение выходного напряжения и реле 5 подаст сигнал на включение предохранительного тормоза.

Этот принцип положен в основу аппаратуры контроля натяжения канатов АКНК (разработанный ВНИИВЭ) и АЗСП-2 (разработанный киевским Институтом автоматики).

Сравнительный анализ преимуществ и недостатков аппаратуры АКНК и АЗСП-2 позволил выявить следующее.

Аппаратура АКНК является более универсальной, так как осуществляет функции защиты (от зависания скипов, от перегрузки канатов), управления и сигнализации (контроль разгрузки и загрузки скипов). Аппаратура АЗСП-2 обеспечивает только защитные функции.

Датчики трансформаторного типа, используемые в аппаратуре АКНК, обладают более высокой чувствительностью и меньшей погрешностью, что позволяет обойтись без усилителей, по сравнению с датчиками дроссельного типа, где оказалось необходимым введение в схему стабилизирующих, фильтрующих и усилительных элементов.

Одним из недостатков аппаратов защиты АКНК и АЗСП-2 является то, что они имеют сложные электрические схемы.

Общим недостатком устройств защиты с использованием магнитоупругих датчиков является то, что они обладают остаточными деформациями. В связи с чем, для исключения погрешности и ложного срабатывания, необходима периодическая настройка и отладка аппаратуры в целом. Кроме того, установка датчиков такого типа должна обеспечивать:

- передачу значительной части реакции опоры шкива;

- защиту датчиков от раздавливания при чрезмерном натяжении каната;

- независимость передачи усилия от жесткости входящих элементов.

Устройства защиты шахтных подъемных установок от напуска канатов с контролированием положения подъемного сосуда контролируют непосредственно положение подъемного сосуда в стволе шахты в данный момент времени.

Момент зависания подъемного сосуда в этих устройствах определяется следующими способами:

1. с использованием путевых датчиков расположенных вдоль ствола;

2. с использованием магнитной записи меток на подъемном канате;

3. с использованием Доплеровских измерителей.

Устройства первого типа основаны на том, что при движении подъемный сосуд проходит мимо путевых датчиков, которые подают сигналы в схему защиты. Если через определенный интервал времени не поступает сигнал с очередного путевого датчика, то это свидетельствует о том, что сосуд завис в стволе и схема подает сигнал на остановку подъемной машины.

В качестве путевых датчиков на подъемах широко применяются бесконтактные магнитные датчики положения типа ВМ-64В, ВМ-66, ДКПУ.

Огнев Н.Г. разработал и предложил устройство для защиты шахтных подъемных установок от напуска каната с использованием в качестве путевых датчиков герконов. Устройство содержит прицепные элементы, снабженные постоянными магнитами, располагаемыми на подъемных сосудах и герконы расположенные зеркально - симметрично по всей глубине шахтного ствола, на двух противоположных его сторонах с шагом ∆L:

,

где скорость перемещения прицепного элемента в соответствии с диаграммой скорости, м/с; - интервал времени необходимый для срабатывания устройства, равный 0,1с.

Несмотря на интересность и своеобразность данного устройства ему присущи и следующие явные недостатки:

возможность контролировать момент зависания подъемного сосуда только при скорости выше расчетной, т.е. возможно ложное срабатывания защиты, что приводит к необходимости автоматического изменения импульса коммутатора в зависимости от скорости;

трудность установки и обслуживания большого количества герконов расположенных вдоль подъемного ствола, так например для шахты с глубиной 1000м и скоростью движения подъемного сосуда 10 м/с

необходимо 1000 герконов с каждой стороны. .

В устройствах второго типа используется магнитная запись меток на подъемном канате. Магнитные метки, представляющие собой намагниченные участки каната, считываются при работе машины специальной магниточуствительной головкой.

В России была разработана аппаратура АЗН-2 (рис.2.7) с использованием магнитной записи на специальном канате.

Аппаратура АЗН-2 предназначена для защиты от недопустимого напуска каната при зависании сосуда в стволе на вертикальных шахтных подъемных установках с глубиной ствола до 1500м.

Аппаратура АЗН-2 может применяться на шахтах, опасных по газу и пыли.

