（机械工程专业论文）矿井架空乘人装置应用研究.pdf

江苏大学工程硕士学位论文 摘要 煤矿架空乘人装置是一种适用于长距离 多变坡巷道条件的机械运 人设备 它的性能的好坏直接影响煤矿职工的井下行走安全以及劳动生 产率 本文在分析架空乘人装置的基础上 通过与其他辅助运输装置的 比较 介绍了其诸多的优点 同时 立足淮北矿业集团的下属矿井杨庄 煤矿 对矿井辅助运输系统做了深入调查分析 根据杨庄煤矿架空乘人 装置的功能要求 对架空乘人装置进行了应用研究 本课题制定了架空乘人装置系统设计的总体方案 同时对其组成的 各主要部件进行了详细设计 采用p l c 控制系统 使架空乘人装置运行 的可靠性 操作性及维护性等方面得到改善 通过在杨庄煤矿的实际应 用现况验证了架空乘人装置系统设计的合理性 同时对运行中极易出现 的一些故障进行分析 并提出相应的解决方法 防止事故的发生 本课题的研究丰富和发展了架空乘人装置的设计理论和方法 为其 提供了一定的理论基础和依据 有利于保证架空乘人装置稳定 可靠地 运行 降低工人的工作强度 提高劳动生产效率 关键词 矿井架空乘人装置 系统设计 p l c 应用 矿井架空乘人装置应用研究 a b s t r a c t t h ec o a lm i n eo v e r h e a dd e v i c ei st h em e c h a n i c a le q u i p m e n tw h i c hc a n t r a n s p o r tp e o p l ei nt h em i n e i t sa p p l i c a b l et ol o n g d i s t a n c ea n dc h a n g i n g s l o p eo fr o a d w a yc o n d i t i o n s d e v i c e sq u a l i t ya f f e c t st h es a f e t yo ft h ec o a l m i n ew o r k e r s a n dt h el a b o rp r o d u c t i v i t yo fam i n ec o m p a n y b a s e do nt h e a n a l y s i so nt h ec o a lm i n eo v e r h e a dd e v i c e a n db yc o m p a r i n gw i t ho t h e r a u x i l i a r yt r a n s p o r td e v i c e t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e sm a n yb e n e f i t so fi t a tt h e s a m et i m e b a s e do nt h ey a n g z h u a n gc o a lm i n eo fh u a i b e im i n i n gg r o u p s u b o r d i n a t e sm i n e a u x i l i a r yt r a n s p o r t a t i o ns y s t e mt o d ot h e a n a l y s i s o f i n d e p t hi n v e s t i g a t i o n a c c o r d i n g t o y a n g z h u a n g c o a lm i n ef u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t so f t h ed e v i c e t h ea r t i c l ea p p l i e dr e s e a r c ha b o u tt h ed e v i c e b ya n a l y z i n gt h ec o a lm i n eo v e r h e a dd e v i c eb o d yc h a r a c t e r i s t i c sa n d w o r k i n gp r i n c i p l e t h eo v e m l ld e s i g no ft h es y s t e mp r o g r a mi sc a r r i e do u ta n d t h em a i ns t r u c t u r eo ft h es y s t e mi sd e s i g n e d t h eu s eo fp l cc o n t r o ls y s t e m t h ec o a lm i n eo v e r h e a dd e v i c er e l i a b i l i t y o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c eo f i m p r o v e d t h r o u g ht h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o ni ny a n g z h u a n gc o a lm