架空乘人裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王坦果

（山西義棠煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 介休 032000）

引言

當(dāng)前，我國(guó)綜采工作面的自動(dòng)化、機(jī)械化程度已經(jīng)達(dá)到較高水平，要想更進(jìn)一步提升煤炭的生產(chǎn)效率，一方面要從根本上解決關(guān)鍵核心技術(shù)；另一方面要提高輔助運(yùn)輸設(shè)備的機(jī)械化、自動(dòng)化程度，為整體上提升綜采工作面的生產(chǎn)能力奠定基礎(chǔ)。架空乘人裝置作為運(yùn)輸人員的設(shè)備，在實(shí)際運(yùn)行中存在設(shè)備無(wú)人乘坐時(shí)的大量電能被損耗，同時(shí)還加劇了架空乘人裝置的磨損問(wèn)題[1]。本文重點(diǎn)對(duì)架空乘人裝置進(jìn)行技術(shù)改造，最終達(dá)到提高運(yùn)輸效率、降低運(yùn)輸成本的目的。

1 架空乘人裝置參數(shù)的確定

架空乘人裝置主要功能為對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的運(yùn)輸，減少作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。為保證架空乘人裝置功能的全面發(fā)揮，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中需遵循如下要求：

1）架空乘人裝置的運(yùn)行速度滿足《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；其中，設(shè)備距離巷道兩側(cè)的距離不得小于0.7 m，運(yùn)輸速度不得大于1.2 m/s。

2）架空乘人裝置必須配置相應(yīng)的制動(dòng)器；

3）架空乘人裝置在實(shí)際運(yùn)輸過(guò)程中吊桿和鋼絲繩之間的連接樞紐不能脫扣；

4）在人員下車(chē)的前方必須設(shè)置有自動(dòng)停車(chē)的安全裝置[2]。

本文所設(shè)計(jì)的架空乘人裝置使用巷道的坡度小于40°；綜合現(xiàn)場(chǎng)工作面的瓦斯、煤塵的實(shí)際情況，并結(jié)合《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。在充分理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，確定可適用于煤礦的架空乘人裝置的關(guān)鍵參數(shù)如表1 所示。

2 架空乘人裝置主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 驅(qū)動(dòng)裝置

驅(qū)動(dòng)裝置為架空乘人裝置的核心。一般情況下，架空乘人裝置的驅(qū)動(dòng)裝置采用懸空安裝的方式。綜合表1 中要求的架空乘人裝置的使用環(huán)境條件設(shè)置驅(qū)動(dòng)輪的直徑為1 200 mm，其主體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

表1 架空乘人裝置使用環(huán)境的關(guān)鍵參數(shù)及要求

圖1 架空乘人驅(qū)動(dòng)裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖

為保證驅(qū)動(dòng)裝置中驅(qū)動(dòng)輪的耐磨性，本項(xiàng)目中驅(qū)動(dòng)輪采用材質(zhì)為K25 的高強(qiáng)度耐磨輪襯；結(jié)合架空乘人裝置的使用工況及煤礦的防爆要求，選用型號(hào)為YB-250M-6 型電動(dòng)機(jī)為其驅(qū)動(dòng)裝置；結(jié)合運(yùn)輸速度為0.96 m/s 和電動(dòng)機(jī)的選型結(jié)果，為電動(dòng)機(jī)配置型號(hào)為MC3RVHF08-63 的減速器；制動(dòng)器為保證架空乘人裝置安全運(yùn)行的關(guān)鍵期間，結(jié)合《煤炭安全規(guī)程》中規(guī)定的關(guān)于人員運(yùn)輸設(shè)備的制動(dòng)要求，要求所選型的制動(dòng)器的制動(dòng)力矩不得小于1 250 N·m。因此，為本文所設(shè)計(jì)的架空乘人裝置配置型號(hào)為BYWZ3B315/90型的電力液壓塊式制動(dòng)器。

