乘人猴車安全節(jié)能技術(shù)研究及應(yīng)用

王叢金

（河南煤業(yè)化工集團(tuán)永煤公司 陳四樓煤礦，河南 永城 476600）

1 前言

陳四樓煤礦原乘人猴車主要結(jié)構(gòu)由電控箱、三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)、平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速器、機(jī)頭固定裝置、驅(qū)動(dòng)輪、迂回輪組件、托壓輪組件等部件組成。

改造前猴車型號與基本參數(shù)：

運(yùn)輸速度：1.21m/s 驅(qū)動(dòng)輪直徑：1.6m

鋼絲繩直徑：Φ24mm 鋼絲繩牽引力（最大）：25.4KN

整繩破斷拉力：346.03KN 配備減速器傳動(dòng)比：50

電動(dòng)機(jī)功率：55kW 額定轉(zhuǎn)速：590r/min

2 項(xiàng)目的提出

陳四樓煤礦南五猴車系2007年安裝產(chǎn)品，安裝至今一直處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，期間一共進(jìn)行過兩次檢修，在長期的使用中存在如下較多問題：

（1）無輪邊制動(dòng)器，無法正常對猴車進(jìn)行制動(dòng)，停機(jī)時(shí)只能靠控制臺和沿線急停裝置，而急停裝置又容易對減速機(jī)造成損壞。

（2）電機(jī)驅(qū)動(dòng)力不足，乘車人員多時(shí)，無法啟動(dòng)。

（3）運(yùn)行速度快，人員無法正常下車。

（4）猴車沒有自啟動(dòng)功能，若司機(jī)脫崗，則人員無法按時(shí)乘車。

（5）電機(jī)沒有軟啟動(dòng)。升井時(shí)，個(gè)別乘車人員身心疲憊，注意力不集中。而設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)速度快，因乘車人員自身慣性較大，很容易甩倒。

（6）平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速器在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中震動(dòng)大、噪音大。

（7）猴車市場混亂不規(guī)范。因?yàn)槭袌霾灰?guī)范、監(jiān)管不到位、廠商間的惡意競爭，導(dǎo)致市場上充斥著以次充好的猴車產(chǎn)品，猴車質(zhì)量和安全性能難以得到保證。

猴車故障頻繁發(fā)生，造成人員不能按時(shí)升井，使礦井正規(guī)循環(huán)受到很大的影響。為使設(shè)備達(dá)到本質(zhì)安全型，確保安全生產(chǎn)，并實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，陳四樓煤礦對南五猴車制動(dòng)系統(tǒng)和電控系統(tǒng)進(jìn)行改造：制動(dòng)部改造成低速端制動(dòng)器和高速端制動(dòng)器，減速機(jī)部分改造為全液壓調(diào)速方式。

3 研究方案

3.1 液壓驅(qū)動(dòng)部分

3.1.1 驅(qū)動(dòng)輪的正常運(yùn)轉(zhuǎn)對猴車安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。

舊的驅(qū)動(dòng)輪因缺少制動(dòng)器而不具備安全停車條件。新安裝的驅(qū)動(dòng)輪有兩個(gè)制動(dòng)器，一是安裝于減速機(jī)內(nèi)的高速端制動(dòng)器，作為減速機(jī)附帶配件的高速端制動(dòng)器由多片制動(dòng)片組成，作用于行星減速機(jī)輸入端。高速端制動(dòng)器由液壓站提供壓力油，開啟壓力通過調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)閥來調(diào)定,其開啟壓力一般在2～5MPa 左右。二是安裝在驅(qū)動(dòng)輪邊的低速端制動(dòng)器（盤式制動(dòng)器），為防止高速制動(dòng)器失效不能對乘人裝置進(jìn)行有效地制動(dòng)，避免乘人因無法停車而受到傷害，因此在驅(qū)動(dòng)輪盤上安裝低速端制動(dòng)器，低速端制動(dòng)器由液壓站提供壓力油，工作方式為碟簧制動(dòng)，液壓松閘，液壓開啟壓力為8～10MPa。盤式制動(dòng)器具有重量輕、體積小、慣量小、結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠、動(dòng)作迅速、制動(dòng)壓力可調(diào)、方便安裝和維修等優(yōu)點(diǎn)。在猴車運(yùn)行中，雙制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是，若一副制動(dòng)器失效，另一副制動(dòng)器可以立即作用，避免了出現(xiàn)人身傷亡事故。