i n ei nt h e o v e r h e a dm a n n e de q u i p m e n ts y s t e mi sv e r i f i e dt h er a t i o n a l i t yo ft h ed e s i g n w h i l et h e r u n n i n ge a s i l y o c c u r r e di ns o m ef a u l ti s a n a l y z e d a n d t h e c o r r e s p o n d i n gs o l v i n gm e t h o d s p r e v e n ta c c i d e n t s r e s e a r c ho nt h es u b j e c th a v ee n r i c h e da n dd e v e l o p e dt h ed e s i g nt h e o r y a n dm e t h o d so ft h eo v e r h c a dd e v i c e p r o v i d e dat h e o r e t i c a lb a s i sa n d f o u n d a i o n t oh e l pt ot h es t a b i l i t y r e l i a b l e o p e r a i o no ft h ec o a lm i n e o v e r h e a dd e v i c e l o w e rw o r k i n t e n s i t y o fw o r k e r sa n di m p r o v el a b o r p r o d u c t i v i t y k e y w o r d s t h e c o a lm i n eo v e r h e a dd e v i c e s y s t e md e s i g n p l c a p p l i c a t i o n 江苏大学工程硕士学位论文 1 1 课题的研究背景 1 绪论 煤炭行业是我国的支柱产业 随着我国国民经济的高速发展 对能源的需求量不 断增加 而我国是一个以一次能源 煤炭 为主的国家 据统计 2 0 0 0 年全国煤炭产 量仅为1 2 5 亿吨 到2 0 0 6 年就达到了2 3 8 亿吨 以年均1 1 5 的增幅保证了国民 经济持续快速发展对能源的需求 同时我们也注意到 我国煤炭产业的集中度低 企 业规模小和生产过于分散 这也是煤炭安全事故频发的一个重要原因 为此 国务院 从2 0 0 5 年下半年开始实施煤矿整顿关闭攻坚战 到2 0 0 7 年底全国累计关闭小煤矿 1 1 1 5 5 处 淘汰煤炭落后产能约2 5 亿吨 全国4 5 的小煤矿己被关闭 陛1 一方面 经济的快速发展要求提高煤炭的产能 另一方面 为了安全生产和 保证经济的可持续发展又必须关闭不符合开采条件的小煤窑 这样 我国煤炭的 供需矛盾将长期存在 为了提高煤炭的产量 必须提高采煤工人的生产效率 随着煤炭开采 采掘装备和技术的发展 采煤装备的生产能力越来越大 可靠性 越来越高 使用寿命越来越长 形成了适应各种条件需要的系列装备 特别是综合机 械化采煤设备 采煤工艺越来越完善 大采高 大倾角 放项煤开采工艺趋向成熟 从而使我国煤矿工作面的单产和效率大幅度提高 矿井的经济技术指标明显改善 2 0 0 0 年国有重点煤矿采煤机械化程度达到7 4 4 3 掘进机械化程度达到7 3 2 9 综 采程度达到5 6 7 3 原煤生产人员效率2 5 2 6 t 工口1 虽然许多煤矿在现代化建设过程中 引入了新技术 新工艺 新设备 改进了煤 炭生产技术及设备 提高了采煤的机械化程度 但与国外平均水平和先进水平相比较 我们的差距仍很大 我国煤矿用人多的现状仍然没有根本改变 主要原因之一就是辅 助运输的现代化改造没有取得重大突破和实质性进展 矿井辅助运输系统技术水平 运输方式变化不大 占用大量人力物力 成为约束生产率和经济效益的一个重要因素 数据显示 我国各类煤矿有2 6 万多处 矿井平均深度己经超过了地下4 0 0 0 米 最深的矿井超过了1 0 0 0 0 米 故矿工到达工作面的交通时间是不可忽视的 由于巷道 的特殊地形条件 导致采煤工人的路途劳动强度大于正式工作时的劳动强度 如果能 矿井架空乘人装置应用研究 把路途时间缩短一个小时 用缩短的时间采煤的话 采煤的人工效能可以提高1 0 以 上 如果要达到快速 安全地将采煤工人送到工作地点 提高工作效率 必须引入性 能更加优越的辅助运输设备 现在一些小煤矿的工人进出巷道基本上靠步行 一些大规模煤矿则采用斜井导轨 人车或架空乘人装置 即俗称 猴车 运输工人上下井 斜井人车在我国使用较为普 遍 已成为煤矿工人上下斜井的主要交通工具 但由于斜井人车存在井下巷道要求高 安全性能差 投资费用大 安装和维护时间长等问题 这种设备正在退出辅助运输设 备范围 被架空乘人装置逐步取代 而我国现有的架空乘人装置也有效率低 不够稳 定 可靠性不高等诸多问题 综上所述 能源需求量的大幅度提高 企业提高生产效率的需求以及保证人身安 全的首要性使得煤矿必须改进现有的辅助运输装置 1 2 煤矿架空乘人技术 煤矿用的架空乘入装置 又称猴车 