液壓驅(qū)動式架空乘人裝置在大傾角斜井的研制和應(yīng)用

摘要：架空乘人裝置，一般情況下斜井在坡度20°以下使用比較合理，而永定莊煤業(yè)公司石炭系延深材料暗斜井坡度達25°，這給安全運行該裝置提出了要求。本文根據(jù)斜井實際情況研制適合大傾角斜井使用的架空乘人裝置，并在實際中應(yīng)用。該裝置的研制成功，實現(xiàn)了機械運送員工上、下井，縮短了員工上、下井的時間和減少了員工的體力消耗，降低了員工勞動強度。

關(guān)鍵詞：液壓驅(qū)動;架空乘人裝置;大傾角斜井;應(yīng)用

引言

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第三百六十五條：人員上下的主要傾斜井巷，垂深超過50m時，應(yīng)采用機械運送人員[1]。而永定莊煤業(yè)公司石炭系延深材料暗斜井斜長489m，坡度25°，垂深206?m，大大超出了規(guī)定要求。為徹底解決員工上下作業(yè)點距離遠、坡度陡、時間長、行走勞累的實際情況，決定研制適合該斜井使用的架空乘人裝置。根據(jù)該斜井現(xiàn)狀，并到現(xiàn)場勘查，在確保滿足《煤礦安全規(guī)程》、《煤礦用架空乘人裝置安全檢驗規(guī)范》[2]的條件下，提出了安裝雙向可摘掛架空乘人裝置，從而實現(xiàn)機械運送員工上、下井，縮短員工上、下井的時間和減少員工的體力消耗，降低員工勞動強度。并可在該巷運料。

1.可行性方案的比較和研制

1.1??架空乘人裝置與斜井人車的比較

1.1.1??斜井人車[3]對軌道的要求比較嚴格，道夾板螺栓小于軌頭寬度1—2mm，軌道接頭焊接或使用符合MA標準的特制道夾板、特制螺栓?？奂菟ň嚯x軌面不小于80mm，地輥距軌面不超過40mm。按《煤礦安全規(guī)程》，必須安裝阻車器和跑車防護裝置，阻車器和跑車防護裝置在運人時常開，運料時常閉。以上問題解決后，方能安裝斜井人車。而石炭系延深材料暗斜井的軌道不具備以上安裝斜井人車的條件。

1.1.2??架空乘人裝置[4]，即：“猴”車。與傳統(tǒng)斜井人車輸送方式比較，優(yōu)勢顯著：設(shè)備投資小，運行成本低，維護工作量小;人員輸送量大，效率高，索道無極循環(huán)運行，人員不需要等候，隨到隨行;安全性能好，牽引鋼絲繩運行速度低，乘人吊椅離地不高，運行平穩(wěn)可靠，人員上、下吊椅方便自如，設(shè)備本身配有完善的安全保護裝置;適用范圍廣，還可以滿足巷道多變坡點。

1.2??機械驅(qū)動式架空乘人裝置與液壓驅(qū)動式架空乘人裝置研制方案的比較

1.2.1??機械驅(qū)動式架空乘人裝置，其速度不可調(diào)、硬啟動、硬停車、不能慢速檢查鋼絲繩、啟停時吊椅擺動大、安全性能較差。

1.2.2??液壓驅(qū)動式架空乘人裝置，可無級調(diào)速、軟啟動、軟停車、安全性能高。

1.2.3??液壓驅(qū)動能實現(xiàn)無級調(diào)速和正反轉(zhuǎn)運動，可以在很低的速度下正反轉(zhuǎn)，以便檢查鋼絲繩;可以實現(xiàn)電機空載起動，從而提高電動機和電氣元件的使用壽命;可以任意設(shè)定起動和停車的加、減速特性，從而提高乘坐的舒適性;液壓張緊具有體積緊湊，張緊力大且無級可調(diào)的特點;液壓驅(qū)動系統(tǒng)的單件質(zhì)量較小，便于在巷道中安裝和維護;在惡劣工作環(huán)境條件下，抗污染能力強;液壓馬達可以安裝于任何方位。

1.2.4??與同等功能的機械驅(qū)動+變頻裝置相比，對其附近的電氣和通訊設(shè)備沒有影響、性能穩(wěn)定，不易出故障，使用壽命長，且造價偏低。

1.2.5??液壓驅(qū)動裝置克服了機械驅(qū)動+變頻調(diào)速裝置的以下缺陷：一是產(chǎn)生諧波干擾，對附近的電氣和通訊設(shè)備影響較大;二是性能不是很穩(wěn)定，內(nèi)部關(guān)鍵元件容易出故障;三是成本較高;四是電機不能空載啟動。

