LGS型罐道繩連續(xù)拉緊裝置的設(shè)計計算

于瑞華

（赤峰中色鋅業(yè)有限公司，內(nèi)蒙 赤峰 024000）

1 罐道繩拉緊裝置現(xiàn)狀

罐道繩拉緊裝置主要有四種型式：螺旋拉緊式、彈簧拉緊式、重錘拉緊式和液壓螺桿拉緊式.

螺旋拉緊式是將罐道繩底部固定，在井架上安裝螺旋套環(huán)拉緊裝置，采用螺桿來調(diào)整和保持罐道繩的張力，由于螺桿長度受到限制，所以只適用于井深較淺的礦井，而且受摩擦阻力的影響較大，拉緊力難于測定，調(diào)繩困難，目前此種方式已被淘汰.

彈簧拉緊式與上述螺旋拉緊式基本相同，只是在下部安裝了螺旋彈簧，根據(jù)彈簧高度的變化檢驗拉緊力的大小，此種方式也只適用于較淺的井筒，且張力大小不容易判斷，目前也不采用.

重錘拉緊式是將罐道繩上部固定，在井下采用重錘拉緊，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，易于制造和安裝，通過調(diào)整重錘塊的數(shù)量即可達(dá)到所需的拉緊力穩(wěn)，但也存在許多弊端，除需要大量的鑄鐵和要開鑿較深的井底水窩外，尚需裝備多層金屬結(jié)構(gòu)，增加了安裝時間和勞動強度，維修.檢查觀察困難.而且隨著雜物在水窩里的堆積，容易將重錘拉緊裝置淤起，降低繩端張緊力，減少了繩罐道的剛性系數(shù)，使罐道繩位移，給安全提升帶來嚴(yán)重的威脅.

液壓螺桿拉緊式是采用油缸內(nèi)液壓油推動活塞以及帶螺紋的活塞桿推頂固繩裝置來張緊罐道繩，液壓油由于動油泵供給油缸，調(diào)整供油壓力即可得到所需的張緊力.這種罐道繩拉緊裝置張緊效果好，適用范圍廣，張緊力易于掌握，不需要很深的井底水窩且不需清理，加工這種裝置用料省，安裝也很方便，因此，多數(shù)礦井均采用此種張緊方式，但是，這種拉緊裝置的油缸為單作用油缸，活塞行程僅為500mm，為便于調(diào)繩，通常是在天輪下方以下2m處緊罐道繩.因此，勢必會加高井架高度，而且雙楔塊固繩器由于卡繩后難以通出，設(shè)節(jié)時間長，增加了勞動強度和勞動時間.

2 LGS型罐道繩連續(xù)拉緊裝置改進(jìn)方向、應(yīng)用前景及現(xiàn)實意義

2.1 改進(jìn)方向

為解決上述問題，LGS型罐道繩連續(xù)拉緊裝置是一種結(jié)構(gòu)簡單，布局合理、控制精確、操作方便的新型罐道繩連續(xù)拉緊裝置，此裝置采用上下雙卡繩器交替卡住罐道繩，通過油缸驅(qū)動上卡繩器上行和下放，實現(xiàn)對罐道繩的拉緊.此裝置可根據(jù)需要隨時調(diào)整罐道繩的張力，無需人工操作卡繩機構(gòu)，直接操作液壓系統(tǒng)即可完成，無其他輔助設(shè)施，單人即可完成操作，可大大減輕勞動時間和工作的勞動強度，將工作效率提高數(shù)倍以上，使罐道繩的拉緊作業(yè)更安全，可靠、高效.

2.2 應(yīng)用前景及現(xiàn)實意義

此裝置的應(yīng)用前景十分廣泛，適用于任何立井罐道繩道井筒裝備.新建礦井可直接安裝使用，對于老礦井，無需改動井架結(jié)構(gòu)，可方便的替代現(xiàn)有重錘拉緊或液壓螺桿拉緊裝置.應(yīng)用此裝置對保證礦井安全生產(chǎn)，減少勞動時間和工人的勞動強度有著十分重要的現(xiàn)實意義和社會效益.

3 LGS型罐道繩連續(xù)拉緊裝置設(shè)計計算

3.1 自鎖上下卡繩器可靠性系數(shù)計算

在自鎖上下卡繩器的設(shè)計過程中，采用一種滾動摩擦楔形自鎖機構(gòu)，在罐道繩與楔面摩擦力的作用下，推動楔子向下運動，使楔子圓弧面夾緊罐道繩.然后在罐道繩作用于楔子上力F2（F2即為罐道繩張力）作用下繼續(xù)拉動楔子向下移動.罐道繩與楔子的摩擦系數(shù)為μ2，只有當(dāng)摩擦力μ2N2>F2時，卡繩器才能形成自鎖，楔子夾緊罐道繩后才會不產(chǎn)生相對滑動.如左上圖所示，楔子的自鎖條件有如下關(guān)系式：

根據(jù)力平衡方程∑X=0得：

根據(jù)力平衡方程∑Y=0得：

把式（3-2）（3-3）代入（3-4）式，得下式：

整理后得：

а必須滿足（3-5）式的條件才能自鎖

其中：а—楔子的斜角;

μ1—楔子與滾子之間的摩擦系數(shù);

μ2—楔子與罐道繩之間的摩擦系數(shù)

?。害?=0.02 μ2=0.2

根據(jù)（3-5）式則得：

所以，а=10°12″的楔子即可自鎖.考慮到摩擦系數(shù)的變動，為了更加安全可靠取а=6°.