是井下运人的一种安全辅助运输设备 有助 于提高煤矿生产效率 降低工人劳动强度 减轻工人体力消耗 其工作原理是把安装 在驱动轮 压绳轮 托绳轮 尾部迂回轮之间的钢丝绳经重锤拉紧后 由防爆电机输 出动力 利用钢丝绳与驱动轮衬间的摩擦力带动钢丝绳运转 实现循环无极运动 从 而实现输送煤矿工人的目的 其中钢丝绳通过张紧装置张紧后 以维持钢丝绳在托绳 轮之间的挠度和张力 1 2 1 架空乘人装置起源及现状 据介绍 我国在解放前就有使用猴车的矿井 而8 0 年代初期在湖南省湘潭市煤 矿就有使用猴车 而且主要零部件加工就是由兵工厂江南机器集团公司加工的 并在 8 0 年代得到迅速发展n 1 因此 猴车产品历史悠久 而现代猴车经历了三个发展阶段 第一个阶段 作为商品推广使用则是在2 0 0 2 年开始 那时仅满足基本的运行要 求 安全保护极少 其产品的初级阶段一直延续到2 0 0 4 年 第二个发展阶段 从2 0 0 5 年到2 0 0 7 年三年 猴车产品技术不断创新 安全保护 齐全 进入技术成熟阶段 第三个发展阶段 从2 0 0 8 年开始 猴车进入升级换代阶段 即液压猴车 其主 要特点是无级调速 软启动 软停车 故障率低 体积小 江苏大学工程硕士学位论文 1 2 2 架空乘人装置的分类 1 固定式抱索器架空乘人装置 又称循环式固定钩猴车 适应于大倾角巷道 可适应各种形式的托轮装置 结构 简单 运行平稳 循环双侧输送人员能力大 不摘钩 吊椅易于管理 适用范围 大倾角q 4 0 长距离 3 0 0 0 m 巷道平面转弯 循环双侧输送 不 摘钩 优点是 吊椅易于管理 缺点是 上下车时必须在运行中上下 安全性低 相对线路负荷较大 既耗电大 又增加对轮衬的机械磨损 容易损坏轮衬 在巷道偏口较多的时候 容易挂扯车辆和 巷道两侧的物体 2 活动式抱索器架空乘人装置 又称循环式两侧输送活钩猴车 抱索器与钢丝绳不连接 使用时将抱索器挂在钢 丝绳上 靠摩擦力带动抱索器随钢丝绳运行 适用范围 最大倾角 3 0 长距离 3 5 0 0 m 运料和运人共用巷道 巷道平面 转弯 循环双侧输送 可摘钩 优点是 上下车时和运行中安全性较好 相对线路负荷小 既省电又延长轮衬和 机械的使用寿命 不运行时不影响轨道运输的各偏口车辆运输 上下车选用零速度上 下车装置 在不停车的情况下 使矿工在静止状态中上下车 特别是在高速度的运行 中 更能确保矿工乘坐安全 缺点是 吊椅管理比较麻烦 人员需要搬动悬挂 不搬动则需要设环形座机构 占用空间大 两端占用巷道距离长 3 单侧固定式抱索器架空乘人装置 又称往复式单侧输送固定钩猴车 适用范围 窄巷道 1 4 m 综采巷道 皮带巷 道 大倾角 4 0 长距离 3 0 0 0 m 巷道平面转弯 往复单侧输送 不摘钩 可摘 椅 优点是 吊椅易于管理 缺点是 上下车时必须在运行中上下 安全性低 线路负荷较大 既耗电大 又 增加对轮衬的机械磨损 容易损坏轮衬 在巷道偏口较多时 容易挂扯车辆和巷道两 侧的物体 因单边运人 所以效率低 矿井架空乘人装置应用研究 4 单侧活动式抱索器架空乘人装置 又称循环式单侧输送活钩猴车 适用范围 窄巷道 1 4 m 综采巷道 皮带巷道 大倾角 3 0 长距离 3 0 0 0 m 巷道平面转弯 单侧输送 可摘钩 优点是 上下车时和运行中安全性好 线路负荷小 既省电又延长轮衬和机械的 使用寿命 不运行时不影响轨道运输的各偏口车辆运输 上下车选用零速度上下车装 置 在不停车的情况下 使矿工在静止状态中上下车 特别是在高速度的运行中 更 能确保矿工乘坐安全 可靠的轮系装置 使运行中的钢丝绳不掉绳 缺点是 吊椅管理较为麻烦 人员需要搬动悬挂 不搬动则要设环形座机构 占 用空间大 两端占用巷道距离长 1 2 3 架空乘人装置的结构组成 1 机械传动方式 单轮驱动型 单轮驱动型架空乘人装置 既能架空又能落地安装 结构简单 运行平稳 噪音 低 适用g 型 h m 型 h k 型 h y 型 h j 型抱索器运行 其中g 型 h y 型 h j 型抱 索器可以绕驱动轮和尾轮运行 基本配置有 电动机 联轴器 工作制动器 减速器 驱动轮 驱动装置机架 液压张紧装置 吊架 托绳轮 压绳轮 防掉绳装置 吊椅 抱索器 钢丝绳 横梁 尾轮架 尾轮 吊椅防过摆装置 手动控制或自动控制的电气控制系统 单轮驱动型 驱动装置可落地或架空布置 如图1 1 所示 4 图1 1 单轮驱动装置 江苏大学工程硕士学位论文 双轮驱动型 双轮驱动型架空乘人装置 一般采取落地安装 输送功率大 运送距离长 适用 于h k 型 h m 型抱索器 但是不能绕驱动轮和尾轮运行 基本配置有 除具备单轮驱动装置的基本配置外 还配有静态上下车装置 轮边 制动器 蜗轮蜗杆减速机不需要 双轮驱动型的驱动装置宜落地布置 适用于长距离 的高速或低速猴车 如图1 2 所示 图1 2 双轮驱动装置 子母轮驱动型 基本配置有 除安装两套驱动装置外 其余配置和单轮驱动型相同 适用于窄巷 道 长距离 大坡度的巷道条件 2 液压传动方式 单轮驱动型 单轮驱动型架空乘人装置 既能架空又能落地安装 结构简单 运行平稳 噪音 低 适用g 型 h m 型 h k 型 h y 型 h j 型抱索器运行 其中g 型 h y 型 h j 型抱 索器可以绕驱动轮和尾轮运行 基本配置有 电动机 联轴器 液压泵 补油泵 制动器 液压马达 