架空乘人裝置的工作原理及制動(dòng)性能檢測(cè)

張鐸

(太原市宏宇煤炭技術(shù)咨詢有限公司， 山西 太原 030000)

架空乘人裝置在礦業(yè)開采產(chǎn)業(yè)中的運(yùn)用程度非常高，裝置的主要作用是運(yùn)輸物資和作業(yè)人員，設(shè)備自身的安全性會(huì)直接關(guān)乎到作業(yè)人員的人身安全，而架空乘人裝置的整體性能也會(huì)對(duì)設(shè)備的安全性造成顯著的影響。

1 h8729型架空乘人裝置工作原理及優(yōu)點(diǎn)

1.1 工作原理

近年來，我國煤礦行業(yè)頻頻爆發(fā)安全事件，促使礦井作業(yè)環(huán)境下的斜井人車被列入了重大安全隱患范圍以內(nèi)[1]。因此，架空乘人裝置應(yīng)運(yùn)而生。這種設(shè)備單次輸送規(guī)模較大，整體性能比較穩(wěn)定，安全性也較高。且架空乘人裝置的生產(chǎn)成本非常低，操作性不強(qiáng)，后期維護(hù)非常的便捷。乘人裝置的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要是由液壓制動(dòng)器、冷卻系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)、控制閥、儀表盤、油箱、控制系統(tǒng)等組件所共同構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的油泵屬于是一種雙向柱塞泵，當(dāng)該裝置的油泵處于未運(yùn)行的狀態(tài)下，斜盤就應(yīng)該位于中間位置；當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，但電磁閥卻未通電，馬達(dá)則會(huì)因?yàn)橛捅萌鄙佥敵龆Ｖ罐D(zhuǎn)動(dòng)，相應(yīng)的鋼絲繩則不會(huì)進(jìn)行工作，屬于空載作業(yè)。當(dāng)電磁閥其中一邊的端口通電時(shí)，斜盤則會(huì)呈現(xiàn)出傾斜的現(xiàn)象，此時(shí)，油泵會(huì)輸出壓力促使馬達(dá)進(jìn)行工作。馬達(dá)的轉(zhuǎn)速可以通過改變油泵中液壓油的流量來控制。其中馬達(dá)的轉(zhuǎn)速特征與電壓的波動(dòng)特點(diǎn)之間存在緊密的關(guān)聯(lián)性。假若電磁閥的另一個(gè)端口通電時(shí)，斜盤會(huì)傾向于另一個(gè)方向移動(dòng)，那么油泵輸油的方向會(huì)發(fā)生變化，馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化?？紤]到馬達(dá)與油泵存在泄露問題，應(yīng)該及時(shí)給這兩個(gè)組件補(bǔ)充液壓油，保證設(shè)備能夠穩(wěn)定地運(yùn)行。

自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要是展現(xiàn)出以下幾方面的保護(hù)功能：速度保護(hù)、急停保護(hù)、限位保護(hù)、過位保護(hù)等。以急停保護(hù)中的全程急停而言，該控制系統(tǒng)以48 m為一個(gè)間隔，在設(shè)備中裝置急停開關(guān)。當(dāng)通道中出現(xiàn)緊急情況以后，在通道內(nèi)的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)停止運(yùn)行，同時(shí)系統(tǒng)還會(huì)發(fā)出警報(bào)。自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的任意一個(gè)保護(hù)功能促發(fā)都會(huì)在顯示屏中顯示出相應(yīng)的故障信息，且發(fā)出故障警報(bào)，同時(shí)系統(tǒng)也會(huì)立刻停止運(yùn)行，只有在故障解決、系統(tǒng)復(fù)位以后，整個(gè)系統(tǒng)才能再次進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.2 優(yōu)點(diǎn)

h8729型架空乘人裝置是一種先進(jìn)的礦山移動(dòng)設(shè)備，具有以下優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)未屋斔鸵?guī)模較大，整體性能比較穩(wěn)定，且設(shè)備的安全性也顯著提升，生產(chǎn)成本低，操作性強(qiáng)，后期維護(hù)便捷。

借助液壓驅(qū)動(dòng)設(shè)備可以高效地實(shí)現(xiàn)無極變速[2]、多向轉(zhuǎn)動(dòng)的功能，對(duì)檢測(cè)鋼絲繩的安全性能有巨大的促進(jìn)作用；電動(dòng)機(jī)能夠空載啟動(dòng)，促使電動(dòng)機(jī)及其他組件的使用周期得到適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)；車速控制功能可以有效地提高設(shè)備乘坐的舒適感；液壓系統(tǒng)的重量較輕，便于后期維護(hù)；設(shè)備抗污染能力比較強(qiáng)，能夠在惡劣環(huán)境下作業(yè)。

