煤矿大倾角行人斜巷架空乘人装置及其监控系统的选型设计.pdf

总第203期 2020年第3期 机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT Tot a l 203 No.3,2020 设计理论与方法 D0110.16525/j.c nki.c nl4-1134/th.2020.03.007 煤矿大倾角行人斜巷架空乘人装置及其监控系统的 选型设计 郭建山 （山西阳泉煤业集团三矿机电工区，山西阳泉045008） 摘 要针对煤矿斜巷辅助运输装置可靠性低、运输效率低的问题，就架空乘人装置在矿井斜巷运输中的应用 情况，阐述了架空乘人装置的工作原理及结构组成，根据现场情况对架空乘人装置的关键部件及监控系统进 行选型设计，为提升架空乘人装置的可靠性和运输效率奠定基础，为其推广应用给予支撑。 关键词矿井 斜巷 架空乘人装置 监控 PLC 变频器 中图分类号TD52 文献标识码A 文章编号1003-773X（2020）03-0014-02 引言 随着矿井现代化的进程,综采工作面的采煤机、 掘进机以及刮板、带式输送机的自动化、机械化、智 能化程度越来越高，但是辅助运输装置的发展却大 大落后于工作面的大型机电设备切。架空乘人装置 作为矿井的辅助运输装置，主要承担作业人员的运 输任务。为进一步提升作业人员达到或离开工作面 的效率，在工作面引入架空乘人装置。本文着重对矿 井斜巷架空乘人装置进行选型设计。 1架空乘人装置的概述 1.1架空乘人装置的定义 所谓架空乘人装置是根据我国煤矿工作面特点 所设计的水平或倾斜巷道内完成作业人员运输的装 置，简称“猴车”。架空乘人装置属于无极绳运输设 备，主要由驱动装置、张紧装置、线路部分等组成閃。 该装置具有运量大、随到随行、能耗小、操作简便的 特点,可在我国矿井中推广应用。 1.2架空乘人装置的工作原理 架空乘人装置的动力由驱动电机带到减速器进 而驱动摩擦轮，摩擦轮上安装有钢丝绳,钢丝绳承担 所有牵引和承载作用。乘人吊椅循环（从机头端- 机尾端）悬挂于钢丝绳上，从而完成了作业人员的运 输任务。为了确保钢丝绳的张紧力，在机尾端设计有 张紧装置。 总的来说，架空乘人装置主要由调速、控制以及 信号保护三个分系统组成。其电控系统是基于PLC 所实现的,能够实现对装置的过载保护、无人值守停 车、张紧保护等功能⑷。 收稿日期2020-02-16 作者简介郭建山（1982）,男，毕业于太原科技大学电气工程 及其自动化专业，机电工程师，研究方向为煤矿机电。 2架空乘人装置结构的选型设计 2.1架空乘人装置的结构组成 架空乘人装置的结构组成如图1所示。 如图1所示，架空乘人装置主要由驱动装置、乘 人装置、托绳装置、尾轮以及张紧装置等组成。其中， 驱动装置是由驱动电机减速器制动器联轴器 托绳装置所组成的，根据不同的运输任务为装置配 置匹配的电机和减速器⑷。 张紧装置作为架空乘人装置的重要组成部分， 其为钢丝绳提供一定的张紧力，以确保钢丝绳的垂 度，进而保证钢丝绳与驱动轮之间的摩擦系数不小 于0.2。张紧装置的主要分系统为张紧小车，其结构 如图2所示。 2.2架空乘人装置的布置 根据矿井工作面现场情况的不同，将架空乘人 装置布置如下 1）根据矿井工作面的情况将巷道分为尽头式和 通过式； 2 1.6齿轮减速装置;2人工手轮;3联轴器;4卷筒； 5 座 图2张紧小车结构示意图 2020年第3期 郭建山煤矿大倾角行人斜巷架空乘人装置及其监控系统的选型设计 15 2） 根据矿井工作面的情况，将架空乘人装置的 机头驱动部分布置于斜巷的上方，将架空乘人装置 张紧装置布置于斜巷的下方； 3） 对于尽头式巷道而言，架空乘人装置的电控 部分布置于巷道的中间位置;对于通过式巷道而言， 架空乘人装置的电控部分布置于巷道的延伸位置； 4） 对于大倾角斜巷而言，采用倾斜安装,保证绳 轮与巷道的倾角一致。 2.3架空乘人装置关键部件的选型设计 本文以某矿井斜巷为应用环境，对架空乘人装 置的关键部件进行选型设计。该斜巷的总长度为 2 600 m;巷道倾斜角度为18。。经计算（鉴于篇幅有 限，此处略去计算过程）,所得架空乘人装置的关键 部件选型结果如表1所示 表1架空乘人装置关键部件选型结果 部件类型型号相关参数 电动机YB2-315S-6额定功率为75 kW、额定转速为980 r/min 驱动轮直径为1.6 m 减速器MC3RVSFO8减速比为56.617 制动器BYW-400/80制动力矩为1 6（）0 N-m 3架空乘人装置监控系统的设计 架空乘人装置控制系统需根据现场情况对其进 行不断优化改进.使其功能更加齐全，可靠性更高， 使用更加便捷。实现架空乘人装置的上述功能要求， 首先确保能够准确获取架空乘人装置的实时运行状 态，即需要监控系统基于通信协议实现对装置的远 程监测和控制。 3.1监控系统的总体设计 根据架空乘人装置监控系统的需求，将整个监 控系统分为管理层、控制层、设备层以及现场仪表 层。其中.管理层为监控系统的上位机操作系统，基 于该界面能够实时显示装置的运行状态以及报警信 号;控制层为基于PLC控制器和变频技术所设计的 控制系统;设备层为被监控的设备.包括驱动电机、 摩擦轮、制动器以及张紧小车等;现场仪表层主要指 现场的信号检测系统、各类传感器等国。 3.2监控系统硬件的选型设计 PLC控制系统为监控系统的关键分系统，系统 的响应特性和精确性在一定程度上受制于PLC控 制系统中PLC控制器的运算速率和运算精度。综合 考虑设备性能及成本分析，所选用的PLC控制器的 型号为FX2N-64MT,该控制器能够为系统提供64 点输入输出点数，满足架空乘人装置监控系统的控 制需求。 变频器为实现架空乘人装置节能运行，实现对 矿井工作面电气传动控制系统的智能化集中控制功 能。