驱动轮 驱动装置机架 吊架 托绳轮 压绳轮 防掉绳装置 吊椅 抱索器 钢丝绳 横梁 尾轮架 尾轮 张紧装置 吊椅防过摆装置 手动控制或自动化控制的电气控制系统 单轮驱动型驱动装置可落地或架空布置 双轮驱动型 双轮驱动型架空乘人装置 一般采取落地安装 输送功率大 运送距离长 适用 矿井架空乘人装置应用研究 于h k 型 h m 型抱索器 但是不能绕驱动轮和尾轮运行 可实现液压马达无极调速 基本配置有 除具备单轮驱动装置的基本配置外 还配有静态上下车装置 轮边 制动器 双轮驱动型的驱动装置 宜落地布置 适用于长距离的高速或低速猴车 子母轮驱动型 基本配置有 除安装两套驱动装置外 其余配置和单轮驱动型相同 适用于窄巷 道 长距离 大坡度的巷道条件 1 2 4 架空乘人装置的优点 同其他的辅助运输设备相比 架空乘人装置具有以下的优点 1 国家规定煤矿架空乘人装置的运行速度为1 2 m s 运行速度较低 同时还 配备有完善的安全保护装置 所以它的安全性要好于其他的辅助运输设备 2 输送距离远 运送能力强 属于无极循环运行 乘坐人员随到随走 无需 等候 3 相对其它辅助运输设备 投资成本低 寿命长 维护量小 4 适用于井下多种巷道 应用范围广泛 5 在井下的布置方式多样 既可以单独布置 又可以与带式输送机共同布置 既可以循环运行 也可以往复运行 实现入员输送 由于国内架空乘人装置的技术研究起步比较晚 在许多方面与发达国家相比还有 很大差距 技术相对落后 更新速度较慢 这样就无法保证架空乘人装置的使用性能 而其性能通常与煤矿安全生产紧密相连 所以制造性能优良的架空乘人装置成为人们 关心的课题 1 3 课题的研究意义 从煤矿发展的特点和形势出发 我国煤矿要想得到更大的发展 就必须充分挖掘 煤矿自身的潜力 降低成本 提高劳动效率 现在我国煤矿采掘机械化程度己经相当 高 只有努力提高辅助运输机械化程度 加快其发展速度 才能较快和较大幅度地提 高矿井全员效率 降低煤炭生产成本 增加企业经济效益 要想改变落后状况 就必 须对传统辅助运输方式进行改造 研究应用新型辅助运输系统 可以通过对架空人车 的技术改造 提高辅助运输的高效 安全水平 江苏大学工程硕士学位论文 一般情况下 矿井架空人车架设长度为几百米至一千多米不等 由于井下生产的 特殊性 三班倒职工乘车的时间不易掌握 并且有零散作业人员 为了能使职工随时 乘车 目前矿井使用的架空人车大多处于一直运行状态 也就是架空人车在有人乘坐 时运行 在无人乘坐时也处于空运行状态 这样运行很不经济 既造成设备的磨损 又增加了电能的损耗 因此需要设计 研制一套智能化的装置 来减少斜巷架空人车 的无效空运行 将具有重要的经济效益和社会效益 许多矿井具有架空人车 目前均 未使用智能运行装置 因此该装置必将有广阔的应用前景 由于架空乘人装置结构简单 容易自制和安装 国家也没有强制标准 导致一些 架空乘人装置在运行中常会出现钢丝绳脱落等问题 由于架空乘人装置一般只有机头 有司机 机尾不设信号工 而事故大多数发生在司机无法看到的地方 因而难以及时 停车 从而造成事故扩大 为了保证架空乘人装置的安全运行 需要设置可靠的保护 装置 因此 研究具有机动性 适应性 多功能性 经济性为一体的安全 高效 智能 型矿井架空乘人装置具有重要意义 1 4 本课题研究的内容及安排 本课题以淮北矿业集团杨庄煤矿的矿井辅助运输系统为研究对象 基于杨庄煤矿 实际应用工况 对矿井架空乘人装置进行应用改造研宄 研究的重点有以下几个方面 1 架空乘人装置系统总体设计 2 架空乘人装置的主要结构设计 3 架空乘人装置的电气控制系统设计 4 架空乘人装置的实际应用研究 早期的普通索道使用常规的继电器控制 存在反映不灵敏 抗干扰能力差 功能 不齐全 保护措施少的局限性 本课题中采用p l c 控制系统 使架空乘人装置运行的 可靠性 操作性及维护性等方面得到改善 本论文分为五个章节 主要内容如下 第1 章绪论 提出煤矿架空乘人装置应用研究这一课题 概括本文的课题研究 背景及意义 简要分析架空乘人装置技术 同时说明本文研究的主要内容和结构安排 第2 章矿井架空乘人装置的系统设计 根据杨庄煤矿架空乘人装置的功能要求 矿井架空乘人装置应用研究 以及工作原理 制定了系统设计的总体方案 同时对其组成的各主要部件进行了详细 设计 第3 章矿井架空乘人装置的电气控制系统研究 鉴于原架空乘入装置继电器控 制系统诸多缺点 本文设计基于p l c 的变频软起动调速电气控制系统 实现架空乘人 装置全程自动化控制 提高其运行效率 保证架空乘人装置稳定 可靠运行 第4 章矿井架空乘人装置的应用 架空乘人装置主要用于运送人员 对性能要 求严格 通过在杨庄煤矿的实际应用现况验证架空乘人装置系统设计的合理性 同时 对运行中极易出现的一些故障进行分析 并提出相应的解决方法 防止事故的发生 第5 章总结与展望 总结现有工作 并对今后的工作和研究进行展望 江苏大学工程硕士学位论文 2 矿井架空乘人装置的系统设计 近年来 我国煤矿为了提高生产效率 降低工人劳动强度 在引进新的采煤设备 掘进设备的基础上 辅助运输也在不断改进创新 越来越重视各种运送人员矿山机械 设备的投入 以满足现代化高产高效矿井发展的需要 矿井架空乘人装置对于实现煤 矿井下机械运送人员 减轻井下职工的体力消耗和矿井安全生产有着重大的意义瞄1 2 