架空乘人裝置的結(jié)構(gòu)及監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王之康

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉圣三溝鑫都煤業(yè)， 山西 沁水 048299）

引言

近年來(lái)，隨著礦井的現(xiàn)代化建設(shè)，綜采工作面的采煤量大幅提升，對(duì)應(yīng)的煤礦運(yùn)輸能力也明顯提升。在煤礦采掘技術(shù)和設(shè)備能力不斷改進(jìn)的同時(shí)，煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)備的效率成為當(dāng)前制約煤礦安全、高效生產(chǎn)的重要因素之一。由于輔助運(yùn)輸系統(tǒng)未投入大量的資金對(duì)其技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行更新，其運(yùn)輸能力明顯滯后主要運(yùn)輸系統(tǒng)，此現(xiàn)狀不僅會(huì)影響礦井勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且會(huì)影響作業(yè)人員的安全性[1]。

1 架空乘人裝置概述

架空乘人裝置為對(duì)人員進(jìn)行運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備，俗稱為“猴車(chē)”。架空乘人裝置屬于無(wú)極繩運(yùn)輸系統(tǒng)的一種，主要包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、張緊系統(tǒng)、線路系統(tǒng)和尾輪系統(tǒng)，該種輔助運(yùn)輸方式具有運(yùn)輸量大、上下車(chē)方便、能耗低以及操作簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)[2]。

架空乘人裝置的核心分系統(tǒng)包括有驅(qū)動(dòng)裝置分系統(tǒng)、迂回輪裝置分系統(tǒng)、張緊裝置分系統(tǒng)、重錘以及乘人器等。其中，驅(qū)動(dòng)裝置分系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。迂回輪裝置分系統(tǒng)主要是對(duì)鋼絲繩張緊起導(dǎo)向作用，其主要包括四滑輪、行走對(duì)輪、迂回輪架、迂回輪、護(hù)圈、迂回輪軸以及軸承座等。張緊裝置分系統(tǒng)的主要作用是為鋼絲繩提供張緊力，保證驅(qū)動(dòng)輪和鋼絲繩之間的摩擦因素小于0.2。重錘的主要作用是對(duì)鋼絲繩的張力進(jìn)行調(diào)節(jié)。一般的鋼絲繩選用16S、26WS以及31WS 類(lèi)型的鋼絲繩，為保證人員的運(yùn)輸安全，要求鋼絲繩的安全系數(shù)≥6[3]。

圖1 驅(qū)動(dòng)裝置分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

本文所研究架空乘人裝置應(yīng)用于斜井巷道的長(zhǎng)度為2 600 mm，斜坡的角度為18°。結(jié)合實(shí)際人員運(yùn)輸需求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，為該架空乘人裝置所選型各類(lèi)構(gòu)件如表1 所示。

表1 架空乘人裝置構(gòu)件型號(hào)及關(guān)鍵參數(shù)

2 架空乘人裝置監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

架空乘人裝置監(jiān)控系統(tǒng)主要功能是通過(guò)先進(jìn)的控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置運(yùn)行的控制及其安全保護(hù)功能。具體包括對(duì)架空乘人裝置的啟停控制，對(duì)其運(yùn)行過(guò)程中越位、超速和欠速等故障進(jìn)行保護(hù)。

2.1 總體設(shè)計(jì)

結(jié)合煤礦井下的實(shí)際情況及其實(shí)際運(yùn)行工況要求，架空乘人裝置監(jiān)控系統(tǒng)具體需具備如下功能：

1）基于變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸速度的無(wú)級(jí)調(diào)速控制。

2）實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的綜合保護(hù)，對(duì)機(jī)尾越位進(jìn)行保護(hù)，對(duì)鋼絲繩過(guò)速飛車(chē)、鋼絲繩脫輪、減速器溫度超限以及減速器液壓油極限超限等故障進(jìn)行保護(hù)。

