架空乘人裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用

王坦果

（山西義棠煤業(yè)有限責任公司， 山西 介休 032000）

引言

當前，我國綜采工作面的自動化、機械化程度已經(jīng)達到較高水平，要想更進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輸設(shè)備的機械化、自動化程度，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輸人員的設(shè)備，在實際運行中存在設(shè)備無人乘坐時的大量電能被損耗，同時還加劇了架空乘人裝置的磨損問題[1]。本文重點對架空乘人裝置進行技術(shù)改造，最終達到提高運輸效率、降低運輸成本的目的。

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現(xiàn)場作業(yè)人員的運輸，減少作業(yè)人員的勞動強度。為保證架空乘人裝置功能的全面發(fā)揮，在實際設(shè)計過程中需遵循如下要求：

1）架空乘人裝置的運行速度滿足《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)標準要求；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)的制動器；

3）架空乘人裝置在實際運輸過程中吊桿和鋼絲繩之間的連接樞紐不能脫扣；

4）在人員下車的前方必須設(shè)置有自動停車的安全裝置[2]。

本文所設(shè)計的架空乘人裝置使用巷道的坡度小于40°；綜合現(xiàn)場工作面的瓦斯、煤塵的實際情況，并結(jié)合《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)標準要求。在充分理論計算的基礎(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

2.1 驅(qū)動裝置

驅(qū)動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)動裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖

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

2.2 鋼絲繩

根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)標準要求，驅(qū)動輪與鋼絲繩的直徑之比不得小于60。本方案中選用驅(qū)動輪的直徑為1 200 mm，則對應(yīng)鋼絲繩的直徑不得大于20 mm。同時，為保證實際運輸過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》的標準要求；同時，張緊裝置可根據(jù)實際工況對鋼絲繩的張力進行調(diào)整，保證驅(qū)動輪和鋼絲繩之間的摩擦力滿足要求。

張緊裝置需在機尾處吊裝重錘，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，避免鋼絲繩由于初張力不夠出現(xiàn)彎曲疲勞，從而導致鋼絲繩被破壞[4]。一般張緊小車的結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 張緊小車結(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 控制器實現(xiàn)了對架空乘人裝置的智能化控制；所設(shè)計的電氣控制系統(tǒng)配置有傳感器、通信裝置、接口電路等，從而可對現(xiàn)場信號進行實時采集，并根據(jù)工況發(fā)出相應(yīng)的控制指令。基于所設(shè)計的智能化、新型化電氣控制系統(tǒng)能夠在當無人員運輸任務(wù)時，控制架空乘人裝置停止運行[5]。

將所設(shè)計的架空乘人裝置應(yīng)用于252 斜巷中，對其應(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運行狀態(tài)，即便是在無人乘坐的情況下也處于運行狀態(tài)。基于所設(shè)計的智能化電氣控制系統(tǒng)，當無人員乘坐時架空乘人裝置停止運行。經(jīng)統(tǒng)計，采用智能化電氣控制系統(tǒng)后，架空乘人裝置每天的實際運行時間約為6 h，即停止運行時間為18 h。則每年可節(jié)約運行的時間為18 h×360 d=6 480 h；電費按照0.6 元/kWh計算，架空乘人裝置電機的額定功率為37 kW，則每年可節(jié)約電費為6 480 h×37 kW×0.6 元/kW·h=143 856 元，約14 萬元。

2）當架空乘人裝置無人乘坐時其將停止運行，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行18 h 計算，則每年可停止運行9 個月。對于鋼絲繩而言，每年停止運行9 個月，間接每個月的損耗可減少2 000 元，則一年可減少損耗18 000 元；對于托繩輪輪襯而言，正常使用狀態(tài)下每個月?lián)p耗為5 000 元，采用智能化控制系統(tǒng)后，在每年停止運行的9 個月內(nèi)可節(jié)省費用為45 000 元。因此，對于輔助部件而言，每年可減少損耗費用約18 000 元+45 000 元=63 000 元。

綜上，對架空乘人裝置重新設(shè)計并配置智能化電氣控制系統(tǒng)后，每年可節(jié)約費用約14 萬元+6.3 萬元=20.3 萬元。