1 系统的设计要求 矿井架空乘人装置在系统设计上有如下要求 1 巷道倾角不得超过设计规定的数值 2 蹬座中心至巷道一侧的距离不得小于0 7 m 运行速度不得超过1 2 m s 满 足 中国煤矿安全规程 要求 3 驱动装置必须带有制动器 4 吊杆和牵引钢丝绳之间的连接不得自动脱扣 5 乘人装置无极运行 随到随行 不要等待 6 在下人地点前方 必须设有能自动停车的安全装置 7 设备易于操作 便于维护 8 设备耗能少 噪音低 无污染 运送能力大 9 研发性能更加可靠的电气控制系统 能够实现架空乘人装置的全程自动化 控制 同时设置保证乘坐人员人身安全的各种保护装置 为方便操作者操作 设计更 加人性化的操作面板 2 2 系统的总体设计 2 2 1 矿井架空乘人装置的使用环境条件 1 煤矿巷道工作坡度不超过4 0 2 隔爆型乘人装置工作时 周围空气中的瓦斯 煤尘不应超过 煤矿安全规 矿井架空乘人装置应用研究 程 中规定的浓度 3 非隔爆型乘人装置不应有瓦斯 煤尘等易然 易爆气体的场所 4 乘人装置应安装在空气温度0 一4 0 相对湿度不大于8 5 环境温度为 2 0 c 士5 c 时 海拔高度不超过1 0 0 0 m 的巷道内 应能防止液体入侵电气内部 无 剧烈震动 颠覆 无腐蚀气体的工作环境中工作 1 2 2 2 系统主要技术参数 1 安装总长 9 2 0 m 2 巷道最大坡度 1 3 3 驱动轮直径 1 2 0 0 m m 4 运行速度 0 9 6 m s 5 电机功率 3 7 k w 6 乘人间距 1 2 m 7 运输效率 2 8 8 人 h 8 牵引力 1 4 2 5 7 n 9 钢丝绳最大张力 2 1 4 1 9 9 n 1 0 重锤重量 9 0 0 k g 1 1 拉紧行程 9 m 1 2 迂回轮直径 1 2 0 0 m m 1 3 钢丝绳规格 6 x1 9 s f c 口2 2 1 6 7 0 右同 线接触 无油 2 2 3 系统组成及工作原理 系统由驱动装置 乘人装置 托绳轮装置 压绳轮装置 牵引钢丝绳 迂回轮及 张紧装置 安全保护装置 电气控制装置等组成 装置结构示意图如图2 1 所示 1 0 江苏大学工程硕士学位论文 2 3 2 4 l 一电控装置2 一机架3 一驱动轮4 一减速机5 一联轴器6 一制动器7 一防爆电机 8 横梁9 一托压吊架1 0 一单托 压 轮1 1 一越位保护1 2 双托轮组1 3 一牵引钢丝绳 1 4 一吊椅1 5 一抱索器1 6 一单托轮吊架1 7 一迂回导轨1 8 迂回轮架1 9 一迂回轮组件 2 0 一张紧索21 一张紧小车2 2 一三滑轮组2 3 一单滑轮2 4 一配重块 图2 1 架空乘人装置安装图 其工作原理是把安装在驱动轮 压绳轮 托绳轮 尾部迂回轮之间的钢丝绳经重 锤拉紧后 由防爆电机输出动力 利用钢丝绳与驱动轮衬间的摩擦力带动钢丝绳运转 实现循环无极运动 从而实现输送矿工的目的 其中钢丝绳通过张紧装置张紧后 以 维持钢丝绳在托绳轮之间的挠度和张力 2 3 系统主要结构设计 2 3 1 驱动装置 考虑架空乘人装置运行的平稳可靠和巷道条件 驱动装置安装在平巷道内 尾部 及张紧装置都安装井底平巷内 机头安装采用悬空安装方式 下部空间大 运行平稳 该处巷道高度拓高至4 o m 宽度不变 尾部安装高度3 2 m 宽度不变 根据要求 驱 动轮直径选1 2 0 0 r n m 驱动装置设计如图2 2 所示 矿井架空乘人装置应用研究 3 4 1 一机架2 一防爆电机3 制动器4 一联轴器5 减速器6 一驱动轮 图2 2 驱动装置设计图 1 驱动装置整体采用架空式安装 纵向布置 驱动装置主要包括防爆电机 电力液压块式制动器 联轴器 减速机 驱动轮 机架等 其结构紧凑 运行平稳 输出扭矩大 运行噪音低 维护简单 维修驱动轮时 直接拆除驱动轮而不需拆除减 速机 2 驱动轮轮衬采用k 2 5 高强度耐磨轮衬 该轮衬耐油 耐水 耐磨 摩擦系 数大 可达0 2 5 能有效提高牵引力 减小系统张力 提高钢丝绳寿命 3 减速机选用硬齿面3 级斜齿轮减速机 该减速机具有承载能力大 体积小 传动平稳 磨损小 寿命长等优点 减速机输出轴为空心轴结构 径向载荷由两套齿 轮联轴器传递到驱动轮上 钢丝绳的拉力不直接作用在减速机低速轴上 大大降低了 低速轴的径向载荷 减速机垂直安装 4 为提高系统的安全性能 驱动装置设工作制动器 而且均为失效安全型 2 3 1 1 电动机 煤矿井下使用的电动机 应选用隔爆型电动机 并符合g b3 83 6 1 3 8 3 6 2 2 0 0 0 爆炸性环境用防爆电气设备 的规定 根据煤安标字 2 0 0 3 1 3 号文 件规定 当电动机功率 2 2 k w 以上时 应采用隔爆型真空电磁起动器进行电动机控 制口1 该架空乘人装置采用的电动机是y b 一2 5 0 m 一6 隔爆型3 7 k w 三相异步电动机 1 2 江苏大学工程硕士学位论文 2 3 1 2 减速器 架空乘人装置选用具有体积小 扭矩大 传动平稳 噪声低且结构紧凑的减速器 这样的减速器适于井下安装 减速器的选型见表2 1 表2 1 减速器选型表 减速机型号转速公称传动比 m c 3 r v h f 0 8 6 3 9 8 0 辕 食6 3 2 3 1 3 制动器 制动器安装在减速机输入端 高速端 选用电力液压块式制动器 其推动器为隔 