基于磁懸浮技術(shù)的礦山深部罐籠提升設(shè)備

王隆揚(yáng) 陳會(huì)官 林一凡 吳陳幼 張春陽(yáng) 付梓煊

摘要：結(jié)合磁懸浮電梯以及礦井提升特點(diǎn)，將磁懸浮技術(shù)運(yùn)用到礦井提升設(shè)備中，提出磁懸浮罐籠，解決礦山生產(chǎn)中深部提升問(wèn)題。簡(jiǎn)述礦井提升裝置的現(xiàn)狀，并設(shè)計(jì)磁懸浮罐籠提升原理、零件選取與安全防護(hù)。運(yùn)用3DMAX軟件建立三維動(dòng)畫模型并模擬磁懸浮罐籠解決礦井深部提升問(wèn)題的過(guò)程。

關(guān)鍵詞：磁懸浮技術(shù)；深部提升；罐籠；3D建模

1引言

隨著國(guó)家工業(yè)化的發(fā)展，地表的礦物資源不斷減少，礦山大部分已由露天轉(zhuǎn)入地下，開(kāi)采深度也由幾百米發(fā)展到幾千米，導(dǎo)致提升礦物的難度也越來(lái)越大，這對(duì)礦井提升系統(tǒng)提出了極高的要求。但是，現(xiàn)如今任何一種提升系統(tǒng)都需要鋼絲繩作為媒介，隨著開(kāi)采深度的增加，鋼絲繩需要設(shè)計(jì)的越來(lái)越粗，使得鋼絲繩自重不斷增加、提升機(jī)越來(lái)越大型化，在達(dá)到一定深度時(shí)，有繩提升裝置將會(huì)受到極大的限制甚至無(wú)法使用。這成為限制傳統(tǒng)提升方式提升深度的一個(gè)重要因素。因此，隨著礦山開(kāi)采深度越來(lái)越深，迫切需要新的安全高效的提升設(shè)備改善提升狀況。

近年來(lái)，磁懸浮技術(shù)發(fā)展迅速，實(shí)現(xiàn)磁懸浮豎直提升已不是難事。磁懸浮罐籠采用無(wú)繩提升技術(shù)，提升量不受礦井深度的限制，與傳統(tǒng)有繩提升裝置相比較，更加適合深井提升。同時(shí)，在磁懸浮罐籠正常工作過(guò)程中摩擦損耗少，能量利用率高，對(duì)設(shè)備磨損輕微，相較普通罐籠，磁懸浮罐籠維修費(fèi)用更低，使用壽命更長(zhǎng)。

2磁懸浮罐籠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與原理介紹

2.1磁懸浮罐籠的組成結(jié)構(gòu)

磁懸浮罐籠主要由罐籠、直流電機(jī)、導(dǎo)向系統(tǒng)、永磁體、電阻式傳感器以及vvvF控制器組成，圖1為磁懸浮罐籠的初步設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。在罐籠八個(gè)角分別安裝有永磁鐵，上部四個(gè)永磁體磁極相同，下部四個(gè)永磁體磁極相同。在井筒四周安裝導(dǎo)向系統(tǒng)，導(dǎo)向系統(tǒng)由電磁導(dǎo)軌與輔助導(dǎo)軌兩部分組成，電磁導(dǎo)軌上按照一定間距軸對(duì)稱排列一定數(shù)量的線圈定子，為罐籠提供動(dòng)力。輔助導(dǎo)軌采用傳統(tǒng)的T型導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)靴以及導(dǎo)軌架組成，輔助導(dǎo)軌在磁懸浮罐籠正常工作時(shí)處于停滯狀態(tài)即滾動(dòng)導(dǎo)靴不與導(dǎo)軌接觸，僅在電流不穩(wěn)定以致罐籠左右搖擺時(shí)滾動(dòng)導(dǎo)靴與導(dǎo)軌接觸起輔助導(dǎo)向作用以及遇到突發(fā)性動(dòng)力喪失時(shí)起到緊急制動(dòng)作用，用來(lái)保證罐籠及其相關(guān)設(shè)備的安全。直流電機(jī)與VVVF控制器、電磁導(dǎo)軌串聯(lián)，傳感器安裝在罐籠上。

2.2磁懸浮罐籠的工作原理

在磁懸浮罐籠工作過(guò)程中，通過(guò)罐籠上的傳感器將罐籠的位置信息傳遞給控制器，再通過(guò)控制器不斷改變線圈定子的電流方向以及電流大小使罐籠平穩(wěn)運(yùn)行。在罐籠運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)控制器始終保持罐籠上的永磁體的磁極方向與該永磁體左上角或者右上角的線圈定子的磁極方向相同，始終保持罐籠上永磁體的磁極方向與該永磁體左下角或者右下角的線圈定子的磁極方向相反，這樣就使得每個(gè)永磁鐵上方的線圈定子對(duì)永磁體產(chǎn)生吸力，下方的線圈定子對(duì)永磁體產(chǎn)生斥力，根據(jù)磁懸浮罐籠運(yùn)行狀態(tài)控制各線圈電流大小，使罐籠按照設(shè)計(jì)的速度狀態(tài)運(yùn)行。

3磁懸浮罐籠提升三維模型

現(xiàn)如今虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)飛速發(fā)展，3D建模技術(shù)在礦山中的應(yīng)用已不在少數(shù)。為了能夠更好的演示磁懸浮罐籠的工作原理以及驗(yàn)證磁懸浮罐籠技術(shù)的可行性，我們利用3DMAX軟件制作磁懸浮罐籠的三維虛擬模型，虛擬模型展示如圖2。

4結(jié)論

現(xiàn)如今影響礦山深部開(kāi)采的原因歸納起來(lái)主要有三大因素：高應(yīng)力、高地溫、高井深。其中“高井深”導(dǎo)致的主要問(wèn)題是提升設(shè)備大型化，甚至當(dāng)開(kāi)采到一定深度時(shí)傳統(tǒng)提升設(shè)備將無(wú)法正常工作，由此也引出了大型提升設(shè)備安裝、維護(hù)困難，經(jīng)濟(jì)成本高等問(wèn)題。

磁懸浮技術(shù)高速發(fā)展，磁懸浮電梯已然成為現(xiàn)實(shí)。結(jié)合深部礦井提升特點(diǎn)與磁懸浮電梯而提出的磁懸浮罐籠用來(lái)解決深部礦井提升困難等問(wèn)題。磁懸浮罐籠采用無(wú)繩提升技術(shù)，解除了鋼絲繩對(duì)開(kāi)采深度的限制。同時(shí)也減少了設(shè)備與設(shè)備之間的摩擦損耗，降低成本。