3.1.2 拆除老的減速器傳動(dòng)裝置，安裝新的液壓控制系統(tǒng)。

原減速器傳動(dòng)裝置由一個(gè)55KW 電機(jī)和平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速器構(gòu)成。升級后的液壓控制系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、散熱器、油泵、主泵變量控制閥組、速度保護(hù)控制器、溫度保護(hù)控制器、張緊制動(dòng)控制閥組，液壓泵站通過液壓泵將電能轉(zhuǎn)換為液壓能，給驅(qū)動(dòng)部提供動(dòng)力。驅(qū)動(dòng)部分工作和低速端輪邊制動(dòng)器以及張緊油缸所需液壓油由泵站提供。由于升級后的液壓站采用了雙動(dòng)力模式，因而可以有效保證猴車的穩(wěn)定工作。此外，當(dāng)液壓泵站最高工作油溫超過70 °C 時(shí)，溫度控制器使泵站自動(dòng)停止工作。液壓系統(tǒng)主油泵以電機(jī)為驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，主油泵的A、B 口與馬達(dá)A、B 口相連接。補(bǔ)油泵在為馬達(dá)及油泵的泄漏補(bǔ)充油液的同時(shí)還給油泵和馬達(dá)沖洗降溫。此時(shí)，工作中的油泵向馬達(dá)輸出壓力油，并通過馬達(dá)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。因油泵輸出壓力油的流量大小決定馬達(dá)轉(zhuǎn)速的大小,改造后可以人為調(diào)節(jié)猴車油泵輸出壓力油的流量大小,進(jìn)而使猴車運(yùn)轉(zhuǎn)速度變?yōu)榭烧{(diào)節(jié)式,最終實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)效果。

改造前的猴車在機(jī)尾迂回輪部，沒有自啟動(dòng)功能，改造后的迂回輪部安裝了紅外傳感器，當(dāng)有人員通過傳感器正下方時(shí)，猴車會自行啟動(dòng)，達(dá)到人員上下方便、不用等待、隨到隨乘。

3.2 電氣部分改造

升級前的猴車電控系統(tǒng)保護(hù)功能少，無法為乘車人員提供足夠的安全保障。新安裝的ZRD1/127 乘人裝置用電控裝置以PLC 為電控核心，通過CAN 總線控制遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與通訊及繼電器隔離控制輸出，不僅可以實(shí)現(xiàn)0.1 秒內(nèi)安全保護(hù)停車，還能具備打點(diǎn)、對講、及運(yùn)行狀態(tài)與故障的采集、顯示和語音報(bào)警等功能。

改造后的電控系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）保護(hù)功能全面，安全可靠，本安型漢字滾動(dòng)顯示屏操作簡單，方便人員操作。

（2）安裝簡單，電纜和信號線用量少，由于實(shí)現(xiàn)了PLC控制，只要通上電源，即可自動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)停止，自動(dòng)檢查故障，可靠度高，確保了人員的安全。

（3）節(jié)電效果顯著，由于老控制系統(tǒng)無自啟停功能，造成乘人裝置空轉(zhuǎn)，改造后的系統(tǒng)根據(jù)人員的數(shù)量來控制運(yùn)行時(shí)間，完全杜絕了猴車的空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，達(dá)到節(jié)能降耗效果。

4 技術(shù)關(guān)鍵

（1）增加盤式制動(dòng)器和高速端制動(dòng)器。

（2）將減速機(jī)傳動(dòng)改造成液壓傳動(dòng)。

（3）完善PLC 控制系統(tǒng)增加多項(xiàng)保護(hù)功能。

5 效果評價(jià)

改造后，新的猴車裝置設(shè)備先進(jìn)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、合理科學(xué)、操作方便，重量輕、動(dòng)作靈敏、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，便于猴車自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)。

5.1 電量節(jié)約

從運(yùn)行后的使用情況來看，設(shè)備升級改造后每天用電量605 度（根據(jù)三八制人員上下班時(shí)間），較改造前每天用電1320度（原猴車沒有自動(dòng)啟停功能，全天24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)），每天可節(jié)約用電715 度， 費(fèi)用512.26 元（詳見表1）。初步預(yù)計(jì)年節(jié)約用電量可達(dá)257400 度，可節(jié)約電費(fèi)約18.7 萬余元。

表1 設(shè)備改造前后用一天用電量

5.2 配件節(jié)約

南五乘人猴車鋼絲繩總長度2240 米，價(jià)值4 萬元，更換時(shí)間為12個(gè)月，平均月?lián)p耗3333 元。液壓控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)后，鋼絲繩每日運(yùn)行11小時(shí)，年運(yùn)行約6個(gè)月，年節(jié)約損耗費(fèi)2 萬元。由于采用軟啟動(dòng)功能，猴車啟動(dòng)時(shí)可減少對猴車軸承的沖擊性損害，因而每月可減少相應(yīng)配件費(fèi), 猴車輪及其配件240 套，總價(jià)值4 萬元，更換時(shí)間為5個(gè)月，月?lián)p耗9000 元，新設(shè)備投入后，更換延長時(shí)間到9個(gè)月，月?lián)p耗降至6000 元，年節(jié)約費(fèi)用3.6 萬元。

除了節(jié)約電量和配件外，由于全系統(tǒng)采用 PLC 集中控制，簡單方便，使猴車運(yùn)行的安全性能大大提高。設(shè)備改造后，運(yùn)行順暢，可實(shí)現(xiàn)乘車人員隨到隨乘。既保證了南五采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)的正規(guī)循環(huán)，也大大減輕了猴車檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。此外，新采用的猴車液壓制動(dòng)方式及PLC 控制系統(tǒng)對未來井下減速機(jī)乘人裝置的改造提供了有利的參考方案。

[1]劉穩(wěn)、曹海洋等，礦井中猴車自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]，煤礦機(jī)械，2012年07期；

[2]郭激光，車集煤礦27 軌道猴車與液壓絞車電控系統(tǒng)之間的閉鎖改造[J]，工業(yè)設(shè)計(jì)，2011年11期；

[3]宋梁亮、葛笑寒，猴車系統(tǒng)使用與改造[J]，輕工科技，2012年09期。