基于監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)架空乘人裝置自動(dòng)程序控制和脫機(jī)控制，結(jié)合當(dāng)前各類(lèi)監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，架空乘人裝置監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分為管理層、控制層、設(shè)備層和現(xiàn)場(chǎng)儀表等部分。其中，管理層為整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的操作臺(tái)，控制層為架空乘人裝置的控制箱和變頻器，設(shè)備層主要指的是架空乘人裝置的各類(lèi)電機(jī)、滾筒以及制動(dòng)油箱等，現(xiàn)場(chǎng)儀表主要為編碼器實(shí)現(xiàn)對(duì)UI 電機(jī)轉(zhuǎn)速的監(jiān)測(cè)，信號(hào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表向控制層傳輸數(shù)據(jù)的功能，跑偏傳感器監(jiān)測(cè)鋼絲繩是否跑偏。

2.2 軟硬件設(shè)計(jì)

2.2.1 硬件選型設(shè)計(jì)

架空乘人裝置硬件選型結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 架空乘人裝置硬件選型結(jié)果

1）機(jī)頭、機(jī)尾越位保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)。該功能主要由磁感傳感器、行程開(kāi)關(guān)等核心部件組成。架空乘人裝置達(dá)到越位點(diǎn)時(shí)會(huì)觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)。觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)的信號(hào)上傳至PLC 控制器發(fā)出故障報(bào)警，與此同時(shí)在上位機(jī)顯示系統(tǒng)顯示出“機(jī)頭越位”或“機(jī)尾越位”的信息。

2）掉繩保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)。一般情況下，鋼絲繩張力不足、壓繩輪中心發(fā)生偏移以及輪襯發(fā)生磨損均會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩掉落。當(dāng)發(fā)生吊繩事故時(shí)，在機(jī)械捕繩器的作用下會(huì)將鋼絲繩卡住，并將信號(hào)上傳至控制系統(tǒng)。

3）打滑保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)。當(dāng)鋼絲繩與驅(qū)動(dòng)輪之間發(fā)生打滑事故時(shí)，由于打滑摩擦力不足，霍爾傳感器監(jiān)測(cè)到信號(hào)并上傳至控制系統(tǒng)，控制架空乘人裝置自動(dòng)停車(chē)。

2.2.2 軟件設(shè)計(jì)

參照架空乘人裝置監(jiān)控及保護(hù)系統(tǒng)所需實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)計(jì)如圖2 所示的控制流程。

圖2 架空乘人裝置控制流程圖

如圖2 所示，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)架空乘人裝置的手動(dòng)和自動(dòng)控制模式進(jìn)行判斷。自動(dòng)控制模式下對(duì)架空乘人裝置的上下車(chē)人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，即實(shí)現(xiàn)對(duì)人員上下車(chē)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，該項(xiàng)功能通過(guò)紅外監(jiān)測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)。若架空乘人裝置的實(shí)時(shí)人數(shù)滿足要求，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行；若不滿足要求，則進(jìn)行核減人數(shù)的操作。期間，對(duì)系統(tǒng)是否發(fā)生故障，各類(lèi)保護(hù)動(dòng)作是否動(dòng)作進(jìn)行判斷，若出現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作應(yīng)實(shí)時(shí)發(fā)出報(bào)警，并根據(jù)事故類(lèi)型控制架空乘人裝置停車(chē)。

3 結(jié)語(yǔ)

1）為保證架空乘人裝置運(yùn)行的安全性，在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)支持和理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，完成防爆電動(dòng)機(jī)、鋼絲繩、重錘、張緊鋼絲繩、減速器以及制動(dòng)器的選型設(shè)計(jì)。

2）架空乘人裝置監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)的主要功能為對(duì)裝置的啟停進(jìn)行控制，并對(duì)打滑、超速、欠速以及掉繩等故障發(fā)出報(bào)警和停機(jī)保護(hù)等控制。