卡繩可靠性系數(shù)是指罐道繩對于楔子的作用力F2同楔子與罐道強間摩擦阻力μ2N2之比.μ2N2若大于F2則楔子能自鎖.

由（3-4）式：

N1=F2/(μ1cosа+sinа)把 N1代入（3-3）式

得：N2=F2（cosа-μ1sinа）/（sinа+μ1cosа）

卡繩可靠性系數(shù)：K=μ2N2/F2=μ2（cosа-μ1sinа）/（sinа+μ1cosа） （3-6） 計算可知：

把以上各個值代入式（3-6）得：

即自鎖上下卡繩器可靠性系數(shù)為1.60.

3.2 井下卡繩裝置卡繩防滑計算

罐道繩的張力T由繩與滑楔之間的摩擦力來承擔(dān).該摩擦力是由楔塊作用在繩上的壓力P產(chǎn)生的，開始安裝時應(yīng)在外殼中壓緊楔塊，使楔塊在罐道繩上產(chǎn)生預(yù)壓力，楔塊由于與罐道繩間的摩擦力而移動，壓緊罐道繩.設(shè)楔塊的斜角為а，楔塊與外殼間的摩擦角為ρ,摩擦系數(shù)為μ1，則P可分解為兩個力：N力方向垂直于楔面，μ1N1力方向沿斜面.

抵抗罐道繩張力T的縱向力為：

楔塊壓緊罐道繩的力P為：

聯(lián)立（1）、（2）得：

要使罐道繩與楔塊間不會產(chǎn)生滑動，則罐道繩與楔塊間的摩擦系數(shù)μ2必須符合下列條件：

即 2μ2P≥2Ptan(а+ρ)

根據(jù)試驗，罐道繩與楔塊間的摩擦系數(shù)大于0.15，當(dāng)楔塊斜角tanа=1/40=0.025時，

則 tan（1°25′56″+ρ）≤0.15

即 tanэ≤0.125

當(dāng)以石墨油脂為潤滑劑時，楔塊與外殼件的摩擦系數(shù)μ1≈0.12小于此值，因此罐道繩與楔塊不會產(chǎn)生滑動.3.3 罐道繩拉緊力的計算

《煤礦安全規(guī)程》第388條做出以下規(guī)定：“罐道繩應(yīng)優(yōu)先選用密封罐道繩.每個提升容器（或平衡錘）設(shè)有4根罐道繩時，每根罐道繩的最小剛度系數(shù)不得小于500N/m,各罐道繩張緊力之差不得小于平均張緊力的5%，內(nèi)側(cè)張緊力大，外側(cè)張緊力小.1個提升容器（或平衡錘）只有2根罐道繩時，每根罐道繩的最小剛度系數(shù)不得小于1000N/m，各根罐道繩的張力要相等.”

罐道繩拉緊力的大小將直接關(guān)系提升容器在運行中的擺動量.罐道繩拉緊力大擺動量就小，拉緊力小，擺動量就大，其拉緊力按下式計算：

式中：Q——罐道繩底端拉緊力Kgf

K——罐道繩剛性系數(shù)：一般取500N/m

L0——罐道繩極限懸垂長度m

L——罐道繩底懸垂長度m

δb——罐道鋼絲繩的抗拉強度Kgf/cm2

η——罐道鋼絲繩的安全系數(shù)

r——罐道繩的容重

4 罐道繩連續(xù)拉緊裝置的設(shè)計、制造、試驗

在研究國內(nèi)外現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對罐道繩拉緊力進(jìn)行分析，依據(jù)其受力狀態(tài)及布置形式，即可以對罐道繩拉緊裝置的機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)分別進(jìn)行設(shè)計.

5 結(jié)論

經(jīng)現(xiàn)場試驗表明，此裝置工作性能穩(wěn)定，使用方便，維護(hù)量小，歸納起來主要有以下幾條：

（1）該裝置既具有重拉緊方式的優(yōu)點，又具有液壓螺桿拉緊方式的優(yōu)點，拉緊力穩(wěn)定，日常維護(hù)量小.

（2）控制簡單，可根據(jù)需要隨時調(diào)整參數(shù)，控制精確，操作方便.

（3）機械設(shè)計新穎，結(jié)構(gòu)合理，布局簡單，工作可靠，靈敏度高.

（4）可直接工作，無需輔助件，拉升高度不受影響.

〔1〕國家安全生產(chǎn)監(jiān)督總局.煤礦安全規(guī)程[M].煤炭工業(yè)出版社,2011.

〔2〕洪曉華.礦井運輸提升[M].中國礦業(yè)大學(xué),2005.

〔3〕王志勇,夏琴芬.煤礦專用設(shè)備設(shè)計計算[M].煤炭工業(yè)出版社,1983.

〔4〕唐大方,馮曉寧,楊現(xiàn)卿.機械設(shè)計工程學(xué)[M].中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2001.