架空乘人装置的结构及监控系统设计

王之康

（晋能控股煤业集团晋圣三沟鑫都煤业， 山西 沁水 048299）

引言

近年来，随着矿井的现代化建设，综采工作面的采煤量大幅提升，对应的煤矿运输能力也明显提升。在煤矿采掘技术和设备能力不断改进的同时，煤矿辅助运输设备的效率成为当前制约煤矿安全、高效生产的重要因素之一。由于辅助运输系统未投入大量的资金对其技术和设备进行更新，其运输能力明显滞后主要运输系统，此现状不仅会影响矿井劳动生产率，而且会影响作业人员的安全性[1]。

1 架空乘人装置概述

架空乘人装置为对人员进行运输的设备，俗称为“猴车”。架空乘人装置属于无极绳运输系统的一种，主要包括驱动系统、张紧系统、线路系统和尾轮系统，该种辅助运输方式具有运输量大、上下车方便、能耗低以及操作简便等优势[2]。

架空乘人装置的核心分系统包括有驱动装置分系统、迂回轮装置分系统、张紧装置分系统、重锤以及乘人器等。其中，驱动装置分系统的主要结构如图1所示。迂回轮装置分系统主要是对钢丝绳张紧起导向作用，其主要包括四滑轮、行走对轮、迂回轮架、迂回轮、护圈、迂回轮轴以及轴承座等。张紧装置分系统的主要作用是为钢丝绳提供张紧力，保证驱动轮和钢丝绳之间的摩擦因素小于0.2。重锤的主要作用是对钢丝绳的张力进行调节。一般的钢丝绳选用16S、26WS以及31WS 类型的钢丝绳，为保证人员的运输安全，要求钢丝绳的安全系数≥6[3]。

图1 驱动装置分系统结构示意图

本文所研究架空乘人装置应用于斜井巷道的长度为2 600 mm，斜坡的角度为18°。结合实际人员运输需求和相关标准要求，为该架空乘人装置所选型各类构件如表1 所示。

表1 架空乘人装置构件型号及关键参数

2 架空乘人装置监控系统设计

架空乘人装置监控系统主要功能是通过先进的控制技术，实现对装置运行的控制及其安全保护功能。具体包括对架空乘人装置的启停控制，对其运行过程中越位、超速和欠速等故障进行保护。

2.1 总体设计

结合煤矿井下的实际情况及其实际运行工况要求，架空乘人装置监控系统具体需具备如下功能：

1）基于变频器实现对运输速度的无级调速控制。

2）实现对驱动电机的综合保护，对机尾越位进行保护，对钢丝绳过速飞车、钢丝绳脱轮、减速器温度超限以及减速器液压油极限超限等故障进行保护。

基于监控系统实现对架空乘人装置自动程序控制和脱机控制，结合当前各类监控系统总体结构，架空乘人装置监控系统总体结构分为管理层、控制层、设备层和现场仪表等部分。其中，管理层为整个监控系统的操作台，控制层为架空乘人装置的控制箱和变频器，设备层主要指的是架空乘人装置的各类电机、滚筒以及制动油箱等，现场仪表主要为编码器实现对UI 电机转速的监测，信号系统实现对现场仪表向控制层传输数据的功能，跑偏传感器监测钢丝绳是否跑偏。

2.2 软硬件设计

2.2.1 硬件选型设计

架空乘人装置硬件选型结果见表2。

表2 架空乘人装置硬件选型结果

1）机头、机尾越位保护功能的实现。该功能主要由磁感传感器、行程开关等核心部件组成。架空乘人装置达到越位点时会触发行程开关。触发行程开关的信号上传至PLC 控制器发出故障报警，与此同时在上位机显示系统显示出“机头越位”或“机尾越位”的信息。

2）掉绳保护功能的实现。一般情况下，钢丝绳张力不足、压绳轮中心发生偏移以及轮衬发生磨损均会导致钢丝绳掉落。当发生吊绳事故时，在机械捕绳器的作用下会将钢丝绳卡住，并将信号上传至控制系统。

3）打滑保护功能的实现。当钢丝绳与驱动轮之间发生打滑事故时，由于打滑摩擦力不足，霍尔传感器监测到信号并上传至控制系统，控制架空乘人装置自动停车。

2.2.2 软件设计

参照架空乘人装置监控及保护系统所需实现的功能，设计如图2 所示的控制流程。

图2 架空乘人装置控制流程图

如图2 所示，监测系统对架空乘人装置的手动和自动控制模式进行判断。自动控制模式下对架空乘人装置的上下车人数进行统计，即实现对人员上下车的自动监测，该项功能通过红外监测装置实现。若架空乘人装置的实时人数满足要求，系统自动运行；若不满足要求，则进行核减人数的操作。期间，对系统是否发生故障，各类保护动作是否动作进行判断，若出现保护动作应实时发出报警，并根据事故类型控制架空乘人装置停车。

3 结语

1）为保证架空乘人装置运行的安全性，在相关标准支持和理论计算的基础上，完成防爆电动机、钢丝绳、重锤、张紧钢丝绳、减速器以及制动器的选型设计。

2）架空乘人装置监控保护系统的主要功能为对装置的启停进行控制，并对打滑、超速、欠速以及掉绳等故障发出报警和停机保护等控制。