Недостатком данного вида устройств защиты является то, что магнитные метки, пригодные для контроля напуска и наносимые на тяговый канат, с течением времени теряют свою магнитную индукцию вследствие рассеивания остаточного магнитного потока в тяговом канате, что снижает надежность устройства и требует повторного, очень точного, нанесения на канат новых магнитных меток.

К третьему типу относятся устройства основанные на измерении положения подъемного сосуда с использованием эффекта Доплера

Сущность эффекта Доплера заключается в том, что если источник акустических или электромагнитных колебаний перемещается относительно неподвижного приемника сигналов, то частота принимаемых сигналов в приемнике изменяется в зависимости от скорости и направления перемещения источника колебаний относительно неподвижного приемника.

 

 

 

Это видно из следующей формулы:

,

где - частота колебаний воспринимаемая приемником, - частота создаваемая источником, - скорость перемещения источника по отношению к приемнику (при приближении знак «минус»), - скорость распространения колебаний в среде.

Эффект Доплера проявляется как в акустике, так и в радиоволнах.

Так, при приближении источника акустических колебаний к приемнику, частота акустических колебаний, в последнем, увеличивается на величину пропорциональную скорости сближения (так называемую доплеровскую частоту +Fд, а при удалении уменьшается на [-Fд]).

Огневым Н.Г. был тщательно рассмотрен вопрос использования для защиты от напуска ультразвуковых колебаний, являющихся частным случаем акустических. Им были разработаны несколько устройств защиты от напуска каната с использованием эффекта Доплера в ультразвуке и получены соответствующие патенты.

Преимуществом данных устройств защиты является достаточная простота и надежность контроля момента зависания опускающегося подъемного сосуда.

К недостаткам данного устройства защиты, следует отнести наличие механической связи ударного механизма с тормозным канатом. Т.е. выход из строя ударного механизма во время движения подъемного сосуда, может стать причиной заклинивания подъемного сосуда на тормозных канатах, либо привести к ложному срабатыванию устройства защиты от напуска каната.

В устройстве защиты от напуска каната основанном на сравнении скоростей опускающегося сосуда со скоростью вращения барабана или со скоростью движения поднимающегося сосуда. При рассогласовании скоростей подается сигнал на включение тормоза.

Контроль скорости вращения барабана обычно производится при помощи тахогенератора присоединенного к валу барабана.

Если для измерения скорости вращения барабана нет затруднений, то измерение скорости подъемного сосуда и трансляция этого сигнала в здание, где расположена подъемная машина и система управления, представляет определенные трудности.

В принципе скорость сосуда можно измерить косвенным путем, замерив усилие в канате, выделив динамическую составляющую и при известной массе концевого груза определить замедление (ускорение) сосуда, проинтегрировав которое можно получить скорость сосуда. Основная сложность при этом заключается в постоянном контроле за натяжением канатов. Известные датчики и аппараты контроля громоздки и могут использоваться только при экспериментальных исследованиях.

Для измерения скорости движения непосредственно сосуда можно использовать также эффект Доплера, который был рассмотрен выше.

Возможна защита от напуска каната по контролированию синхронной скорости вращения направляющих шкивов.

Устройство такого типа было разработано Н.Г.Огневым (рис.2.8).

При синхронно- противоположном вращении направляющих шкивов 1 и 2, что соответствует нормальному режиму работы подъемной установки, ведомые шестерни 3 и 4 вращаются в одну сторону, следовательно, и шпиндели 5 и 6 вращаются синхронно в одну сторону и гайки 7 и 8 по резьбе перемещаются вдоль шпинделей либо вверх, либо вниз. Замыкающий геркон 9, находящийся под влиянием управляющего магнита 10, окажется в замкнутом состоянии. В случае несинхронного вращения направляющих шкивов 1 и 2, вызванного либо напуском, либо провисом струны каната, одна из ведущих шестерен уменьшит свою скорость вращения (например 3), а следовательно

 


уменьшится и путь проходимый гайкой 7 с управляющим магнитом 10 по отношению к гайке 8 с герконом 9. По этой причине последний разомкнет свой замыкающий контакт, который приведет в действие механизм аварийного торможения.

