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        井下架空乘人裝置研發(fā)與應(yīng)用

        2018-11-05 09:28:58
        機(jī)械研究與應(yīng)用 2018年5期
        關(guān)鍵詞:乘人張緊機(jī)尾

        劉 釗

        (山西汾西瑞泰正中煤業(yè)有限公司,山西 晉中 031300)

        0 引 言

        現(xiàn)階段我國(guó)煤礦開采中井下巷道距離越來越長(zhǎng),超過2 km的巷道數(shù)量逐漸增加,這些長(zhǎng)距離巷道中的下人員運(yùn)輸工作,大多情況下要依靠人員步行,這導(dǎo)致作業(yè)人員的體力消耗大,并且受到井下頂板、側(cè)壁等一些潛在隱患威脅,安全事故發(fā)生概率增加。因此,井下作業(yè)過程中順槽人員運(yùn)輸工作是煤礦企業(yè)現(xiàn)階段需要改進(jìn)的重要環(huán)節(jié)。目前,有不少煤礦企業(yè)建有單側(cè)架空行人裝置設(shè)施,基本上由常規(guī)架空乘人裝置改造而來,由于缺乏系統(tǒng)性的設(shè)計(jì),在實(shí)際運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)許多問題,因此設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)更為緊湊且便于現(xiàn)場(chǎng)安裝的小型架空乘人裝置是目前進(jìn)一步解決問題的有效措施。

        1 架空乘人裝置設(shè)計(jì)思路和原理

        1.1 設(shè)計(jì)思路

        井下作業(yè)中,順槽結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)小,其中會(huì)設(shè)置軌道運(yùn)輸系統(tǒng)或者皮帶運(yùn)輸系統(tǒng),井下人員運(yùn)輸裝置可用空間窄小,通過全面調(diào)查與分析,參考慢速以及高速架空乘人系統(tǒng)相關(guān)技術(shù),提出了設(shè)計(jì)更加適宜應(yīng)用在順槽中的單側(cè)架空乘人裝置方案。設(shè)計(jì)要滿足總體積小,裝置尾輪部分、托繩輪部分以及吊掛部分等均較易安裝活動(dòng)拆卸的要求,確?,F(xiàn)場(chǎng)安裝與維護(hù)便捷性,且能夠?qū)崿F(xiàn)無人值守操作,便于井下作業(yè)人員上下,具有運(yùn)行安全、可靠的優(yōu)點(diǎn)。架空乘人裝置設(shè)計(jì)總體參數(shù)見表1。

        表1 架空乘人裝置的總體參數(shù)

        1.2 設(shè)計(jì)原理

        架空乘人裝置由驅(qū)動(dòng)部件、鋼絲繩、托繩輪部件、張緊部件、儲(chǔ)繩部件、機(jī)尾改向部件、托繩輪部件以及乘人座椅等組成。系統(tǒng)運(yùn)行原理:把鋼絲繩安裝與驅(qū)動(dòng)繩輪部件、托繩輪部件以及尾部繩輪部件之上,利用張緊裝置將其拉緊,在張緊裝置中設(shè)置有重錘,利用設(shè)置的驅(qū)動(dòng)設(shè)備提供系統(tǒng)運(yùn)行動(dòng)力,帶動(dòng)減速裝置中的驅(qū)動(dòng)輪部件與鋼絲繩共同完成無極循環(huán)操作,而吊椅部件則是借助于抱索器裝置和鋼絲射緊密的連接,并且和鋼絲繩一共完成上/下行運(yùn)動(dòng),以達(dá)到運(yùn)輸井下作業(yè)人員的目標(biāo)。

        2 架空乘人系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        2.1 驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        裝置中的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)裝置、減速機(jī)裝置、驅(qū)動(dòng)繩輪裝置及底座等組成,結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

        圖1 驅(qū)動(dòng)部設(shè)計(jì)示意圖

        驅(qū)動(dòng)輪裝置按照垂直方向設(shè)計(jì),減速機(jī)為型號(hào)DCY型減速設(shè)備,驅(qū)動(dòng)部設(shè)計(jì)為“一”字形,所有裝置依次排開,如此便能確保設(shè)備在寬度方向上占用空間減少。其中電機(jī)裝置和減速機(jī)裝置間還設(shè)計(jì)有液壓制動(dòng)裝置以及制動(dòng)器裝置,制動(dòng)裝置采用的是失效安全性制動(dòng)裝置,當(dāng)?shù)綦娭笠琅f能夠完成抱閘操作,確保系統(tǒng)及時(shí)停車,最終完成制動(dòng)操作。