通過以上比較，我們決定使用液壓驅(qū)動式架空乘人裝置[5]。

2.液壓驅(qū)動式架空乘人裝置研制方案說明

2.1??驅(qū)動部分[6]

驅(qū)動部分設(shè)計為架空式單輪驅(qū)動部，液壓傳動方式。

2.1.1??驅(qū)動部結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計

經(jīng)計算單輪驅(qū)動時，鋼絲繩與驅(qū)動輪之間的圍包角完全滿足驅(qū)動力的要求，因此驅(qū)動部分的安裝方式為架空式單輪驅(qū)動部驅(qū)動。鋼絲繩與驅(qū)動輪之間的圍包角為180°。機頭設(shè)計在巷道上部，機尾設(shè)計在巷道下部。

2.1.2??驅(qū)動輪、迂回輪的選取

《煤礦安全規(guī)程》中第416條第三項：井下提升絞車和鑿井提升絞車的滾筒、井下架空乘人裝置的主導(dǎo)輪及尾導(dǎo)輪和圍抱角大于90°的天輪，其直徑不得小于鋼絲繩直徑的60倍，圍抱角小于90°的天輪，其直徑不得小于40倍;本方案選用驅(qū)動輪直徑為1600mm，迂回輪直徑為1600mm。

2.1.3??鋼絲繩的選取

由計算可知，牽引鋼絲繩的最大張力為451kN，按《煤礦安全規(guī)程》第四百條的規(guī)定，架空乘人裝置的鋼絲繩安全系數(shù)最低值為6，選取牽引鋼絲繩為“20NAT6×19S+FC1570?-右同向捻且表面無油”的鋼絲繩，其抗拉強度為1570MPa，破斷拉力總和為304kN，安全系數(shù)為6.7，符合《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定。

2.1.4??安全距離的確定

《煤礦安全規(guī)程》中第368條第二項：蹬座中心至巷道一側(cè)的距離不得小于0.7m，本方案為0.7m，符合安全要求。

2.1.5??托、壓繩輪的選用方案[7]

配套的托繩輪有三種結(jié)構(gòu)形式：單托輪、托壓繩輪、雙輪托（壓）繩輪，托輪間距為8米，每隔五個單托輪安裝一個托壓繩輪。雙輪托壓繩輪組主要使用在變坡點處，每組托繩輪有二個輪體，兩個托輪為浮動式，可繞中間橫軸回轉(zhuǎn)，吊椅平滑過渡各輪受力均勻;單輪托繩輪支撐軸為整體加工;托繩輪與壓繩輪配合使用;托壓繩輪不但有效避免鋼絲繩的跳動、擺動和脫槽，而且解決了吊椅通過時的卡阻和震動問題。

2.1.6??乘人器的設(shè)計

乘人器由G-Ⅰ型抱索器和G型吊椅組成，吊椅總高2300mm。吊椅與抱索器聯(lián)接后，抱索器抱緊鋼絲繩時，應(yīng)保證吊椅的座椅保持水平;同時，吊椅運行時不應(yīng)碰及鋼絲繩導(dǎo)向裝置等各部件[8]。座椅按人的正常座姿進行優(yōu)化設(shè)計，使其符合人機工程學，故乘坐舒適，上下車安全。

2.1.7??機尾部分的設(shè)計

機尾主要包括迂回輪裝置、張緊小車、滑道、導(dǎo)繩輪和重錘。迂回輪裝置在滑道內(nèi)可自由移動，保持系統(tǒng)恒定的張緊力;回繩站采用重錘張緊，并通過導(dǎo)繩輪將重錘置于巷幫硐室中。由于鋼絲繩使用初期伸長較大，故滑道長度（即拉緊行程）設(shè)計為7米，避免由于鋼絲繩的伸長造成系統(tǒng)不能正常運行。

2.2??電氣控制部分

2.2.1??電氣控制系統(tǒng)為自動化控制，電氣系統(tǒng)采用PLC編程控制，具有過流、短路、斷相、過壓、欠壓、漏電等保護功能和主要運行參數(shù)實時顯示;具有速度保護、過位保護、沿途急停、掉繩保護、全程急停保護、斷繩保護、制動器失效保護和重錘限位保護等功能。

