В Институте геотехнической механики им. Н.С. Полякова HAH Украины разработан многоцелевой портативный микропроцессорный комплекс инструментального экспресс-контроля и диагностики состояния оборудования шахтных подъемных установок для служб контроля, ремонта и наладки.

Оперативный диагностический контроль оборудования шахтных подъемных установок обеспечивает:

- определение аварийноопасных участков армировки клетевых и скиповых отделений шахтных стволов;

- контроль зазоров между узлами подъемных сосудов и стволовым оборудованием;

- регулировку натяжений канатов;

- дефектоскопию канатов;

- регулировку аварийного тормоза;

- регулировку системы управления электроприводом.

В экспертном программном обеспечении комплекса использована нормативная база по эксплуатации подъемных установок шахт и рудников. Состав поставки: микропроцессорный накопительно-обрабатывающий модуль, комплекты датчиков, фидеры.

Система позволяет получить: протокол обработки данных через 10-15 мин. после окончания измерений в распечатанном виде на портативном принтере или видеомониторе станции.

Данные, предоставляемые станцией, позволяют:

- после проведения ремонта армировки и работ на сосуде (замена проводников и др.) оперативно оценить качество работ и выявить оставшиеся локальные монтажные непрямолинейности профиля проводников;

- при текущей эксплуатации подъема на стадии зарождения дефекта выявить ярусы расстрелов, где повышенный уровень динамических нагрузок в первую очередь приведет к повышенному износу проводников и создаст аварийную ситуацию;

- оперативно оценить техническое состояние и рабочие параметры оборудования подъемных установок;

- рационально спланировать планово-предупредительные ремонтные работы в стволе, снизить аварийность работы подъема, продлить срок службы оборудования.

Аппаратура МАК-1, МАК-2 позволяет исследовать систему «подъемный сосуд-арми-ровка стволов». MAK-I применяют для определения вертикальных и горизонтальных ускорений направляющих подъемных сосудов, контактных усилий в парах «башмак скольжения-провод-ник» в лобовой и боковой плоскости. МАК-2 предназначен для определения контактных усилий в парах «башмак скольжения-проводник» в лобовой и боковой плоскости, ускорений направляющих подъемных сосудов.

При этом используют силоизмерительные башмаки с датчиками усилий взамен традиционных башмаков, датчик-индикатор ярусов армировки, блоктензоусилителей, измерительно-регистрационный комплекс (модуль), пульт дистанционного управления на осмотровой площадке подъемного сосуда.


Комплекс проверки состояния оборудования
План расположения технических средств акселерометрического комплекса на подъемном сосуде

 

Комплекс проверки состояния оборудования

План расположения технических средств силоизмерительного комплекса на подъемном сосуде


В работе «Современное состояние диагностической аппаратуры для шахтных подъемных установок и перспективы её использования» показано, что в настоящее время наиболее современной на территории СНГ является микропроцессорная аппаратура контроля (МАК) Института геотехнической механики им. Н.С. Полякова HAH Украины (г. Днепропетровск), которая, в отличие от описанных выше аналогов, прошла государственную метрологическую аттестацию и постоянно применяется в рудоподъемных стволах Украины. С 2006 года эксплуатируется новая, разработанная и изготовленная совместно с фирмой «Ракон», измерительная станция 3-го поколения МАК-3 для динамического контроля систем «сосуд-армировка» вертикальных стволов. Данная станция обеспечивает одновременную непрерывную цифровую регистрацию контактных нагрузок сосуда на проводники в боковой и лобовой плоскостях по 6-ти каналам, горизонтальные и вертикальные ускорения направляющих сосуда по 7-ми каналам при движении сосуда в стволе синхронно с отметками ярусов расстрелов и вертикальной скоростью сосуда. Измерительные датчики могут устанавливаться на всех направляющих узлах верхнего и нижнего поясов скипа, клети или контрвеса.

Аппаратура собрана по классической схеме (ПЭВМ-АЦП-усилитель-датчики). В ее комплект входят установленные в одном защитном корпусе: ПЭВМ типа Notebook на базе процессора Pentium, многоканальный контроллер типа USB 4711 PC 1abCartseries фирмы Advantech с аналого-цифровым преобразователем, тензоусилительный блок на базе модулей 5В38-5В35 фирмы Ana1ogdevices, аккумуляторный источник питания, и бесконтактные датчики ускорений (акселерометры), изготовленные на базе микрочипа ADX1/150 фирмы Ana1ogdevices и силоизмерительные башмаки с контактными датчиками фирмы «Метриком», лучевые датчики-отметчики расстрелов фирмы Kar1o Gazzini типа ACDS 18-04, соединительные провода, дистанционный пульт управления записью. Все первичные преобразователи имеют гальваническую развязку друг от друга.