爆型并有防爆合格证和矿用产品安全标志证书 制动闸块的材料应选用制动时不会 引起爆炸和燃烧的材料制成 其材料性能符合m t l1 3 煤矿井下聚合物制品阻燃抗 静电性通用试验方法和判定规范 的规定 制动器为失效安全型 即 掉电后抱闸 以实现停车制动n 1 制动器设计图如图2 3 所示 所选用的制动器参数如下 电力液压块式制动器型号 b y w z 3 8 3 1 5 9 0 防爆电液推动器 b y t l 3 1 5 9 0 制动力矩 1 2 5 0 n m 螺杆杠杆推动器 图2 3 制动器设计图 矿井架空乘人装置应用研究 2 3 1 4 联轴器 联轴器采用带制动轮弹性柱销联轴器 其结构简单 安全可靠 具有减振 缓 冲以及补偿等性能 它主要由主动半联轴器1 弹性件2 制动轮3 从动半联轴 器4 等组成 其结构如图2 4 所示 3 1 一主动半联轴器2 一弹性件3 一制动轮4 一从动半联轴器 图2 4 联轴器结构示意图 联轴器主要参数如下 型号 i q d 0 4 3 7 一0 1 制动轮外径 3 1 5 m m 公称扭矩 4 1 0 0 n m 驱动装置底座为钢板焊接结构 电机 减速机 制动器的安装面采用龙门刨床 整体加工 保证了电机 减速机 制动器的安装尺寸 并且可以降低运行时的噪音 整体刚性强 结构美观 在井下湿度很大的情况下 板焊式驱动装置底座相比型钢 焊接式底座耐腐蚀性大大加强 2 3 2 乘人装置 1 4 抱索器采用固定式抱索器 该抱索器不易损坏 运行可靠 钢丝绳距巷道底板高为1 9 0 0 m m 钢丝绳插接长度 钢丝绳直径的1 0 0 0 倍 江苏大学工程硕士学位论文 吊椅应用人机工学原理设计 造型结构美观大方 新颖 人员上下方便 乘座舒 适 安全可靠 吊椅的吊杆采用钢管冷弯模压加工而成 长度为1 5 5 0 m m 吊椅结构如图2 5 所示 2 3 3 托绳装置 图2 5 吊椅示意图 托绳装置的安装应简单 可靠 并能适应巷道条件进行调整 托绳装置主要由托 轮吊架和托 压 绳轮等组成 如图2 6 所示 11 工字钢 n n氚 工 3 卜 钢丝绳 一 广 一 一吲 l j la i x 1 一托轮吊架2 一托 压 绳轮 图2 6 拖绳装置 矿井架空乘人装置应用研究 2 3 3 1 托 压 绳轮 托 压 绳轮由紧固件1 轴2 轮体3 轮衬4 轮盖5 等组成 如图2 7 所示 1 一紧固件2 一轴3 一轮体4 一轮衬5 一轮盖 图2 7 托 压 绳轮 由于托 压 绳轮受力大小和角度不同 有单 双等不同托 压 绳轮 为防止 运载索在运行中发生向内跳索 其内侧轮缘要高于外侧或在吊架上设置挡板 轮体采用精密铸造制造 托轮衬采用耐磨 防静电 阻燃材料制造的可更换的轮 衬 轮体内安装一对滚动轴承 当轮衬磨损由原来深度8 m m 变1 4 r a m 时 应及时更换 轮衬 2 3 3 2 托压轮组 所有托轮均镶有耐磨的非金属轮衬 有效保护钢丝绳 延长钢丝绳寿命 在变坡 点处设双组托轮组 这样受力均衡 不易磨损 托压轮组使钢丝绳在运行中更加平稳 不易脱绳 托压轮组由托压支架1 压绳轮2 和托绳轮3 等组成 其结构如图2 8 所 示 1 6 江苏大学工程硕士学位论文 1 一托压支架2 一压绳轮3 一托绳轮 图2 8 托压轮组 2 3 3 3 托轮吊架 托轮吊架由方钢管或槽钢制作 并在变坡点全部做成上下可调式 这样便于现场 安装和调试 托轮梁安装示意图如图2 9 所示 一 一 iii 铲 憎 j 图2 9 托拎粱害装示蠹网 托压绳轮设计成二轮式结构 安装时应注意以下几个事项 1 安装托轮和吊架组件时应使横梁上安装中心线标记至托轮轮衬中心距离为 钢丝绳直径一半 并使托轮轮槽与横梁垂直 矿井架空乘人装置应用研究 2 对于不符合安装要求的横梁 如横梁不水平 不与安装中心线垂直 在安 装托轮吊架组件时 应根据现场情况采取相应的措施 如旋转吊架或改制吊架 保证 托轮的位置正确 托轮固定后 两端面必须在竖直平面内 3 托轮组件的托轮和压轮的相对位置要适当 压轮轮槽表面只接触钢丝绳即 可 钢丝绳通过托压轮时 必须是直线 即直线段钢丝绳从头到尾必须为直线 不能 有人为地弯曲变坡现象 4 安装变坡点双托 压 轮时 必须调整双托 压 轮 使钢丝绳通过变坡点成 弧线 不能为折线 5 安装后在同侧的托绳轮和压绳轮 其绳槽全线的中心线应在同一直线上 其偏差不应大于士2m m 其全线的轮槽顶面高度差不应大于2m m 2 3 4 钢丝绳 根据 煤矿安全规程 中规定 煤矿架空乘人装置的驱动轮 尾部迂回轮直径与 钢丝绳直径的比不得小于6 0 在运行过程中钢丝绳受内应力变化作用 容易发生自 旋作用 使乘坐人员乘坐安全受到威胁 所以在选用钢丝绳应采取措施消除内应力及 自旋 该乘人装置系统中钢丝绳选用线接触 右向同捻带纤维芯的股式结构钢丝绳 6 1 9 s 在有腐蚀环境中推荐选用镀锌钢丝绳 在索道中常选用6 1 9 钢丝绳 选用 时 其安全系数不小于6 编接接头的长度不得小于钢丝绳直径的1 0 0 0 倍 选用有 m a 标志的产品 2 3 4 1 钢丝绳的安装 安装钢丝绳时 必须不得让钢丝绳发生扭曲变形 更不能让钢丝绳呈螺旋状扭转 否则钢丝绳将会在运行时产生自旋现象 并无法消除 有以下两种放绳方法 1 先将整卷钢丝绳平放在能旋转的支架上 然后将绳头拉至机尾绕过迂回轮 后往上拉 整个过程中必须通过钢丝绳卷筒的旋转来放绳 2 先将整卷钢丝绳平放在能旋转的支架上 然后将绳头固定在上端机头处横 梁上 再拉着钢丝绳中部往下拉至机尾 整个过程须通过钢丝绳卷筒的旋转来放绳阳1 具体安装方法可根据现场条件来确定 江苏大学工程硕士学位论文 2 3 4 2 钢丝绳的插接 插接钢丝绳前必须用手葫芦将钢丝绳预张拉后 确定钢丝绳实际所需长度 预张 拉的方法是 将尾轮置于导轨的最前端 从机头处将钢丝绳一端固定 另一端用手葫 芦固定 再用手葫芦收绳至拉紧状态 然后确定钢丝绳的实际需要长度 采用不变径 接法 插接长度为钢丝绳直径的1 0 0 0 1 2 0 0 倍 如不将钢丝绳预张拉 将会产生尾 轮导轨长度不够的后患 如果受现场条件限制 导轨长度不够长时 采用下述方法将钢丝绳预张紧 且可 以使钢丝绳在运行过程中基本不会再伸长 接绳前 将钢丝绳两端头分别用手葫芦拉 紧 手葫芦的拉紧力不得超过钢丝绳的破断拉力的六分之一 因钢丝绳的安全系数为 6 要达到运行时基本不伸长或伸长量很小 则每次拉紧时间为2 0 小时以上 拉紧 天数为一个星期以上 注意固定钢丝绳卡不能太紧或太松 太紧则容易损伤钢丝绳 太松则卡不紧 2 3 5 尾轮及张紧装置 2 3 5 1 尾轮装置 尾轮装置采用小车式装置 该装置装有四个滚轮 根据张力需要 可在槽钢导轨 上自由滑行 输出轴为固定心轴结构设计 强度好 尾轮装置部分由尾轮 张紧轮 尾轮架 滚轮 尾轮心轴和滑轮组等组成 如 图2 1 0 所示 1 一滑轮2 一尾轮3 尾轮轴 十一轴承5 一尾轮架6 一滚轮 图2 10 尾轮装置 矿井架空乘人装置应用研究 尾轮在无极运载钢丝绳张紧时起导向作用 钢丝绳在运行过程中张力变化时 同 滚轮一起在导轨上前后移动 达到自动调节运载钢丝绳运行过程中的张力 以保证运 载钢丝绳的张力和挠度以及驱动轮的摩擦力的要求 尾轮装置的安装对架空乘人装置系统来说是十分重要的 在安装时需要注意以下 几个事项 1 导轨的安装 安装时需先确定尾轮架上两对滚轮的最大问距 再将一根导 轨固定在横梁上 固定位置为导轨内侧表面间的最大间距的一半 架上约2m m 取两 端和中间多点测定 将另一根导轨安放在横梁上离中心线的距离比另一根远一点 以不妨碍吊装尾轮为准 且不固定n 0 2 两侧导轨安装的中心线直线度不大于1 1 0 0 0 两中心线的平行度不大于 0 5 l o o o 两中心线的高度差为 3 咖 3 在巷道顶上固定锚杆 并挂好吊装用的手葫芦两套 将尾轮装置吊起 移 动另一根未固定的导轨 将滚轮放入导轨内 调整好间隙 再将导轨固定 2 3 5 2 张紧装置 张紧装置主要由滑轮 滚轮 张紧小车 重锤 张紧钢丝绳等组成 其主要是随 时调节牵引索在运行过程中的张力 保证牵引索在驱动轮上的摩擦力要求 1 重锤 采用机尾重锤拉紧装置 该部分由配重块 配重吊架 钢丝绳和单滑轮组成 如 图2 1 l 所示 图2 1 1 重锤 江苏大学工程硕士学位论文 张紧装置设置动滑轮机构 重锤重量仅为钢丝绳拉力的1 4 设手动小绞车调整 机构 操作方便 保证系统恒力张紧 可靠运行 尾部装置悬空安装在平巷上 以利 于张紧钢丝绳 还可减少重锤数量 导轨梁 重锤梁 小绞车梁均为贯穿梁 配重块一般应设置在线路张力较小的最低点 自然调节运载钢丝绳运行时的张 力变化 配重块重力应按设计值安装 其配重块应交错排列组装 互相靠紧 避免松 动 当配重块上下移动或转动时 应防止配重块从吊架上脱出 2 张紧绞车部分 在该系统运转过程中 弯曲疲劳是牵引钢丝绳破坏的主要原因 运转实践与实验 证明 当张力小时 牵引钢丝绳容易受到弯曲疲劳断丝 当张力大时 牵引钢丝绳的 寿命就比较长 弯曲疲劳与轮压 通过它的车轮次数有关 为使牵引钢丝绳经久耐用 需用张紧装置以保持它具有一定的初张力 张紧小车主要由手轮l 减速器2 联轴器3 卷筒4 轴承座5 滑轮组6 等组 成 张紧小车可随时调节行程 防止重锤落地和冲顶 其结构如图2 1 2 所示 厂 34 厂 o l 一手轮2 一减速器 3 一联轴器 4 一卷筒 5 一轴承座 6 一滑轮组 图2 12 张紧小车 矿井架空乘人装置应用研究 3 张紧钢丝绳 张紧钢丝绳选用线接触 同向捻带纤维芯 挠性好 特别耐弯曲的股式结构钢丝 绳 在有腐蚀环境中推荐选用镀锌钢丝绳 在索道中常选用6 x 3 7 和6 6 1 钢丝绳 其安全系数不得小于6 2 4 架空乘人装置的安装 架空乘人装置安装见附录a 矿井架空乘人装置安装布置图 2 5 架空乘人装置系统设计相关计算说明 2 5 1 计算说明 2 2 已知参数 安装总长 l o 9 2 0 m 平均坡度 a 1 0 0 斜长 l 8 7 0 m最大坡度 q 1 3 0 主要参数的确定 1 预选电动机 型号y b 一2 5 0 m 一6 3 7 k wn e 9 8 0 r m in电压等级6 6 0 114 0 2 预选驱动轮 直径d i 2 m升速k g l 3 预选减速机 型号m c 3 r v h f 0 8 6 3 减速比为6 3 综合减速比i 6 3 0 4 预选钢丝绳 钢丝绳运行速度 v kx d 6 0 xn e i 2 1 k 一一钢丝绳运行时蠕动系数 取k o 9 8 d 一一驱动轮直径 d i 2 m n e 一一电动机额定转数n e 9 8 0 r m i n 根据式 2 1 v o 9 8 3 1 