與傳統(tǒng)型設(shè)備相對(duì)比，h8729型架空乘人裝置的整體性能更穩(wěn)定，出現(xiàn)故障的頻率非常低，不但經(jīng)濟(jì)且設(shè)備的壽命周期還比較長(zhǎng)，最重要的是h8729型架空乘人裝置中的通訊組件與電氣組件之間不會(huì)產(chǎn)生相互影響。傳統(tǒng)型的移動(dòng)設(shè)備主要不足有：（1）無法有效地實(shí)現(xiàn)空載運(yùn)行，促使設(shè)備的使用壽命降低，對(duì)各種組件的磨損較大；（2）設(shè)備自身的性能不穩(wěn)定，各種元器件出現(xiàn)故障的頻率較高；（3）生產(chǎn)成本比較高；（4）電氣組件與通訊組件的影響性非常大。

2 制動(dòng)性能檢測(cè)

2.1 制動(dòng)系統(tǒng)介紹

h8729型架空乘人裝置細(xì)分為3種不同的類型：（1）氣動(dòng)制動(dòng)款式；（2）電液制動(dòng)器制動(dòng)款式；（3）液壓站制動(dòng)款式?，F(xiàn)階段，實(shí)際作業(yè)過程中使用頻率較高的主要是后兩種。該設(shè)備的制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要是安全輪制動(dòng)器與工作制動(dòng)器。其中，工作制動(dòng)器是裝置在聯(lián)軸器上，而安全輪制動(dòng)器則是裝置在制動(dòng)盤中。由于安全輪制動(dòng)器是直接對(duì)驅(qū)動(dòng)力輸出動(dòng)力，因此其安全性較高，能夠有效地避免因突發(fā)狀況而引發(fā)的安全事故。

2.2 性能檢測(cè)工具及系統(tǒng)配置

2.2.1 性能檢測(cè)工具

通常情況下，架空乘人裝置的監(jiān)測(cè)儀器主要是由手動(dòng)葫蘆、U狀環(huán)、抓手、繩套等組成[3]。當(dāng)開挖深刻超過1 m的情況下，橫梁應(yīng)該使用貫通式安裝，這種安裝方式的施工量比較大，但是安裝后非常結(jié)實(shí)，不會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象；使用組合梁方式施工量大幅度減少，但是組合梁的整體外觀不美觀；使用錨桿安裝方式，施工的難度比較小，焊接比較地方便。

2.2.2 系統(tǒng)配置

（1）以實(shí)踐情況來看，大部分場(chǎng)景下都是使用四象變頻方式進(jìn)行控制，設(shè)備的運(yùn)動(dòng)速度一般保持在 0～2.5 m。

（2）托繩一般都是使用工字鋼進(jìn)行緊固，鋼絲繩的間距應(yīng)該控制在1200 m。

（3）在設(shè)備的頭端與末端都分別設(shè)有站點(diǎn)，且在通道結(jié)點(diǎn)中還設(shè)有站點(diǎn)，以便于上下站。在每一個(gè)站點(diǎn)都分別設(shè)有相應(yīng)的限位設(shè)備，為確保人員安全，在托架上安裝有吊椅避免設(shè)備擺動(dòng)。

（4）在通道沿線每隔 50 m 設(shè)置1個(gè)緊急開關(guān)，用于緊急停車使用。

（5）在設(shè)備微端設(shè)置有限位保護(hù)裝置，能夠有效地起到保護(hù)作用。

2.3 制動(dòng)性能檢測(cè)

2.3.1 制動(dòng)性能檢測(cè)方法

方法一：沿著鋼絲繩運(yùn)動(dòng)的方向，選擇長(zhǎng)5 m的鋼絲繩套子，套子的一端與鋼絲繩爪子、鋼絲繩連接，另一端則與驅(qū)動(dòng)輪、U型環(huán)進(jìn)行連接。而監(jiān)測(cè)設(shè)備則應(yīng)該與葫蘆進(jìn)行連接，連接點(diǎn)應(yīng)該確定在固定點(diǎn)，監(jiān)測(cè)裝置與檢測(cè)儀進(jìn)行連接，將鋼絲繩緊固，直至制動(dòng)器打滑位置，而后讀取監(jiān)測(cè)設(shè)備中的讀數(shù)，如圖1所示。

圖1 方法一原理

方法二：沿著鋼絲繩移動(dòng)的方向，選擇一個(gè)長(zhǎng)度為5 m的鋼絲繩套[4]。繩套的一端與牽引繩子連接，另一端與U型環(huán)進(jìn)行連接。而監(jiān)測(cè)設(shè)備則與葫蘆進(jìn)行連接，連接點(diǎn)確定在固定點(diǎn)，監(jiān)測(cè)裝置與檢測(cè)儀連接，將鋼絲繩緊固，直至制動(dòng)器打滑位置，再讀取監(jiān)測(cè)設(shè)備中的讀數(shù)，如圖2所示。