2.2.2??運行方式控制

運行方式控制功能使系統(tǒng)具有三種模式：即連續(xù)運行、間斷運行、自動停止運行。

連續(xù)運行——當上下班人員高峰時段，啟動連續(xù)運行模式，24小時不間斷的運行。

間斷運行——當有零散人員上下井時，啟動間斷運行模式。在間斷運行時，間斷運行的時間總是從最后一人上車后開始計時，即具有時間記憶刷新功能。

停止運行——當沒有人員上、下井時，系統(tǒng)自動延時停止運行。

2.2.3??語音提示

在離機頭、機尾下車點15米處，安裝語音提示器，當乘坐人員到達離下車點15米處，需要下車時，語音提示器會發(fā)出“前方到站，準備下車”的提示音，提醒乘坐人員準備下車。

2.2.4??自動開停功能

系統(tǒng)具有自動開停功能，即有人乘坐時自動開機運行，無人乘坐時自動停機。

2.2.5??背景音樂

為使工人有個輕松愉快的心情，從而提高生產(chǎn)效益。

2.3??液壓驅(qū)動式架空乘人裝置的優(yōu)點

2.3.1??安全舒適

乘人離地近（300mm），鋼絲繩子運行速度底（0—1.2m/s），乘坐安全。采用PLC可編程電控控制，可實現(xiàn)機頭、機尾越位保護;過速飛車、欠速打滑保護;無人值守;語音提示上下車;脫繩保護;沿途緊急停車;重錘下限位保護;吊椅防過擺保護。吊椅設(shè)計合理，乘坐舒適。沿途可裝MP3音樂播放裝置，播放背景音樂，安全宣傳等內(nèi)容。

2.2.2??運送效率高、節(jié)能

鋼絲繩實行無極運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)連續(xù)運送，運送效率高，可達200-800人/h，和其他運輸方式相比，電機功率小，節(jié)省電能資源。

2.3.3??成本低、維護簡單方便

架空乘人裝置的投資只占斜井人車投資的30%左右，操作簡單，易損件使用壽命長，日常維護簡單方便。

2.3.4??適用范圍廣

架空乘人裝置適應(yīng)長運距、大傾角、多變坡及多拐彎巷道運輸，占地面積小，且能實現(xiàn)運人和運料共用巷道運輸，亦可用于主井巷道皮帶檢修。

2.4??架空乘人裝置主要技術(shù)參數(shù)

最大運輸能力：雙向308人/h;同時乘座人數(shù)：70人;乘人間距：?14m;托輪繩間距：8m;驅(qū)動輪直徑：1600mm;迂回輪直徑：160mm;運行速度：0—1.2m/s;鋼絲繩距地面高度：?2600mm;托輪橫梁底面安裝高度（垂直巷道腰線方向）2.740m;吊椅長度：2300mm;鋼絲繩間距：1600mm;鋼絲繩：20NAT6×19S+FC1570?（無油、右同向捻）;系統(tǒng)工作電壓：660V;機尾張緊導(dǎo)軌長度：7m。

3.架空乘人裝置的安裝技術(shù)要求

3.1??電動機，聯(lián)軸器，減速器安裝時，其相連接主軸的同軸度偏差不得大于0.5mm。

3.2??彈性聯(lián)軸器安裝時保證兩端面間隙3～5mm。

3.3??制動器的調(diào)整按電液制動器使用說明書執(zhí)行;制動閘瓦與制動輪之間的退距為0.7～0.8mm，制動狀態(tài)下最小接觸面積應(yīng)≥60%。

3.4??驅(qū)動輪、迂回輪的中心線對猴車的設(shè)計中心線的偏移≤2mm，繩槽中心線必須與出入側(cè)牽引索的中心線吻合，偏移不得大于牽引索直徑的1/20，偏斜不得大于1/1000，驅(qū)動輪及迂回輪在巷道中心線垂直的直徑線必須保持水平，其水平度為≤0.5/1000。