4 1 2 6 0 9 8 0 6 3 0 9 6m s 因此 预选钢丝绳 6 1 9 s 一谚2 2 q o 1 7 8k g m 江苏大学工程硕士学位论文 5 计算乘坐人数 设吊椅间距为 入 1 2 m 则运输效率 q r 3 6 0 0 x v 入 2 2 根据式 2 2 q r 3 6 0 0 x 0 9 6 1 2 2 8 8 人 h 单边同时乘座人数 s 乖 l o 4 0 入l 9 2 0 4 0 1 2 7 3 人 双边同时乘座人数 s 般 2 x l o 4 0 入 2 9 2 0 4 0 1 2 1 4 7 人 6 托轮间距 入 8 m 7 驱动轮绳槽与牵引钢丝绳间的摩擦系数 u 0 2 8 牵引绳在驱动轮上的围包角 a 1 8 0 2 5 2 牵引钢丝绳张力的计算 图2 13 架空乘人装置力学模型图 2 5 2 1 最小点张力的计算 s c x q o x g 2 3 式中 s i 一一最小张力点的张力 n c 一一钢丝绳的挠度系数 c c 入 8 0 3 3 1 0 0 0 c 一一钢丝绳的基本挠度系数 取c o 1 0 0 0 q o 一一预选牵引钢丝绳的每米质量 q o 1 7 8k g m g 一一重力加速度 g 9 8 1m s 2 根据式 2 3 经计算 s c x q o xg 1 0 0 0 x1 7 8 x 9 8 1 1 7 4 6 2 n 2 3 矿井架空乘人装置应用研究 2 5 2 2 各点张力的计算 1 当下放侧无人乘坐而上升侧满员时 动力运行状态 线路运行阻力 w 4 l q o q l q 入门 i c o sq s i na l g w 2 3 q o q 2 入1 c o sq s i nq l g 式中 q o 一一每米钢丝绳质量 q o 1 7 8k g m q 一一每人人体重量 取q 9 5 k g q 一一每把吊椅重量 取q 一1 5 k g 6 0 一一牵引钢丝绳运行阻力系数 动力运行时 取 1 o 0 2 制动运行时 取 0 0 1 5 l 一一井筒斜长 l 8 7 0 m 根据式 2 4 计算 w 4 1 8 0 6 3 n 根据式 2 5 计算 w 一3 9 8 1 n 各点张力 s s 枷 1 7 4 6 2n s 1 0 l s i 1 7 6 3 6n 2 4 2 5 s s 1 1 n 一 1 7 6 3 6 1 8 0 6 3 3 5 6 9 9ns s 一w 1 7 4 6 2 3 9 8 1 2 1 4 4 3n 2 当下放侧满员而上升侧无人时时 制动运行状态 路线运行阻力 w 一 q o q 入1 uc o s0 s i na l g 4 8 7 3n w q o q q 入 c o sq s i na l g 一1 4 8 4 3 n 各点张力 s s 1 7 4 6 2 ns 1 0 1 s io 1 7 6 3 6 n s s 4 十w 一 1 7 6 3 6 4 8 7 3 2 2 5 0 9 ns 2 s 一w f 17 4 6 2 1 4 8 4 3 3 2 3 0 5 n 2 5 3 驱动轮防滑校验 2 4 当下放侧无人乘座而上升侧满员乘座时 处于动力运行状态 1 s 1 一s 2 3 5 6 9 9 2 1 4 4 3 1 4 2 5 6 n 贝0s 1 一s 2 o 2 s 1 2 1 6 6 e 1 8 7 式中 u 一一钢丝绳与驱动轮衬垫摩擦系数 取u 0 2 q 一一钢丝绳在驱动轮上的围包角 q 1 8 0 则s i s 2 0 2 s 2 s 1 1 4 4 则s 2 s 1 e 1 8 7 2 5 4 电动机功率的计算 动力运行时 p k t 2 u 1 0 0 0n 2 6 式中 k 一一电动机功率备用系数 一般取k h 1 6 v 一一运行速度 w o 9 6m s r l 一一传动功率 t 1 o 9 根据式 2 6 计算 p 2 4 3k w 制动运行时 p k 2 1 u 1 0 0 0r l 1 6 7k w 考虑增加运量 变坡点等因素 最终选取电动机功率为3 7 k w 型号为 y b 2 5 0 m 一6 额定功率 3 7 k w n e 9 8 0 r m i n 额定电压等级 6 6 0 11 4 0 v 2 5 5 牵引钢丝绳计算 sk m s 式中 s 一一钢丝绳破断拉力总和 m 一一钢丝绳的最低安全系数 取m 6 s 一最大张力点张力 贝0s mxs 6 3 5 6 9 9 2 1 4 1 9 4 n 因此 选择钢丝绳6 1 9 s 一口2 2 其钢丝绳破断拉力总和3 2 3 k n 公称抗拉强度1 6 7 0m p a 2 5 6 机尾所受拉力计算 机尾所受拉力s i s 3 s 4 1 7 4 6 2 1 7 6 3 6 3 5 0 9 8n 如采用机尾张紧双滑轮四绳牵引 拉紧重锤重量或油缸拉力为8 7 7 k g 每块重锤 重5 0 k g 共需1 8 块 矿井架空乘人装置应用研究 一 2 5 7 拉紧行程确定 l j 0 0 0 5 x l o 2 9 2m 最终确定l 9m 2 5 8 牵引力计算 牵引力s i s s 3 5 6 9 9 2 1 4 4 3 1 4 2 5 6 n 2 5 9 输出扭矩及转速计算 输出扭矩t r s d 2 1 4 2 5 6 1 2 2 8 5 5 4n