一种深井提升系统智能防坠方法与装置与流程

本发明属于深井提升系统防坠技术领域，具体涉及一种永磁式缓速器与传统机械式防坠器相结合的深井提升系统智能防坠方法与装置。

背景技术：

近年来，随着煤炭产业迅速发展，我国对煤矿安全的要求也越来越严格，但采矿业目前仍是高危行业之一。其中，深井提升设备是连接井下和地面的重要设备，一旦深井提升系统发生坠物事故，造成人员伤亡的同时也伴随着设备损毁、生产中断、延误工期等一系列问题，严重影响矿山生产活动的正常进行。在深井提升系统工作期间，由于提升钢丝绳断裂、违章作业、安全设施不完善、检修不到位、安全设施误操作、控制系统失灵等原因均可能造成坠物事故。此时，防坠系统是唯一可以使提升容器平稳停止、保障工作人员和运输设备安全的有效手段。因此，设计一种安全可靠的防坠系统对于减少坠物事故的发生、提高煤矿产业安全性具有重要的现实意义。

在深井提升系统中加装防坠器，是国内外对提升设备采取的主要安全保护措施。随着各种类型防坠器的推广和应用，在一定程度上有效的减少了矿难事故的发生，但矿井提升设备事故仍然存在。目前各类矿山普遍使用的防坠器有三种，分别为FS型防坠器、GS型防坠器和BF型防坠器。这三种防坠器都是由安装在提升容器上的抓捕器、安装在井架上的缓冲器、缓冲绳、制动绳、连接器、拉紧装置这几部分组成，三种防坠器的区别主要是抓捕器的不同。

FS型防坠器是沈阳煤矿设计研究院根据苏联的“断绳保险器”设计而成，采用杠杆滑楔式抓捕机构，当提升钢丝绳突然断裂后，弹簧伸长，通过传动机构引导两块楔子向上运动，贴紧制动绳，楔子与制动绳之间存在摩擦力，摩擦力不断增大直至完全抓住制动绳，最终实现提升容器制动，具有动作灵敏、抓捕较可靠等优点，但抓捕后恢复过程较困难，误动作较多，且结构复杂、自重较大。

GS型防坠器采用偏心杠杆闸瓦式抓捕机构，当提升钢丝绳突然断裂后，弹簧伸长，通过传动机构使偏心杠杆发生转动，两个闸瓦逐渐逼近直至卡死主制动绳，实现制动效果，具有自重较轻、复位容易、更为安全可靠等优点，但磨损严重，需要定期更换零部件。

BF型防坠器采用滚动摩擦楔形抓捕机构，当提升钢丝绳突然断裂后，拉簧收缩，通过传动机构使得两块滑楔同时向上运动并贴紧制动绳，楔子与制动绳之间产生的摩擦力使得楔子继续向上运动，直至完全抓紧制动绳，实现对坠落提升容器的抓捕，具有结构简单、自重轻、抓捕可靠、复位方便、安全系数高、零部件使用寿命长、维修方便等优点，但在制动过程中由于惯性作用，提升容器会产生较大震动，且在发生飞车事故(绞车控制系统失灵)时无法产生有效制动动作。

上述几种防坠器均是通过机械传动使闸瓦或楔子贴紧制动绳，利用两者之间产生的摩擦力实现制动效果，属于机械抓捕，磨损较大、拉力弹簧断裂、制动过程震动较大及制动距离较长等问题。

目前磁力缓速器多用于重型卡车的制动系统中，包括电磁缓速器和永磁式缓速器两种。

电磁缓速器是在汽车领域应用较多的一种磁力缓速器，电磁线圈安装在定子上，通过控制定子绕组的通断电和电流大小来控制电磁缓速器的励磁和制动力矩大小，具有结构简单，生产成本不高，制动转矩范围广，响应时间快，工作噪音小，制动转矩可调，低故障率，维修方便等优点；但电磁缓速器是通过电磁线圈励磁，线圈发热严重，易引起热衰退(由于制动时间较长或制动力矩较大使线圈发热而导致的制动力矩下降、制动距离变长的现象)，高能耗，蓄电池快速放电后需长时间充电，恢复时间较长且蓄电池经常大功率放电会降低使用寿命，增加了维护成本，不够节能环保。