3.5??迂回輪兩側(cè)導(dǎo)軌的安裝中心線直線度不大于1/1000，平行度不大于0.5/1000，高度差≤+3mm。

3.6??安裝后，全線中在同側(cè)的托繩輪槽和壓繩輪槽的中心線應(yīng)在同一直線上，其偏差≤2mm。

3.7??安裝后，全線中在同側(cè)的托繩輪槽和壓繩輪槽的頂面高度差≤2mm。

3.8??鋼絲繩的接頭編結(jié)長度為鋼絲繩直徑的1000倍，安全系數(shù)不小于6，編接后的接頭一般為不變徑接頭，接頭后的繩徑不大于原直徑的10%。

3.9??乘人器由G-Ⅰ型抱索器和G型吊椅組成。

3.10?橫梁安裝技術(shù)要求：

3.10.1??機頭機尾橫梁標高尺寸偏差不得大于±10mm。

3.10.2??托輪橫梁標高尺寸偏差不得大于±15mm。

3.10.3??中間橫梁埋設(shè)的工字鋼底面要求平行于巷道腰線。

3.10.4??全部橫梁水平度為3：1000。

3.10.5??驅(qū)動機架橫梁、機尾導(dǎo)軌架梁、小絞車架梁、重錘吊梁不允許采用錨桿安裝方式。

4.架空乘人裝置的安裝及試驗

4.1??安裝前必須放好索道中心線路或巷道中心線和腰線。

4.2??按設(shè)計要求預(yù)埋好驅(qū)動裝置機架、迂回輪架、張緊絞車、橫梁、張緊索單滑輪橫梁和井巷托（壓）索輪橫梁。

4.3??安裝驅(qū)動裝置、張緊裝置、線路托輪架、托（壓）索輪、運載索和張緊索。

4.4??檢查，調(diào)整上站、下站和線路所有設(shè)備后，安裝供電、電氣安全保護、通訊信號和照明系統(tǒng)。

4.5??一切正常并符合有關(guān)安裝工程質(zhì)量標準后，空索試運行72?h以上，以清除鋼絲繩的內(nèi)應(yīng)力，使其扭力基本平衡后，確認無問題后再安裝吊椅。

5.應(yīng)用情況及社會經(jīng)濟效益

如果使用斜井人車就要施工車房、存車場，安裝提升絞車、人車，每班還要摘、掛人車，且存在著對軌道質(zhì)量要求高，維護量大，試驗繁瑣等問題。集團公司其它礦一般使用的是機械驅(qū)動式猴車，其特點是：速度不可調(diào)、硬啟動、硬停車、不能慢速檢查鋼絲繩、啟停時吊椅擺動大、安全性能較差。而使用液壓驅(qū)動式架空乘人裝置，具有一次性投入少，減少工程量和設(shè)備投資，安裝調(diào)試簡單，操作維護方便，連續(xù)運行中途不停車。人員上下方便，隨到隨走，動力消耗小和工作人員少，適應(yīng)長運距、大傾角、多變坡及多拐彎巷道運輸，占地面積小，且能實現(xiàn)運人和運料共用巷道運輸。因此，在石炭系延深材料暗斜井使用該裝置運送人員，實現(xiàn)了人與物料的混合運輸，實現(xiàn)了機械運送員工上、下井，縮短了員工上、下井的時間和減少了員工的體力消耗，降低了員工勞動強度，改善了我公司井下輔助運輸?shù)臓顩r，取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。

6.結(jié)論

永定莊煤業(yè)公司使用的液壓驅(qū)動式架空乘人裝置是具有可無級調(diào)速、軟啟動、軟停車、安全性能高等特點。經(jīng)過使用認為該裝置安全舒適、成本低、維護簡單方便、運送效率高、節(jié)能、適用范圍廣等優(yōu)點，適合于在其它斜井或平巷推廣使用。

參考文獻：

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[2]?王國鍵、孟金鎖等，《煤礦用架空乘人裝置安全檢驗規(guī)范》?煤炭工業(yè)出版社??2007年4月

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[4]?張立忠、柳莉、郭明、龍曉，《地下礦用架空索道設(shè)計規(guī)范》??中國標準出版社??2011年3月

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[6]?張立忠、楊現(xiàn)、齊新民，《地下礦用架空索道安全要求》???中國標準出版社??2008年1月

[7]?王桂斌?《架空乘人裝置設(shè)計研究》?煤礦現(xiàn)代化??2009年第3期

[8]?張立忠、李冰《煤礦固定抱索器架空乘人裝置技術(shù)條件》中國煤炭工業(yè)出版社2001年5月

作者簡介：盛秉義，1965.4出生，男，漢族，山西大同人，工程師，主要從事煤礦技術(shù)工作。