本监控系统所选用变频器的型号为三菱 FR-F740o 3.3监控乘人装置的软件设计 根据矿井巷道架空乘人装置的使用情况，通过 远红外传感器对乘车处和下车处的信号进行感知。 其中，当有人乘车时系统会启动所有保护功能，当无 人乘车时系统会自动停车，进而达到减少能源消耗 的目的。基于现场应用情况,设计如图3所示的架空 如图3所示，系统首先会对程序控制方式进行 判断，当为自动控制时需对上车人数和下车人数进 行统计，并根据远红外传感器所采集的信息判断是 否启动各类保护系统以及是否停车等状态。 4结语 架空乘人装置作为矿井生产中必不可少的辅助 运输装置，其主要承担作业人员的运输任务,其可靠 性和运输效率间接决定综采工作面煤炭的产量并直 接决定作业人员的安全性。因此，需根据矿井的实际 人员运输任务及工作流程对架空乘人装置的关键部 件（电机、减速器、制动器）等进行选型设计，以确保 其可靠性。此外,为架空乘人装置设计监控系统使其 能够实时获取装置的运行状态，实现对装置运行状 态的实时控制。 参考文献 ［1］ 邹爱英.骨振翔,李孝忠，等.斜巷架空乘人装置在矿山的应用 和推广［J 1 煤矿机械,2005（ 2）111-112. ［2］ 史书林，侯友夫,赵海峰变频液压技术在斜井架空乘人装置中 （下转第18页） 机械管理开发 j xglkfbj b 第35卷・18・ 6-1轴侧图 6-2正视图 图6基础臂拓扑优化结果示意图 2.63-3.9 m,结合中间臂长度为23 m可以得出最佳 的节距3 m,同时将底面的横杆节距同样设置为3 m 便于后期加工，得到最终的优化方案。 综合最终的优化结果对基础臂、中间臂和前臂 进行结合得到了最终的60 m大跨度皮带输送机的 布料臂架如图7所示。 3结语 通过对皮带输送机的布料臂架进行分析，对布 料臂架进行拓扑优化分析，给出了布料臂架的优化 图7布料臂架的结构示意图 空间、拓扑优化的网格划分及材料选用等，对布料臂 架的前臂、中间臂和基础臂进行优化，通过得到的伪 密度图得到了前臂、中间臂及基础臂的腹杆节距及 底面杆件结构形式，最终给出了布料臂架的优化结 构图。 参考文献 [1] 朱振锋，刘平政液力耦合器在皮带输送机驱动系统中的应用 及优化[J ].现代制造技术与装备,201710162； 164. [2] 孟旭皮带输送机同步电机支架拓扑优化分析[J ].机电信息， 20192463-64. [3] 田洪清.基于UC的伸缩式皮带输送机臂架结构参数化设计 [J ].机电产品开发与创新.2014,271 62-64. [4] 韩林山，彭博，韩剑鹏大型移动式带式输送机布料臂架拓扑优 化技术研究[J ] 矿1」I机械.2015,4310 58-62. 编辑王瑾 Researc h on Topology Optimization of Distrib ution Arm of Belt Conveyor Gao Yanjing Guandi Coal Mine, Taiyuan Shanxi 030022 Ab strac t In ord er t o solve t h e problem t h a t t h e d ist ribu t ion boom of mine belt conveyor is ea sy t o be d a ma ged d u e t o it s low st rengt h , t h is pa per opt imizes t h e d ist ribu t ion boom of t h e belt conveyor t h rou gh t opology opt imiza t ion a nd ANSYS nu merica l simu la t ion soft wa re. Th rou gh t h e t opologica l opt imiza t ion d esign of forea rm, mid d le a im a nd fou nd a t ion a rm, t h e st ru ct u re of t h e web member pit ch a nd t h e bot t om member of forea rm, mid d le a rm a nd fou nd a t ion a rm a re given,wh ich ma kes a cert a in cont ribu t ion t o t h e st ru ct u ra l opt imiza t ion of t h e d ist ribu t ion a rm of t h e belt conveyor a nd effect ively improves t h e economic benefit s of t h e mine. Key words clot h boom; nu merica l simu la t ion; t opology opt imiza t ion 上接第15页 的应用[J ].机床与液压,2006 11136-139. [3] 姜秀华.煤矿架空乘人装置研究[J ].煤炭技术,2011,309 19-21. [4] 肖公平浅谈煤矿架空乘人装置中平面转弯机构的设计[J ].煤 炭工程,200611114-116. [5]袁旭虹，钱军，赵朝国，等矿用架空乘人装置电控系统的现状 及其发展方向探讨[J ] 匸矿自动化,20127 36-3 inclined roa d wa y; overh ea d pa ssenger d evice; mon i t ori ng; PLC frequ ency convert er