Силоизмерительные направляющие башмаки, в которые встроены тензодатчики, устанавливаются на месте рабочих башмаков подъемного сосуда. Датчики ускорений устанавливаются по геометрическим границам сосуда. Информация фиксируется одновременно и записывается в цифровом формате на винчестер внутренней ПЭВМ. Системный блок аппаратуры имеет следующие характеристики:

- число измерительных аналоговых каналов (7 акселерометрических, 6 тензометрических, 1 для датчика скорости) - 14;

- число цифровых входных для индикаторов расстрелов - 2;

- напряжение питания - 12 В;

- время непрерывной работы без подзарядки - до 4-5 час;

- частота опроса датчиков с сохранением на винчестере, регулируется программно - 0,5-30 кГц;

- объем свободной памяти для записи данных - до 2 Гб;

- управление работой дистанционное, по радиоканалу, ручное, с выносного пульта;

- габариты - 600x200x400 мм.

Измерения в стволе осуществляются при груженом или порожнем сосуде с рабочей скоростью автоматически без присутствия людей в течение нескольких часов на необходимой для набора статистической информации выборке рабочих циклов подъема.

Общими и основными при контактных измерениях элементами, во всех описанных выше образцах аппаратуры являются контактные силоизмерительные башмаки, которые должны устанавливаться на подъемном сосуде вместо рабочих. Несмотря на сильное развитие электроники регистрирующих блоков измерительной техники, проблема получения достаточно точных значений контактных нагрузок во время измерений, по которым можно достоверно судить об эксплуатационных нагрузках, действующих при работе сосуда с его собственными рабочими башмаками, по-прежнему упирается в надежность работы первичных измерительных преобразователей, которыми являются измерительно-направляющие устройства (башмаки).

В статье «Кинематика взаимодействия силоизмерительных башмаков шахтных подъемных сосудов с рабочими поверхностями проводников жесткой армировки» описана кинематика взаимодействия силоизмерительного башмака подъемного сосуда, содержащего встроенный плоский датчик типа месдозы с выступающим в сторону проводника на 2-3 мм выпуклым защитным колпачком чувствительного элемента. По такой же принципиальной схеме устроены и все остальные, применявшиеся другими организациями, силоизмерительные башмаки.


Комплекс проверки состояния оборудования
Принципиальная схема расположения датчиков в башмаке

 

Особенностью этой схемы измерения контактной нагрузки является то, что она предназначена для восприятия полной контактной нагрузки на рабочую грань башмака в виде сосредоточенной силы, приложенной перпендикулярно к его поверхности в вершине выступа защитного колпачка. При этом внутренние поверхности сопряжения контакта и чувствительного элемента месдозы должны быть изготовлены так, чтобы вся внешняя контактная нагрузка на защитный элемент без искажений передавалась на чувствительный элемент по нормальной точке при любых возможных перекосах сосуда в пределах кинематических зазоров.

Для соблюдения на практике этих требований необходима прецизионная обработка поверхностей сопрягаемых деталей с выполнением механической обработки высокого класса точности и термической обработки для обеспечения линейной зависимости между внешним усилием и деформацией поверхности, на которую наклеиваются высокочувствительные тензорезисторы, преобразующие деформации внутренней поверхности упругого элемента в выходной электрический сигнал, а так же исключая возможность заклинивания подвижных частей в пределах малых зазоров.

В реальном предохранительном башмаке динамическая контактная нагрузка от проводника, передающаяся в движении со скольжением, распределена по всей его рабочей поверхности.

 

Комплекс проверки состояния оборудования
Схема распределения нагрузки на поверхность рабочего башмака

 

По поверхности башмака она распределена неопределенным образом. В каждый момент времени этот закон распределения определяется формой рабочей поверхности проводника (на ней могут быть локальные уступы на стыках, коррозионные впадины и т.п.). Поэтому, даже если в силоизмерительном башмаке динамическая контактная нагрузка передается только через выступ измерительного датчика, то все равно нельзя быть уверенным, что полученное значение будет в точности равно равнодействующей распределенной нагрузки в случае рабочих башмаков. Оценить погрешность такого метода измерений в реальных промышленных условиях не представляется возможным из-за того, что в разных точках ствола, или в одних и тех же точках, но на разных циклах движения из-за колебаний сосуда поверхности башмака и проводника при контакте могут быть не вполне параллельны, либо башмак будет контактировать с проводником по боковым граням только частью своей поверхности из-за отклонений в лобовой плоскости и уменьшения области зацепления.

