液壓驅動式架空乘人裝置在大傾角斜井的研制和應用

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，并在實際中應用。該裝置的研制成功，實現了機械運送員工上、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。

關鍵詞：液壓驅動;架空乘人裝置;大傾角斜井;應用

引言

根據《煤礦安全規程》第三百六十五條：人員上下的主要傾斜井巷，垂深超過50m時，應采用機械運送人員[1]。而永定莊煤業公司石炭系延深材料暗斜井斜長489m，坡度25°，垂深206?m，大大超出了規定要求。為徹底解決員工上下作業點距離遠、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。根據該斜井現狀，并到現場勘查，在確保滿足《煤礦安全規程》、《煤礦用架空乘人裝置安全檢驗規范》[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。扣件螺栓距離軌面不小于80mm，地輥距軌面不超過40mm。按《煤礦安全規程》，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。與傳統斜井人車輸送方式比較，優勢顯著：設備投資小，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，運行平穩可靠，人員上、下吊椅方便自如，設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??機械驅動式架空乘人裝置與液壓驅動式架空乘人裝置研制方案的比較

1.2.1??機械驅動式架空乘人裝置，其速度不可調、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??液壓驅動式架空乘人裝置，可無級調速、軟啟動、軟停車、安全性能高。

1.2.3??液壓驅動能實現無級調速和正反轉運動，可以在很低的速度下正反轉，以便檢查鋼絲繩;可以實現電機空載起動，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的特點;液壓驅動系統的單件質量較小，便于在巷道中安裝和維護;在惡劣工作環境條件下，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動+變頻裝置相比，對其附近的電氣和通訊設備沒有影響、性能穩定，不易出故障，使用壽命長，且造價偏低。

1.2.5??液壓驅動裝置克服了機械驅動+變頻調速裝置的以下缺陷：一是產生諧波干擾，對附近的電氣和通訊設備影響較大;二是性能不是很穩定，內部關鍵元件容易出故障;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動式架空乘人裝置[5]。

2.液壓驅動式架空乘人裝置研制方案說明

2.1??驅動部分[6]

驅動部分設計為架空式單輪驅動部，液壓傳動方式。

2.1.1??驅動部結構形式的設計

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

2.1.2??驅動輪、迂回輪的選取

《煤礦安全規程》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輪及尾導輪和圍抱角大于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《煤礦安全規程》第四百條的規定，架空乘人裝置的鋼絲繩安全系數最低值為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，安全系數為6.7，符合《煤礦安全規程》的規定。

2.1.4??安全距離的確定

《煤礦安全規程》中第368條第二項：蹬座中心至巷道一側的距離不得小于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構形式：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，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。吊椅與抱索器聯接后，抱索器抱緊鋼絲繩時，應保證吊椅的座椅保持水平;同時，吊椅運行時不應碰及鋼絲繩導向裝置等各部件[8]。座椅按人的正常座姿進行優化設計，使其符合人機工程學，故乘坐舒適，上下車安全。

2.1.7??機尾部分的設計

機尾主要包括迂回輪裝置、張緊小車、滑道、導繩輪和重錘。迂回輪裝置在滑道內可自由移動，保持系統恒定的張緊力;回繩站采用重錘張緊，并通過導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）設計為7米，避免由于鋼絲繩的伸長造成系統不能正常運行。

2.2??電氣控制部分

2.2.1??電氣控制系統為自動化控制，電氣系統采用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具有三種模式：即連續運行、間斷運行、自動停止運行。

連續運行——當上下班人員高峰時段，啟動連續運行模式，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，從而提高生產效益。

2.3??液壓驅動式架空乘人裝置的優點

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，安全宣傳等內容。

2.2.2??運送效率高、節能

鋼絲繩實行無極運轉，實現連續運送，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參數

最大運輸能力：雙向308人/h;同時乘座人數：70人;乘人間距：?14m;托輪繩間距：8m;驅動輪直徑：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）;系統工作電壓：660V;機尾張緊導軌長度：7m。

3.架空乘人裝置的安裝技術要求

3.1??電動機，聯軸器，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??彈性聯軸器安裝時保證兩端面間隙3～5mm。

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

3.4??驅動輪、迂回輪的中心線對猴車的設計中心線的偏移≤2mm，繩槽中心線必須與出入側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??迂回輪兩側導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，全線中在同側的托繩輪槽和壓繩輪槽的中心線應在同一直線上，其偏差≤2mm。

3.7??安裝后，全線中在同側的托繩輪槽和壓繩輪槽的頂面高度差≤2mm。

3.8??鋼絲繩的接頭編結長度為鋼絲繩直徑的1000倍，安全系數不小于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??驅動機架橫梁、機尾導軌架梁、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??按設計要求預埋好驅動裝置機架、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，調整上站、下站和線路所有設備后，安裝供電、電氣安全保護、通訊信號和照明系統。

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

5.應用情況及社會經濟效益

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動式猴車，其特點是：速度不可調、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。而使用液壓驅動式架空乘人裝置，具有一次性投入少，減少工程量和設備投資，安裝調試簡單，操作維護方便，連續運行中途不停車。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，實現了人與物料的混合運輸，實現了機械運送員工上、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的狀況，取得了明顯的經濟效益和社會效益。

6.結論

永定莊煤業公司使用的液壓驅動式架空乘人裝置是具有可無級調速、軟啟動、軟停車、安全性能高等特點。經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、節能、適用范圍廣等優點，適合于在其它斜井或平巷推廣使用。

參考文獻：

[1]《煤礦安全規程》，煤炭工業出版社??2011年2月

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

[3]?翟守忠、賀建國、何萬平等，《礦山在用斜井人車安全性能檢驗規范》??煤炭工業出版社??2011年5月

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

[5]?范瑞林、王保麗等，《煤礦用架空乘人裝置》，煤炭工業出版社??2011年9月

[6]?張立忠、楊現、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?《架空乘人裝置設計研究》?煤礦現代化??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條件》中國煤炭工業出版社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，主要從事煤礦技術工作。