永磁式缓速器是利用自身固有的永磁体产生磁场，通过机械传动控制永磁体位置来控制励磁路径，从而控制制动力矩的变化，克服了电磁缓速器能耗大、热衰退等问题，永磁式缓速器采用高性能的钕铁硼永磁体励磁，无需供电，永磁体本身不会发热，不存在热衰退现象，不需要配备蓄电池，易实现轻量化，励磁稳定，制动力矩稳定。

目前磁力缓速器在交通运输业应用较多，市场上还没有出现通过磁力缓速器与防坠器相结合的防坠装置及方法对深井提升系统进行安全保护。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是为了解决已有技术的缺陷，提供一种永磁式缓速器与现有防坠器相结合的深井提升系统智能防坠方法与装置。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种深井提升系统智能防坠方法，该深井提升系统包括设置在井筒内的提升容器，该智能防坠方法包括：

沿井筒内壁均匀布置电磁缓速装置，所述电磁缓速装置包括永磁式缓速器、机械传动装置、速度传感器、控制器、手控开关，永磁式缓速器包括设置在井筒内壁上的磁铁支架，磁铁支架是由屏蔽层和磁极片嵌接组合而成，屏蔽层为非导磁材料，磁极片为导磁材料，在磁铁支架上沿提升容器运动方向间隔设置若干个永磁体，并且相邻两个永磁体极性相反，永磁体之间通过非导磁块相互粘结为一个永磁体组合，在井筒内壁的其中一侧沿横向方向均匀布置多个同样的永磁体组合，在井筒内壁的对面一侧也同样对称布置数量相同的永磁体组合，机械传动装置主要由电机、减速箱和齿轮组成，电机输出轴与减速箱相连，减速箱输出轴与齿轮相连，齿轮与永磁体组合之间为齿轮齿条啮合连接，通过电机带动齿轮旋转，可以使永磁体组合在磁铁支架上做水平移动，当永磁体组合对准磁极片时，相邻永磁体磁感线穿过磁极片形成回路，此时永磁体处于工作位置，当永磁体组合与磁极片相互错开时，永磁体磁感线被屏蔽层屏蔽，此时永磁体处于屏蔽位置，速度传感器连接控制器，速度传感器用于对检测提升容器的运行速度进行实时监测并向控制器发送速度信号，控制器用于分析处理速度信号并向电机发送控制信号，手控开关的手柄直接与电机相连，用于手动控制永磁体组合在磁铁支架上做水平移动；同时将机械抓捕装置与提升容器相连，机械抓捕装置为BF型防坠器；

自动防坠控制：速度传感器对提升容器的运行速度进行实时监测，并把速度信号转化为电信号输出至控制器，控制器对速度传感器信号进行分析处理，当提升钢丝绳突然发生断裂引起坠井事故或提升容器的运行速度超过安全范围时，控制器向机械传动装置发出动作指令，通过机械传动装置带动永磁体离开屏蔽位置进入工作位置并产生磁场，使提升容器在磁场中做切割磁感线的运动，产生阻碍提升容器继续运动的力矩，实现对提升容器的缓速控制；当提升钢丝绳突然发生断裂引起坠井事故时，通过BF型防坠器自动实现对提升容器的平稳、可靠抓捕；

手动防坠控制：当提升钢丝绳突然发生断裂引起坠井事故时，通过安装在提升容器内部的手动开关向机械传动装置发出动作指令，通过机械传动装置带动永磁体离开屏蔽位置进入工作位置并产生磁场，使提升容器在磁场中做切割磁感线的运动，产生阻碍提升容器继续运动的力矩，实现对提升容器的缓速控制；同时通过BF型防坠器自动实现对提升容器的平稳、可靠抓捕。

一种深井提升系统智能防坠装置，该深井提升系统包括设置在井筒内的提升容器，该智能防坠装置包括电磁缓速装置和机械抓捕装置；

所述电磁缓速装置沿井筒内壁均匀布置，包括永磁式缓速器、机械传动装置、速度传感器、控制器、手控开关，永磁式缓速器包括设置在井筒内壁上的磁铁支架，磁铁支架是由屏蔽层和磁极片嵌接组合而成，屏蔽层为非导磁材料，磁极片为导磁材料，在磁铁支架上沿提升容器运动方向间隔设置若干个永磁体，并且相邻两个永磁体极性相反，永磁体之间通过非导磁块相互粘结为一个永磁体组合，在井筒内壁的其中一侧沿横向方向均匀布置多个同样的永磁体组合，在井筒内壁的对面一侧也同样对称布置数量相同的永磁体组合，机械传动装置主要由电机、减速箱和齿轮组成，电机输出轴与减速箱相连，减速箱输出轴与齿轮相连，齿轮与永磁体组合之间为齿轮齿条啮合连接，通过电机带动齿轮旋转，可以使永磁体组合在磁铁支架上做水平移动，当永磁体组合对准磁极片时，相邻永磁体磁感线穿过磁极片形成回路，此时永磁体处于工作位置，当永磁体组合与磁极片相互错开时，永磁体磁感线被屏蔽层屏蔽，此时永磁体处于屏蔽位置，速度传感器连接控制器，速度传感器用于对检测提升容器的运行速度进行实时监测并向控制器发送速度信号，控制器用于分析处理速度信号并向电机发送控制信号，手控开关的手柄直接与电机相连，用于手动控制永磁体组合在磁铁支架上做水平移动；

所述机械抓捕装置与提升容器相连，机械抓捕装置为BF型防坠器。

进一步的，所述永磁体为钕铁硼永磁体。

进一步的，所述BF型防坠器包括拉紧装置、抓捕器、制动绳、连接器、缓冲器、缓冲绳，制动绳下端与提升容器顶部相连，制动绳上端穿过抓捕器的滚动摩擦楔形抓捕机构后再通过连接器与缓冲绳下端相连，缓冲绳上端穿过缓冲器与提升系统最上方的滚筒相连，拉紧装置布置在井筒最下方，拉紧装置通过拉紧绳与提升容器底部相连，用于产生一定的拉紧力来拉紧制动绳。

有益效果：本发明是基于永磁式缓速器与现有防坠器相结合的深井提升系统智能防坠装置，通过永磁式缓速器对提升容器进行缓速处理的同时采用防坠器进行机械抓捕，减小机械式防坠器工作压力和磨损，大大延长了设备使用寿命，制动平稳，大大缩短制动距离，维护检修方便，节能环保，抓捕可靠，对提升系统超速运行也能有效控制，提高了深井提升设备的安全系数。

附图说明

图1是本发明的装配结构示意图；

图2是永磁式缓速器非工作状态时的结构俯视图；

图3是图2中虚线A位置的剖面图；

图中，1、拉紧装置，2、电磁缓速器，3、提升容器，4、抓捕器，5、制动绳，6、连接器，7、缓冲器，8、缓冲绳，21、非导磁块，22、永磁体，23、磁极片，24、齿轮，25、电机，26、减速箱，27、屏蔽层。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1至3所示，本发明的一种深井提升系统智能防坠方法，该深井提升系统包括设置在井筒内的提升容器3，该智能防坠方法包括：

沿井筒内壁均匀布置电磁缓速装置，所述电磁缓速装置包括永磁式缓速器2、机械传动装置、速度传感器、控制器、手控开关，永磁式缓速器2包括设置在井筒内壁上的磁铁支架，磁铁支架是由屏蔽层27和磁极片23嵌接组合而成，屏蔽层27为非导磁材料，磁极片23为导磁材料，在磁铁支架上沿提升容器3运动方向间隔设置若干个永磁体22，并且相邻两个永磁体22极性相反，永磁体22之间通过非导磁块21相互粘结为一个永磁体组合，在井筒内壁的其中一侧沿横向方向均匀布置多个同样的永磁体组合，在井筒内壁的对面一侧也同样对称布置数量相同的永磁体组合，机械传动装置主要由电机25、减速箱26和齿轮24组成，电机25输出轴与减速箱26相连，减速箱26输出轴与齿轮24相连，齿轮24与永磁体组合之间为齿轮齿条啮合连接，通过电机25带动齿轮24旋转，可以使永磁体组合在磁铁支架上做水平移动，当永磁体组合对准磁极片23时，相邻永磁体22磁感线穿过磁极片23形成回路，此时永磁体22处于工作位置，当永磁体组合与磁极片23相互错开时，永磁体22磁感线被屏蔽层27屏蔽，此时永磁体22处于屏蔽位置，速度传感器连接控制器，速度传感器用于对检测提升容器3的运行速度进行实时监测并向控制器发送速度信号，控制器用于分析处理速度信号并向电机25发送控制信号，手控开关的手柄直接与电机25相连，用于手动控制永磁体组合在磁铁支架上做水平移动；同时将机械抓捕装置与提升容器3相连，机械抓捕装置为BF型防坠器；

自动防坠控制：速度传感器对提升容器3的运行速度进行实时监测，并把速度信号转化为电信号输出至控制器，控制器对速度传感器信号进行分析处理，当提升钢丝绳突然发生断裂引起坠井事故或提升容器3的运行速度超过安全范围时，控制器向机械传动装置发出动作指令，通过机械传动装置带动永磁体22离开屏蔽位置进入工作位置并产生磁场，使提升容器3在磁场中做切割磁感线的运动，产生阻碍提升容器3继续运动的力矩，实现对提升容器3的缓速控制；当提升钢丝绳突然发生断裂引起坠井事故时，通过BF型防坠器自动实现对提升容器的平稳、可靠抓捕；

手动防坠控制：当提升钢丝绳突然发生断裂引起坠井事故时，通过安装在提升容器3内部的手动开关向机械传动装置发出动作指令，通过机械传动装置带动永磁体22离开屏蔽位置进入工作位置并产生磁场，使提升容器3在磁场中做切割磁感线的运动，产生阻碍提升容器3继续运动的力矩，实现对提升容器3的缓速控制；同时通过BF型防坠器自动实现对提升容器的平稳、可靠抓捕。

如图1至3所示，本发明的一种深井提升系统智能防坠装置，该深井提升系统包括设置在井筒内的提升容器3，该智能防坠装置包括电磁缓速装置和机械抓捕装置。

所述电磁缓速装置沿井筒内壁均匀布置，包括永磁式缓速器2、机械传动装置、速度传感器、控制器、手控开关，永磁式缓速器2包括设置在井筒内壁上的磁铁支架，磁铁支架是由屏蔽层27和磁极片23嵌接组合而成，屏蔽层27为非导磁材料，磁极片23为导磁材料，在磁铁支架上沿提升容器3运动方向间隔设置若干个永磁体22，所述永磁体22为钕铁硼永磁体，并且相邻两个永磁体22极性相反，永磁体22之间通过非导磁块21相互粘结为一个永磁体组合，在井筒内壁的其中一侧沿横向方向均匀布置多个同样的永磁体组合，在井筒内壁的对面一侧也同样对称布置数量相同的永磁体组合，机械传动装置主要由电机25、减速箱26和齿轮24组成，电机25输出轴与减速箱26相连，减速箱26输出轴与齿轮24相连，齿轮24与永磁体组合之间为齿轮齿条啮合连接，通过电机25带动齿轮24旋转，可以使永磁体组合在磁铁支架上做水平移动，当永磁体组合对准磁极片23时，相邻永磁体22磁感线穿过磁极片23形成回路，此时永磁体22处于工作位置，当永磁体组合与磁极片23相互错开时，永磁体22磁感线被屏蔽层27屏蔽，此时永磁体22处于屏蔽位置，速度传感器连接控制器，速度传感器用于对检测提升容器3的运行速度进行实时监测并向控制器发送速度信号，控制器用于分析处理速度信号并向电机25发送控制信号，手控开关的手柄直接与电机25相连，用于手动控制永磁体组合在磁铁支架上做水平移动。

所述机械抓捕装置与提升容器3相连，机械抓捕装置为BF型防坠器。所述BF型防坠器包括拉紧装置1、抓捕器4、制动绳5、连接器6、缓冲器7、缓冲绳8，制动绳5下端与提升容器3顶部相连，制动绳5上端穿过抓捕器4的滚动摩擦楔形抓捕机构后再通过连接器6与缓冲绳8下端相连，缓冲绳8上端穿过缓冲器7与提升系统最上方的滚筒相连，拉紧装置1布置在井筒最下方，拉紧装置1通过拉紧绳与提升容器3底部相连，用于产生一定的拉紧力来拉紧制动绳5。所述的制动绳5是BF型防坠器的主要支撑元件，制动绳5的具体根数及尺寸要根据实际工况进行选择。

在提升过程中，抓捕器4的滚动摩擦楔形抓捕机构中的拉簧为拉伸状态，制动绳5可自由穿过，一旦提升钢丝绳发生断裂，拉簧收缩，使两块滑楔同时向上运动并夹紧制动绳5，使制动绳5受到一个方向垂直向上且逐渐增大的摩擦阻力，通过连接器6把制动绳5上承受的力传递给缓冲绳8，缓冲绳通过缓冲器时产成的弯曲变形阻力和摩擦阻力来消耗提升容器3的动能，最终实现对提升容器3的平稳、可靠抓捕。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。