Из этого анализа следует, что наиболее перспективным для серийного промышленного применения при динамических испытаниях армировки должны быть силоизмерительные башмаки, схема измерения которых гарантировано обеспечивает передачу На измерительный узел всей равнодействующей распределенной нагрузки, действующей на вкладыш рабочего башмака, при любых вариантах контакта башмака и проводника в лобовой и боковой плоскостях.

Каждая из организаций, занимавшаяся такими измерениями, разрабатывала свою конструкцию датчиков. Они отличались между собой своей надежностью, точностью и долговечностью в зависимости от того, предназначались ли они для длительных промышленных измерений или только для кратковременных экспериментальных исследований на небольшой выборке циклов для выведения общих закономерностей динамики сосуда в конкретном стволе. Подавляющее большинство силоизмерительных узлов предназначались и применялись только для кратковременных экспериментальных исследований.

Проблема обеспечения надежности работы узла заключается в том, что он длительное время (1-2 ч) должен находиться в условиях интенсивного трения с нагревом, вплоть до появления следов побежалости, при ударном нагружении своего чувствительного элемента датчика с усилием до 100 кН. При этом он не должен иметь толщины большей, чем толщина вкладыша предохранительного башмака, чтобы не вызвать затирание подъемного сосуда в проводниках из-за уменьшения кинематических зазоров и не исказить картину динамического состояния системы «сосуд-армировка».

На действующих в горнорудной промышленности скиповых и клетевых подъемах применяются сосуды различной грузоподъемности от 10 т до 50 т с проводниками сечением от 160x160 мм до 200x220 мм. Соответственно размеры и толщина вкладышей применяемых башмаков колеблется в диапазоне от 10 мм до 50 мм, а ширина суммарных кинематических зазоров между башмаками и проводниками на практике колеблется в пределах от 20 мм до 70 мм. Поэтому, при проведении динамических испытаний каждый раз возникает проблема предварительной разработки нового типоразмера или конструкции силоизмерительного датчика, который с одной стороны должен быть настолько прочным (а значит должен иметь необходимую толщину металла упругого элемента), чтобы выдержать ударные нагрузки такого уровня, а с другой стороны, его толщина не должна превышать более чем на 1-2 мм толщину вкладыша башмака по указанным выше причинам.

Трудности с разрешением этого технического противоречия делают проведение промышленного динамического контроля с такими датчиками весьма дорогостоящей и длительной процедурой, так как практически на каждый подъемный сосуд с его размером проводников надо разрабатывать и изготавливать новый комплект дорогостоящих датчиков. Кроме этого, не смотря на наличие в применяемых конструкциях защитных элементов, из-за тяжелых условий работы за несколько испытаний датчики выходят из строя, что требует их значительного запаса в лаборатории при проведении большой серии испытаний. Такое положение превращает их практически в категорию расходных материалов, которые к тому же надо тарировать и метрологически поверять перед каждыми испытаниями. По этим причинам, не смотря на свою актуальность для всех действующих шахтных стволов, этот вид динамических испытаний не нашел массового систематического применения ни в нашей стране ни за рубежом.

На Украине, где подавляющее большинство шахтных стволов эксплуатируются в условиях потери прочности армировки на 50-60%, такому контролю по плановым графикам Госгорпром-надзора Украины силами Лаборатории проблем диагностики и испытаний шахтных подъемных комплексов ИГТМ HAH Украины подвергается до 4-5 стволов в год при гораздо большей практической потребности промышленности в их применении. Такое положение требует, кроме разработки альтернативных методов определения контактных нагрузок при бесконтактном измерении других динамических параметров взаимодействия сосудов с армировкой, так же и совершенствования конструкции и унификации силоизмерительных устройств, которые бы имели значительно большую долговечность и надежность в работе, могли бы устанавливаться на сосуде за короткое время и работать со всеми, имеющимися на практике типоразмерами коробчатых проводников.

На угледобывающих предприятиях Украины, где на проведение систематического динамического контроля необходимо не менее чем на рудных, в основном применяются рельсовые проводники типов Р38-Р43, поэтому создание силоизмерительных устройств для этих условий так же является актуальной задачей, решение которой направлено на повышение безопасности эксплуатации подъемных комплексов.

В настоящее время больше нет смысла говорить о разработке вторичной измерительной аппаратуры в кустарных условиях испытательных лабораторий, как это было еще 15-20 лет назад, так как широкий выбор стандартизованных компонентов лучших мировых и отечественных производителей доступен практически всем. Исключение составляет лишь отдельные оригинальные первичные преобразователи, индивидуальные для каждого объекта исследований. В нашем случае - это контактные си-лоизмерительные устройства для рельсовых и коробчатых проводников. Их необходимо разрабатывать по оригинальным проектам совместно с фирмами, специализирующимися в этой области с учетом реальной динамики взаимодействия подъемных сосудов разных типов с армировкой стволов.




Другие новости по теме: