基于磁懸浮技術的礦山深部罐籠提升設備

王隆揚 陳會官 林一凡 吳陳幼 張春陽 付梓煊

摘要：結合磁懸浮電梯以及礦井提升特點，將磁懸浮技術運用到礦井提升設備中，提出磁懸浮罐籠，解決礦山生產中深部提升問題。簡述礦井提升裝置的現狀，并設計磁懸浮罐籠提升原理、零件選取與安全防護。運用3DMAX軟件建立三維動畫模型并模擬磁懸浮罐籠解決礦井深部提升問題的過程。

關鍵詞：磁懸浮技術；深部提升；罐籠；3D建模

1引言

隨著國家工業化的發展，地表的礦物資源不斷減少，礦山大部分已由露天轉入地下，開采深度也由幾百米發展到幾千米，導致提升礦物的難度也越來越大，這對礦井提升系統提出了極高的要求。但是，現如今任何一種提升系統都需要鋼絲繩作為媒介，隨著開采深度的增加，鋼絲繩需要設計的越來越粗，使得鋼絲繩自重不斷增加、提升機越來越大型化，在達到一定深度時，有繩提升裝置將會受到極大的限制甚至無法使用。這成為限制傳統提升方式提升深度的一個重要因素。因此，隨著礦山開采深度越來越深，迫切需要新的安全高效的提升設備改善提升狀況。

近年來，磁懸浮技術發展迅速，實現磁懸浮豎直提升已不是難事。磁懸浮罐籠采用無繩提升技術，提升量不受礦井深度的限制，與傳統有繩提升裝置相比較，更加適合深井提升。同時，在磁懸浮罐籠正常工作過程中摩擦損耗少，能量利用率高，對設備磨損輕微，相較普通罐籠，磁懸浮罐籠維修費用更低，使用壽命更長。

2磁懸浮罐籠結構設計與原理介紹

2.1磁懸浮罐籠的組成結構

磁懸浮罐籠主要由罐籠、直流電機、導向系統、永磁體、電阻式傳感器以及vvvF控制器組成，圖1為磁懸浮罐籠的初步設計結構簡圖。在罐籠八個角分別安裝有永磁鐵，上部四個永磁體磁極相同，下部四個永磁體磁極相同。在井筒四周安裝導向系統，導向系統由電磁導軌與輔助導軌兩部分組成，電磁導軌上按照一定間距軸對稱排列一定數量的線圈定子，為罐籠提供動力。輔助導軌采用傳統的T型導軌、滾動導靴以及導軌架組成，輔助導軌在磁懸浮罐籠正常工作時處于停滯狀態即滾動導靴不與導軌接觸，僅在電流不穩定以致罐籠左右搖擺時滾動導靴與導軌接觸起輔助導向作用以及遇到突發性動力喪失時起到緊急制動作用，用來保證罐籠及其相關設備的安全。直流電機與VVVF控制器、電磁導軌串聯，傳感器安裝在罐籠上。

2.2磁懸浮罐籠的工作原理

在磁懸浮罐籠工作過程中，通過罐籠上的傳感器將罐籠的位置信息傳遞給控制器，再通過控制器不斷改變線圈定子的電流方向以及電流大小使罐籠平穩運行。在罐籠運行過程中，通過控制器始終保持罐籠上的永磁體的磁極方向與該永磁體左上角或者右上角的線圈定子的磁極方向相同，始終保持罐籠上永磁體的磁極方向與該永磁體左下角或者右下角的線圈定子的磁極方向相反，這樣就使得每個永磁鐵上方的線圈定子對永磁體產生吸力，下方的線圈定子對永磁體產生斥力，根據磁懸浮罐籠運行狀態控制各線圈電流大小，使罐籠按照設計的速度狀態運行。

3磁懸浮罐籠提升三維模型

現如今虛擬現實技術飛速發展，3D建模技術在礦山中的應用已不在少數。為了能夠更好的演示磁懸浮罐籠的工作原理以及驗證磁懸浮罐籠技術的可行性，我們利用3DMAX軟件制作磁懸浮罐籠的三維虛擬模型，虛擬模型展示如圖2。

4結論

現如今影響礦山深部開采的原因歸納起來主要有三大因素：高應力、高地溫、高井深。其中“高井深”導致的主要問題是提升設備大型化，甚至當開采到一定深度時傳統提升設備將無法正常工作，由此也引出了大型提升設備安裝、維護困難，經濟成本高等問題。

磁懸浮技術高速發展，磁懸浮電梯已然成為現實。結合深部礦井提升特點與磁懸浮電梯而提出的磁懸浮罐籠用來解決深部礦井提升困難等問題。磁懸浮罐籠采用無繩提升技術，解除了鋼絲繩對開采深度的限制。同時也減少了設備與設備之間的摩擦損耗，降低成本。