淮北矿业股份有限公司杨庄煤矿 安徽淮北 235000
摘要：架空乘人装置因运行安全可靠、操作简单、维修方便、输送效率高、投资小等特点已广泛应用于现代化煤矿生产中，随着煤矿开采环境的日益复杂，开采技术不断提高，煤矿开采已逐步向急倾斜高采场深入，但大倾角斜巷的上、下不仅对矿工师傅们的安全不利，也增加了矿工师傅们的劳动强度，所以在大倾角斜巷中设计并安装架空乘人装置迫在眉睫，对实现现代化煤矿人性化管理有着重要意义。
关键词：架空乘人装置；大倾角斜巷；劳动强度；安全；设计
一、引言
我矿EIII5111风巷主要担负着人员上下、矸石及材料、设备的提升，风巷斜长560米，巷道宽3.2米，高2.8米，变坡点较多，最大坡度34°，平均坡度28°，为降低劳动强度，最后通过设计成功的在EIII5111风巷投入使用了一套大坡度可摘挂抱索器架空乘人装置。
二、大倾角架空乘人装置
大倾角可摘挂式抱索器架空乘人装置是煤矿井下辅助运输设备，具有安全保护齐全、运行安全可靠、人员上下方便、无需等待随到随行、操作简单、维修方便、动力消耗小、输送效率高、一次性投资低等特点。
三、技术特点
EIII5111风巷坡度较大，设计安装了托压轮装置，保证了钢丝绳平稳有效运行。EIII5111风巷还肩负串车提升，设计安装闭锁装置，只能有一台设备开启，保证了上下人、员的人身安全及设备的安全运转。该架空乘人装置在我矿运行近一月时间，运行效果良好。
四、适用范围
该架空乘人装置适用于倾角不大于35°，斜长不超过设计长度的斜井。
五、设计说明书
1 已知参数
1.1巷道参数：巷道总长L=400m，巷道坡度α=28°。
1.2安装要求：架空乘人装置驱动部分安装在下平台。
1.3减速机：B3HV09-63，速比i=63，弗兰德减速机。
2.主要参数的确定
2.1架空乘人装置的类型：选用煤矿固定抱索器架空乘人装置。
2.2预选电动机：YB3-250M-8/30KW，转速740转/分。
2.3预选驱动轮：铸钢驱动轮，直径
D=Ø1.2m。
2.4预选钢丝绳：Ø20 NAT 6×19S+FC-
1670 ZZ，钢丝绳直径d=Ø20mm，单重q0=1.47kg/m，钢丝绳最小破断拉力SA=220KN。
2.5预选工作制动器：BYWZ3B-315/90，
制动力矩630～1250N.m
2.6预选轮边制动器：YLBZ40-120，制
动力0～63KN
2.7托轮间距：直线段托绳轮间距λ2=8m；变坡点双轮组间距不大于1m；斜巷直线段每6组托绳轮安装1组压绳轮，防止钢丝绳跳动。
2.8乘人间距：设定乘人间距λ1=25m。
3.牵引钢丝绳受力的分析
3.1最小张力
Fmin= C×q0×g
Fmin—最小张力点的张力
C—钢丝绳的挠度系数C=650～1000，机头放下山侧取C=900
q0——预选牵引钢绳的每米质量，1.47kg/m
g——重力加速度，g=9.8 m/s2
Fmin= 900×1.47×9.8 = 12965N
3.2各点张力
3.2.1当上升侧满员而下放侧无人时（动力运行状态）
W2-3 =[q0 +（Q1+Q2+Q3）/λ1]（ωcosα+siα）Lg=[1.47+（75+15+20）/25]（0.02×cos28°+sin28°）×400×9.8=11209N
W4-1 =（q0 +Q2/λ1）（ωcosα-sinα）Lg=（1.47 +15/25）×（0.02×cos28°-sin28°）×400×9.8=-3666N
各点张力
F2 = Fmin = 12965N
F3 = F2+W2-3 = 24174N
F4 = 1.01F3 = 24416N
F1 = F4+W4-1 = 20750N
式中：
Q1—每人人体重量，取Q1=75kg
Q2—每把吊椅重量，取Q2=15kg
Q3—携带重物，取Q3=20kg
λ1—乘人间距，取λ1=25m
q0—钢丝绳单重，q0=1.47kg/m
L—运输距离，L=400m
g—重力加速度，g=9.8 m/s2
α—巷道坡度，α=28°
ω—牵引钢丝绳运行阻力系数，动力运行时，取ω=0.015～0.02
制动运行时，取ω=0.008～0.012
3.2.2当上升侧无人而下放侧满员时
（制动运行状态）
W2-3 =（q0 +Q2/λ1）（ωcosα+sinα）Lg
=（1.47+15/25）×（0.012×cos28°+sin28°）×400×9.8=3895N
W4-1=[q0+（Q1+Q2+Q3）/λ1]（ωcosα-sinα）Lg=[1.47+（75+15+20）/25]（0.012×cos28°-sin28°）×400×9.8=-10559N
各点张力
F2=Fmin=12965N
F3=F2+W2-3=16860N
F4=1.01F3=17029N
F1=F4+W4-1=6470N
3.2.3当上升侧和下放侧都满员时（满载运行状态）
W23=[q0+（Q1+Q2+Q3）/λ1]（ωcosα+sinα）Lg
=[1.47+（75+15+20）/25]（0.02×cos28°+sin28°）×400×9.8=11209N