        將驅(qū)動(dòng)輪裝置與減速機(jī)裝置的輸出軸直接相連,利用壓板構(gòu)件壓緊,無需設(shè)置驅(qū)動(dòng)輪裝置支撐底座,確保所設(shè)計(jì)系統(tǒng)體積減少,使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單,便于操作與維護(hù),適用于空間相對(duì)小的巷道運(yùn)輸。驅(qū)動(dòng)部的底座結(jié)構(gòu)采用鋼板材料進(jìn)行焊接處理,在安裝電機(jī)裝置、減速機(jī)裝置以及制動(dòng)裝置過程中,通過刨床進(jìn)行整體加工處理,保證各個(gè)裝置安裝過程中尺寸精準(zhǔn),便能顯著減少系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪音。另外,礦井的環(huán)境濕度相對(duì)較大,因此,利用板焊形式底座結(jié)構(gòu),與型鋼焊接形式底座結(jié)構(gòu)對(duì)比,具有更為優(yōu)良的耐腐蝕性。

        2.2 張緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

        張緊機(jī)構(gòu)由張緊滑輪部件、改向滑輪部件、重錘部件等部件組成,其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

        圖2 張緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

        一般情況下,架空乘人裝置的張緊機(jī)構(gòu)基本上均在機(jī)尾位置后方,現(xiàn)場(chǎng)安裝完成以后,沒有特殊情況不再移動(dòng)。在順槽中應(yīng)用的架空乘人裝置機(jī)尾移動(dòng)相對(duì)次數(shù)較多,這樣確保架空乘人裝置適宜巷道長(zhǎng)度增加需求。所以,此次設(shè)計(jì),未將張緊機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)尾部位后方,而采用前置方式設(shè)計(jì),這樣便有效減少由于巷道長(zhǎng)度不斷增加而多次拆裝張緊裝置的作業(yè)量。將主鋼絲繩繞過張緊裝置中固定于滑輪架上的張緊滑輪部件,在張緊滑輪部件上設(shè)置改向輪結(jié)構(gòu)。將張緊繩其中一端與塔架結(jié)構(gòu)中銷軸部件鎖緊,而鋼絲繩的一端則經(jīng)由小改向輪部件實(shí)現(xiàn)改向操作,再經(jīng)由安裝于塔架結(jié)構(gòu)中不同小轉(zhuǎn)向輪部件之后,由塔架頂部位置垂下吊住重錘部件。此種張緊結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單,所施加的張力屬于恒定張力,可確保系統(tǒng)運(yùn)行更為穩(wěn)定,同時(shí)具有反應(yīng)迅速的優(yōu)勢(shì)。

        2.3 儲(chǔ)繩機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

        裝置的儲(chǔ)繩機(jī)構(gòu)由動(dòng)滑輪組部件、定滑輪組部件、滑道部件以及防護(hù)網(wǎng)部件等組成,其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

        圖3 儲(chǔ)繩機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

        儲(chǔ)繩機(jī)構(gòu)主要作用是確保架空乘人裝置的長(zhǎng)度值可以依照順槽實(shí)際的長(zhǎng)度變化而實(shí)時(shí)進(jìn)行伸縮,當(dāng)侯車的長(zhǎng)度發(fā)生改變,會(huì)將一些多余鋼絲繩儲(chǔ)存在此機(jī)構(gòu)中,如此能夠有效降低插繩次數(shù),顯著減少設(shè)備移動(dòng)消耗的時(shí)間。

