架空乘人装置的结构设计及应用

王坦果

（山西义棠煤业有限责任公司， 山西 介休 032000）

引言

当前，我国综采工作面的自动化、机械化程度已经达到较高水平，要想更进一步提升煤炭的生产效率，一方面要从根本上解决关键核心技术；另一方面要提高辅助运输设备的机械化、自动化程度，为整体上提升综采工作面的生产能力奠定基础。架空乘人装置作为运输人员的设备，在实际运行中存在设备无人乘坐时的大量电能被损耗，同时还加剧了架空乘人装置的磨损问题[1]。本文重点对架空乘人装置进行技术改造，最终达到提高运输效率、降低运输成本的目的。

1 架空乘人装置参数的确定

架空乘人装置主要功能为对现场作业人员的运输，减少作业人员的劳动强度。为保证架空乘人装置功能的全面发挥，在实际设计过程中需遵循如下要求：

1）架空乘人装置的运行速度满足《煤炭安全规程》的相关标准要求；其中，设备距离巷道两侧的距离不得小于0.7 m，运输速度不得大于1.2 m/s。

2）架空乘人装置必须配置相应的制动器；

3）架空乘人装置在实际运输过程中吊杆和钢丝绳之间的连接枢纽不能脱扣；

4）在人员下车的前方必须设置有自动停车的安全装置[2]。

本文所设计的架空乘人装置使用巷道的坡度小于40°；综合现场工作面的瓦斯、煤尘的实际情况，并结合《煤炭安全规程》的相关标准要求。在充分理论计算的基础上，确定可适用于煤矿的架空乘人装置的关键参数如表1 所示。

2 架空乘人装置主要结构设计

2.1 驱动装置

驱动装置为架空乘人装置的核心。一般情况下，架空乘人装置的驱动装置采用悬空安装的方式。综合表1 中要求的架空乘人装置的使用环境条件设置驱动轮的直径为1 200 mm，其主体结构如图1 所示。

表1 架空乘人装置使用环境的关键参数及要求

图1 架空乘人驱动装置整体结构示意图

为保证驱动装置中驱动轮的耐磨性，本项目中驱动轮采用材质为K25 的高强度耐磨轮衬；结合架空乘人装置的使用工况及煤矿的防爆要求，选用型号为YB-250M-6 型电动机为其驱动装置；结合运输速度为0.96 m/s 和电动机的选型结果，为电动机配置型号为MC3RVHF08-63 的减速器；制动器为保证架空乘人装置安全运行的关键期间，结合《煤炭安全规程》中规定的关于人员运输设备的制动要求，要求所选型的制动器的制动力矩不得小于1 250 N·m。因此，为本文所设计的架空乘人装置配置型号为BYWZ3B315/90型的电力液压块式制动器。

2.2 钢丝绳

根据《煤炭安全规程》的相关标准要求，驱动轮与钢丝绳的直径之比不得小于60。本方案中选用驱动轮的直径为1 200 mm，则对应钢丝绳的直径不得大于20 mm。同时，为保证实际运输过程中乘坐人员的安全性，一般选用可消除内应力的钢丝绳[3]。因此，本方案中选用直径为19 mm 的右向同捻带纤维芯的股式结构钢丝绳，该钢丝绳对应的安全系数为6。

2.3 张紧装置

张紧装置的主要作用是保证架空乘人装置钢丝绳的垂度满足《煤炭安全规程》的标准要求；同时，张紧装置可根据实际工况对钢丝绳的张力进行调整，保证驱动轮和钢丝绳之间的摩擦力满足要求。

张紧装置需在机尾处吊装重锤，一般要求重锤的重量为钢丝绳额定牵引力的25%。为装置装配可提供一定初张力的张紧小车，避免钢丝绳由于初张力不够出现弯曲疲劳，从而导致钢丝绳被破坏[4]。一般张紧小车的结构如图2 所示。

图2 张紧小车结构示意图

3 架空乘人装置的应用效果

在上述关键结构的支撑下，基于PLC 控制器实现了对架空乘人装置的智能化控制；所设计的电气控制系统配置有传感器、通信装置、接口电路等，从而可对现场信号进行实时采集，并根据工况发出相应的控制指令。基于所设计的智能化、新型化电气控制系统能够在当无人员运输任务时，控制架空乘人装置停止运行[5]。

将所设计的架空乘人装置应用于252 斜巷中，对其应用效果总结如下：

1）在以往煤矿生产中，架空乘人装置处于24 h运行状态，即便是在无人乘坐的情况下也处于运行状态。基于所设计的智能化电气控制系统，当无人员乘坐时架空乘人装置停止运行。经统计，采用智能化电气控制系统后，架空乘人装置每天的实际运行时间约为6 h，即停止运行时间为18 h。则每年可节约运行的时间为18 h×360 d=6 480 h；电费按照0.6 元/kWh计算，架空乘人装置电机的额定功率为37 kW，则每年可节约电费为6 480 h×37 kW×0.6 元/kW·h=143 856 元，约14 万元。

2）当架空乘人装置无人乘坐时其将停止运行，也间接了减轻了钢丝绳、托绳轮轮衬、吊轮、轴承的磨损。按照每天架空乘人装置可停止运行18 h 计算，则每年可停止运行9 个月。对于钢丝绳而言，每年停止运行9 个月，间接每个月的损耗可减少2 000 元，则一年可减少损耗18 000 元；对于托绳轮轮衬而言，正常使用状态下每个月损耗为5 000 元，采用智能化控制系统后，在每年停止运行的9 个月内可节省费用为45 000 元。因此，对于辅助部件而言，每年可减少损耗费用约18 000 元+45 000 元=63 000 元。

综上，对架空乘人装置重新设计并配置智能化电气控制系统后，每年可节约费用约14 万元+6.3 万元=20.3 万元。