W4-1=[q0+（Q1+Q2+Q3）/λ1]（ωcosα-sinα）Lg=[1.47+（75+15+20）/25]（0.012×cos28°-sin28°）×400×9.8=-10559N
各点张力
F2=Fmin=12965N
F3=F2+W2-3=24174N
F4=1.01F3=24416N
F1=F4+W4-1=13857N
4.驱动轮防滑验算
4.1当上升侧满员而下放侧无人时（动力运行状态）
F1-F2＞0；
F1/F2 = 1.60 < eμα=2.19
符合要求
4.2当上升侧无人而下放侧满员时（制动运行状态）
F1-F2＜0；
F2/F1 = 2.00 < eμα=2.19
符合要求
4.3当上升侧和下放侧都满员时（满载运行状态）
F1-F2＞0；
F1/F2=1.07 < eμα=2.19
符合要求
式中：e—自然对数的底数
μ—钢丝绳与驱动轮衬垫摩擦数，取μ=0.25
α—钢丝绳在驱动轮上的围包角，取α=π
5.钢丝绳运行速度
理论运行速度：
υ=（πD/i）×n/60
=（3.14×1.2/63）×740/60
=0.74 m/s
式中：D—驱动轮直径，D=1.2m
i—减速机速比，i=63
n—电机转速，n=740转/分
6.电机选型验算
6.1当上升侧满员而下放侧无人时（动力运行状态）
Ne = Kμ（F1-F2）υ/（1000η）
=1.5×（20750-12965）×0.74/（1000×0.8）
=10.8 KW
6.2当上升侧无人而下放侧满员时（制动运行状态）
Ne = Kμ（F2-F1）υ/（1000η）=1.5×（12965-6470）×0.74/（1000×0.8）
=9.0 KW
6.3当上升侧满员而下放侧无人时（动力运行状态）
Ne=Kμ（F1-F2）υ/（1000η）
=1.5×（13857-12965）×0.74/（1000×0.8）
=1.2 KW
式中：Kμ—富裕系数，可摘挂抱索器猴车，取Kμ=1.5；
η—总传动效率，取η=0.8
为了使架空乘人装置运行更平稳，综合考虑选取30KW电机。
符合要求
7.减速机选型验算
预选减速机型号为B3HV09-63（速比i=63，n1=750r/min），额定输入功率P1=44KW，额定输出扭矩[T2]=35.7 KN.m =35700 N.m
7.1额定输入功率验算：
计算最大功率Ne=10.8KW
P1÷Ne=4÷10.8=4.07≥1.5
符合要求
7.2额定输出扭矩验算：
计算最大扭矩：当上升侧满员而下放侧无人时（动力运行状态）
T2 =（F1-F2）×D/2 =（20750-12965）×1.2/2 = 4671 N.m
[T2]÷T2=7.6≥1.8
符合要求
8.工作制动器选型
电机额定输出转矩TC =9550×（PW/n）= 387.2 N.m
式中：PW—驱动功率，30KW；
n—电机转速，740r/min
制动力矩T≥1.5TC=580.8 N.m
符合要求
9.安全制动器选型
计算最大牵引力：当上升侧满员而下放侧无人时（动力运行状态）
FC=F1-F2 =20750-12965=7785 N
制动力F≥1.5 FC=11677.5N≈11.7KN
符合要求
10.牵引钢丝绳选型验算
10.1钢丝绳安全系数验算：
m=S÷Smax=267÷24.416=10.9≥6
符合要求
式中：m—钢丝绳安全系数，取m≥6
S—预选钢丝绳破断拉力总和，取S=1.214SA=267KN
Smax—最大张力点张力，Smax=F4=24.416KN
10.2驱动轮直径D与钢丝绳直径d之比验算：
D/d=1200/20=60≥60
符合要求
11.运输效率验算
乘人间距λ=25m
单边最大运输效率：
Q=3600υ/λ=106人/h
12.尾轮重锤张紧计算
12.1张紧行程计算：
张紧行程ΔS≥0.01L=0.01×400=4m；
考虑富裕系数，选取ΔS=5m
12.2重锤张力计算：
由于机尾张紧部分安装在巷道上部，建议采用三滑轮张紧
G=（F3+F4）/6g =（24174+24416）/（6×9.8）=826kg
建议最大配重量为：G=830kg
六、技术应用前景预测
在大倾角斜巷安装架空乘人装置有很大的意义，能满足运送人员目的，减轻井下工人的劳动强度，是井下职工的福利，能改变人们对煤矿工作苦、脏、累的看法，有利于职工的身体健康，体现了矿领导对井下职工的关爱，对建立和谐社会，实现人性化管理有重要的意义。
参考文献：
[1]王健.架空乘人装置安全可靠性的研究与实践[M].河南：中国科技期刊数据库，2015。
[2]陈湘楚等.矿山运输与提升设备[M].煤炭工业出版社，1986。
论文作者:来皓
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/9
标签：钢丝绳论文; 装置论文; 倾角论文; 人时论文; 运行状态论文; 巷道论文; 坡度论文; 《基层建设》2019年第18期论文;