 

Вывод: проведенный обзор систем защиты, способов и устройств, предохраняющих шахтные подъемные установки от аварийных ситуаций, показал, что в этом направлении проведены серьезные исследования. Однако, несмотря на предложенные способы и устройства защиты, имеются серьезные недостатки. Каждое горнодобывающее предприятие имеет ряд характерных особенностей, вследствие которых применение какого-либо устройства защиты будет недопустимым, с точки зрения, безопасности, эксплуатационных и экономических затрат.

Технические решения, предлагаемые для контроля положения подъемных сосудов, провисания струны каната или его напуска

Данный вид защиты основан на том, что в момент зависания сосуда в стволе, резко нарушается уравновешенность системы, что вызывает изменение момента, а соответственно и тока якоря двигателя.

Используя данную закономерность и комбинируя её с известными устройствами контроля можно создать новое устройство, лишенное вышеперечисленных недостатков, достаточно надежное и соответствующее современному уровню техники.

В начале цикла – разгоне ШПУ происходят колебания тока якоря, не позволяющие достоверно оценить положение сосуда в шахтном стволе, т.к. пиковые значения тока якоря могут быть расценены как сигнал о зависании сосуда. Поэтому для контроля момента зависания предлагается установить энкодеры (высокоточные датчики скорости) на валы копровых шкивов и непосредственно на вал барабана ШПМ. Ввиду, инерционности подъемной установки, упругости каната, несовершенства механической части (трение в подшипниках) в электромеханической системе энкодеры будут фиксировать отклонения φ при запуске между валами копровых шкивов и барабана. Следовательно, в нормальном режиме работы ШПМ экспериментальным путем необходимо измерить угол φ рассогласования между копровыми шкивами и барабаном. Это значение будет отслеживаться на протяжении всего цикла, а, значит, можно судить о некотором среднем показателе, которое следует воспринимать как сигнал о нормальной работе подъема. Но при зависании опускающегося сосуда, даже на небольшой глубине, сила тяжести каната и подъемного сосуда перестанет воздействовать на копровой шкив, т.е. вращение шкива при зависании будет отлично от вращения в нормальном режиме. Значение угла рассогласования изменится, что и будет являться сигналом аварийной ситуации и подаче сигнала в цепь защиты предохранительного тормоза.

 
 

Предлагаемый вариант контроля положений подъемных сосудов, провисания струны каната или его напуска может быть реализован на главной подъемной установке шахты им. Сташкова после установки программируемого логического контроллера (ПЛК) и трех энкодеров. В общем виде устройство защиты от провисания и напуска каната представлено на рис.2.9.

 

 
 
Рисунок 2.9 – Предлагаемый вариант устройства защиты от провисания и напуска каната

 

 


Как видно, из рис.2.9, информация от энкодеров для обработки поступает напрямую в ПЛК. Т.к. измерительным элементом тока якоря является шунт в цепи якоря, то для передачи показаний в ПЛК необходимо иметь гальваническую развязку ГР с целью защиты ПЛК. Программируемый логический контроллер производит анализ углов рассогласования энкодеров и тока якоря и при нарушении нормальной работы вырабатывает управляющий сигнал в цепь предохранительного тормоза.

Достоинством данного устройства защиты является то, что замер токов и других необходимых величин производится на шунтах, в условиях сухой, не запыленной атмосферы машинного зала. Работа датчиков и относительно коротких линий связи практически абсолютно надежна. Контроль происходит по всей глубине ствола без оборудования последнего специальной оснасткой и датчиками. Отсутствует громоздкое и металлоемкое оборудование воспринимающее значительные силовые нагрузки, нет взаимодействия подвижных элементов. Отсутствуют перемещающиеся дистанционные датчики, требующие автономного электропитания, нет необходимости вносить корректировки в программу вследствие вытяжки канатов и пластической деформации элементов.

Вывод: применение предлагаемого варианта контроля положения подъемных сосудов, провисания струны каната или его напуска может на главной подъемной установке шахты «Благодатная» ПАО «ДТЕК Павлоградуголь» имеет социальный эффект направленный на повышение безопасности эксплуатации подъемного комплекса в целом.