2.2 鋼絲繩

根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，驅(qū)動(dòng)輪與鋼絲繩的直徑之比不得小于60。本方案中選用驅(qū)動(dòng)輪的直徑為1 200 mm，則對(duì)應(yīng)鋼絲繩的直徑不得大于20 mm。同時(shí)，為保證實(shí)際運(yùn)輸過(guò)程中乘坐人員的安全性，一般選用可消除內(nèi)應(yīng)力的鋼絲繩[3]。因此，本方案中選用直徑為19 mm 的右向同捻帶纖維芯的股式結(jié)構(gòu)鋼絲繩，該鋼絲繩對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)為6。

2.3 張緊裝置

張緊裝置的主要作用是保證架空乘人裝置鋼絲繩的垂度滿足《煤炭安全規(guī)程》的標(biāo)準(zhǔn)要求；同時(shí)，張緊裝置可根據(jù)實(shí)際工況對(duì)鋼絲繩的張力進(jìn)行調(diào)整，保證驅(qū)動(dòng)輪和鋼絲繩之間的摩擦力滿足要求。

張緊裝置需在機(jī)尾處吊裝重錘，一般要求重錘的重量為鋼絲繩額定牽引力的25%。為裝置裝配可提供一定初張力的張緊小車(chē)，避免鋼絲繩由于初張力不夠出現(xiàn)彎曲疲勞，從而導(dǎo)致鋼絲繩被破壞[4]。一般張緊小車(chē)的結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 張緊小車(chē)結(jié)構(gòu)示意圖

3 架空乘人裝置的應(yīng)用效果

在上述關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的支撐下，基于PLC 控制器實(shí)現(xiàn)了對(duì)架空乘人裝置的智能化控制；所設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)配置有傳感器、通信裝置、接口電路等，從而可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并根據(jù)工況發(fā)出相應(yīng)的控制指令?；谒O(shè)計(jì)的智能化、新型化電氣控制系統(tǒng)能夠在當(dāng)無(wú)人員運(yùn)輸任務(wù)時(shí)，控制架空乘人裝置停止運(yùn)行[5]。

將所設(shè)計(jì)的架空乘人裝置應(yīng)用于252 斜巷中，對(duì)其應(yīng)用效果總結(jié)如下：

1）在以往煤礦生產(chǎn)中，架空乘人裝置處于24 h運(yùn)行狀態(tài)，即便是在無(wú)人乘坐的情況下也處于運(yùn)行狀態(tài)?；谒O(shè)計(jì)的智能化電氣控制系統(tǒng)，當(dāng)無(wú)人員乘坐時(shí)架空乘人裝置停止運(yùn)行。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，采用智能化電氣控制系統(tǒng)后，架空乘人裝置每天的實(shí)際運(yùn)行時(shí)間約為6 h，即停止運(yùn)行時(shí)間為18 h。則每年可節(jié)約運(yùn)行的時(shí)間為18 h×360 d=6 480 h；電費(fèi)按照0.6 元/kWh計(jì)算，架空乘人裝置電機(jī)的額定功率為37 kW，則每年可節(jié)約電費(fèi)為6 480 h×37 kW×0.6 元/kW·h=143 856 元，約14 萬(wàn)元。

2）當(dāng)架空乘人裝置無(wú)人乘坐時(shí)其將停止運(yùn)行，也間接了減輕了鋼絲繩、托繩輪輪襯、吊輪、軸承的磨損。按照每天架空乘人裝置可停止運(yùn)行18 h 計(jì)算，則每年可停止運(yùn)行9 個(gè)月。對(duì)于鋼絲繩而言，每年停止運(yùn)行9 個(gè)月，間接每個(gè)月的損耗可減少2 000 元，則一年可減少損耗18 000 元；對(duì)于托繩輪輪襯而言，正常使用狀態(tài)下每個(gè)月?lián)p耗為5 000 元，采用智能化控制系統(tǒng)后，在每年停止運(yùn)行的9 個(gè)月內(nèi)可節(jié)省費(fèi)用為45 000 元。因此，對(duì)于輔助部件而言，每年可減少損耗費(fèi)用約18 000 元+45 000 元=63 000 元。

綜上，對(duì)架空乘人裝置重新設(shè)計(jì)并配置智能化電氣控制系統(tǒng)后，每年可節(jié)約費(fèi)用約14 萬(wàn)元+6.3 萬(wàn)元=20.3 萬(wàn)元。