        鋼絲繩在動(dòng)滑輪組以及定滑輪組間來回的繞過相應(yīng)滑輪部件,在動(dòng)滑輪部件后借助于設(shè)備拉住動(dòng)滑輪,在回柱機(jī)前方設(shè)置上相應(yīng)的固定式生根部件,在每次完成張緊作業(yè)后,將動(dòng)滑輪組牽引繩固定于生根部件之上,從而防止回柱機(jī)設(shè)備長(zhǎng)期受到拉力影響。另外,在滑道中設(shè)置有中間托繩輥裝置,確保將上方與下方鋼絲繩拖住,避免當(dāng)裝置啟動(dòng)或者是換向過程中鋼絲繩發(fā)生跳動(dòng),防止上下鋼絲繩由于跳動(dòng)出現(xiàn)纏繞,有效避免安全事故發(fā)生。

        2.4 機(jī)尾改向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

        由于順槽中的架空乘人裝置移動(dòng)頻繁,要求機(jī)尾改向機(jī)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)安裝以及拆卸簡(jiǎn)便易行,而且盡可能占用空間小。機(jī)尾改向機(jī)構(gòu)由改向滑輪部件、斜拉受力架便以及高度調(diào)節(jié)部件等部件組成,其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

        圖4 機(jī)尾改向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

        其中斜拉架部件能夠承受住機(jī)尾所施加的水平拉力,而高度調(diào)節(jié)部件能夠?qū)崟r(shí)的調(diào)整尾輪部件實(shí)際高度值,這樣便能夠確保架空乘人裝置應(yīng)用于不同的頂板高度。同時(shí),對(duì)于前后固定錨施工過程中誤差大的情況,通過高度調(diào)整架也可以有效調(diào)節(jié)。在機(jī)尾移動(dòng)過程中,能夠通過人工推移方式移動(dòng),不用借助于車輛再次運(yùn)輸,確保機(jī)尾移動(dòng)迅速與便捷。

        3 架空乘人裝置實(shí)際應(yīng)用效益分析

        (1) 設(shè)備投資少。通常煤礦中架空乘人裝置每100 m的投資金額大約在10萬元左右,建造長(zhǎng)度為1 500 m的架空乘人裝置總的資金投入需要150萬元左右。而此次設(shè)計(jì)的順槽架空乘人裝置建設(shè)1 500 m總的資金投入只需要60萬元左右,節(jié)約90萬元的成本。

        (2) 設(shè)備安裝費(fèi)用少。原架空乘人裝置借助于橫梁安裝拖輪部件,每一個(gè)拖輪橫梁上一般只可安裝兩組拖輪部件,進(jìn)行橫梁安裝過程中,要事先完成掏梁窩作業(yè),或者采用牛腿結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐,而對(duì)于機(jī)頭和結(jié)尾通常的安裝方式為落地或者架空橫梁安裝方式,一般對(duì)于長(zhǎng)度為1 500 m的架空乘人裝置,僅安裝便要60天左右施工周期。新設(shè)計(jì)的架空乘人裝置,驅(qū)動(dòng)將結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)繩結(jié)構(gòu)以及張緊結(jié)構(gòu)等均是通過落地方式安裝,這些設(shè)備所需的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體積相對(duì)小,尾部的滑輪也是利用錨桿進(jìn)行吊掛固定,一般對(duì)于長(zhǎng)度為1 500 m的架空乘人裝置,此次設(shè)計(jì)方案安裝工期只需要10天左右便可完工。

        (3) 設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用少。架空乘人裝置整體設(shè)計(jì)資金投入少,實(shí)際運(yùn)行過程中基本上不發(fā)生掉繩問題,乘人座椅也不易損壞,使用電機(jī)功率低,能有效節(jié)約能源。由于通過此裝置中設(shè)置有儲(chǔ)繩機(jī)構(gòu),裝置的長(zhǎng)度變化超過120 m左右可進(jìn)行插繩作業(yè),可以有效減少裝置運(yùn)行期間維護(hù)費(fèi)用。

        4 結(jié) 語

        通過對(duì)架空乘人裝置的應(yīng)用試驗(yàn),該設(shè)計(jì)不僅滿足人員乘坐安全舒適,具有非常強(qiáng)的適應(yīng)性能,而且整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行更為平穩(wěn),有效解決了掘進(jìn)工作面順槽人員運(yùn)輸相關(guān)問題,顯著縮短了人員達(dá)到工作面所需時(shí)間,避免人員消耗體力過多,經(jīng)濟(jì)效益明顯,值得煤礦企業(yè)進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

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