圖2 方法二原理

對(duì)比以上兩種監(jiān)測(cè)方法，前一種方法在實(shí)操方面的難度相對(duì)較大，但是最終監(jiān)測(cè)的結(jié)果更為精準(zhǔn)，而后一種方法操作性強(qiáng)，但是最終監(jiān)測(cè)的結(jié)果不是很精準(zhǔn)。

2.3.2 平均減速度的檢測(cè)與計(jì)算

將存儲(chǔ)記錄儀與監(jiān)測(cè)設(shè)備連接，將電動(dòng)機(jī)的輪子與鋼絲繩連接，當(dāng)乘人裝置負(fù)重下行或是空車上行時(shí)，利用鋼絲繩來牽引電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，促使電動(dòng)機(jī)能夠形成一個(gè)信號(hào)。此時(shí)，記錄儀所記錄的數(shù)據(jù)曲線應(yīng)該呈現(xiàn)出一條平直的線條。同時(shí)，利用轉(zhuǎn)速表獲取到鋼絲繩移動(dòng)的速度，當(dāng)鋼絲繩的移動(dòng)速度與電壓曲線處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，應(yīng)該立即啟動(dòng)制動(dòng)器，直至乘人設(shè)備停止運(yùn)行。此時(shí)，所采集到的電壓應(yīng)該為零，電壓下降的時(shí)間間隔就是設(shè)備的制動(dòng)時(shí)間。

3 架空乘人裝置的應(yīng)用

電控系統(tǒng)由電源箱、信號(hào)檢測(cè)組件、控制線路、PLC提升信號(hào)設(shè)備以及控制組件組成。乘人裝置的控制系統(tǒng)大致可以細(xì)分為3種情況：（1）連續(xù)性控制；（2）斷續(xù)性控制；（3）檢修性控制[5]。詳細(xì)介紹如下：

選擇使用連續(xù)性控制，控制系統(tǒng)會(huì)全天持續(xù)性運(yùn)轉(zhuǎn)，一般使用在礦場(chǎng)人流量比較大的場(chǎng)景中。假若使用無人值守模式，當(dāng)控制系統(tǒng)檢測(cè)到乘人設(shè)備中有人或是物資以后，檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)借助傳感器來啟動(dòng)控制信號(hào)。此時(shí)，系統(tǒng)就根據(jù)正常狀態(tài)下的模式來控制乘人裝置，實(shí)現(xiàn)無人值守開車模式。

斷續(xù)性運(yùn)行模式相對(duì)而言更為節(jié)能，能夠有效地避免電力資源浪費(fèi)。通過設(shè)置合理的間隔事件，促使乘人裝置定時(shí)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)將乘坐人員從起點(diǎn)運(yùn)輸至終點(diǎn)，當(dāng)乘人裝置達(dá)到終點(diǎn)以后會(huì)自動(dòng)延時(shí)十秒鐘停機(jī)。當(dāng)開啟控制系統(tǒng)中的計(jì)時(shí)器以后，傳感器在檢測(cè)到人員進(jìn)入到乘人裝置后的信號(hào)后，計(jì)時(shí)器會(huì)歸零重新進(jìn)行計(jì)時(shí)，當(dāng)剩余時(shí)間顯示為零以后，控制系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)停機(jī)且不會(huì)再次運(yùn)行。

4 結(jié)語

在研究過程中，必須要嚴(yán)格按照《架空乘人裝置安全檢驗(yàn)規(guī)范》中所提到的各種規(guī)范要求。本文對(duì)系統(tǒng)的最大制動(dòng)力、制動(dòng)減速問題著重地進(jìn)行了分析，結(jié)合乘人裝置的結(jié)構(gòu)差異，設(shè)計(jì)出了不同的檢測(cè)儀器的安裝方法，對(duì)乘人裝置的制動(dòng)力以及減速內(nèi)容進(jìn)行了分析。雖然現(xiàn)階段架空乘人裝置并未得到廣泛的應(yīng)用，但是結(jié)合國內(nèi)部分煤礦作業(yè)的實(shí)踐情況來看，該裝置在技術(shù)層面已經(jīng)發(fā)展成熟，可用于煤礦環(huán)境下作業(yè)。煤礦開采工人在經(jīng)過一天的疲憊作業(yè)后，乘坐架空裝置能夠有效地降低他們的疲勞度。目前，架空乘人裝置得到了業(yè)內(nèi)人士的高度好評(píng)，隨著科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，架空乘人裝置將會(huì)有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。