鋼絲繩罐道液壓自動張緊裝置的研究

朱宏遠(yuǎn)，王有斌

（1.太原理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山西 太原 030024;2.山西晉煤集團(tuán)澤州天安煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

0 引 言

目前，我國煤礦礦井的罐道主要有鋼絲繩罐道和剛性組合罐道。由于鋼絲繩罐道與剛性組合罐道相比，具有能夠保持井壁完整性和封水性、節(jié)約鋼材、安裝工期短和運(yùn)行維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，因此在煤礦中的應(yīng)用越來越廣泛[1]。

1 國內(nèi)鋼絲繩罐道張緊裝置現(xiàn)狀

國內(nèi)鋼絲繩罐道張緊裝置主要包括重錘張緊方式和液壓螺桿張緊方式兩種。其中，重錘張緊方式的優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡單和拉力穩(wěn)定,但存在較多弊端：需要在井筒底部開鑿井底水窩，要經(jīng)常清理淤積在水窩內(nèi)的渣石，以防托起重錘危及安全，安裝時間長和勞動強(qiáng)度大，鋼材消耗量大，成本較高。液壓螺桿張緊方式克服了重錘拉緊方式的許多弊端,具有井筒開拓量小、張緊力調(diào)節(jié)方便、運(yùn)行平穩(wěn)可靠和維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，因此，應(yīng)用越來越廣泛。但目前在使用過程中仍存在很多問題:張緊力的調(diào)節(jié)需要人工完成且自動化程度較低；由于雙楔塊固緊器在加工制造過程中的誤差較大，易造成鋼絲繩在楔塊之間打滑，現(xiàn)有液壓螺桿張緊方式缺少有效的防抽繩裝置，易造成生產(chǎn)事故；竄繩功能不足，需花費(fèi)大量的人力物力和時間；這些問題均嚴(yán)重影響了煤礦的生產(chǎn)安全和效率。

鑒于上述張緊裝置存在的問題，對現(xiàn)有液壓螺桿張緊式鋼絲繩罐道裝置進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計了一種繩罐道液壓自動張緊裝置（文中簡稱裝置）。

2 裝置的組成及工作原理

1）繩罐道液壓自動張緊裝置主要由自動控壓型液壓系統(tǒng)、雙作用拉緊油缸、壓力變送器、全自動防抽繩裝置、雙楔塊緊固器及井底固定裝置六大部分組成，如圖1。其中，自動控壓型液壓系統(tǒng)為該裝置的核心，主要功能就是輸出使繩罐道保持最佳工作狀態(tài)的恒定壓力。雙作用拉緊油缸的作用是把液壓系統(tǒng)的恒定壓力轉(zhuǎn)換成拉力，其雙作用力使竄繩更加方便快捷；壓力變送器安裝在雙作用拉緊油缸的測壓口上，將采集到的油壓信號傳輸給自動控壓型液壓系統(tǒng)，使其完成相應(yīng)的動作；全自動防抽繩裝置使罐道繩只能向上運(yùn)動，向下運(yùn)動時將被抓住，為本套系統(tǒng)的后備保護(hù)裝置；雙楔塊緊固器及井底固定裝置的主要作用就是固定罐道繩。

2）裝置的結(jié)構(gòu)原理：罐道鋼絲繩的上端經(jīng)單向卡繩器和雙楔塊固緊器固定后由雙作用張緊油缸支撐，罐道繩的張緊力由雙楔塊緊固器和雙作用張緊油缸傳至固定油缸的固定梁上；然后，罐道繩沿雙作用張緊油缸的活塞桿和活塞體的空心結(jié)構(gòu)穿過，經(jīng)過全自動防抽繩裝置垂至井底，下端由固定裝置中的雙楔塊固緊器固定在井下防撞梁的下部。

3）該裝置的工作原理：根據(jù)罐道鋼絲繩所需拉緊力的情況,設(shè)定繩罐道拉緊裝置的高、低限壓值。初次安裝完成接通電源后,液壓系統(tǒng)向張緊油缸中注入高壓油,活塞向上運(yùn)動,通過壓力變送器采集油壓信號,到達(dá)設(shè)定的高限壓值時,液壓系統(tǒng)自動停止供液,罐道繩張緊完成。當(dāng)罐道鋼絲繩使用一段時間后，彈性伸長，張緊油缸油壓下降。當(dāng)油壓小于低限壓力值時，自動控壓型液壓系統(tǒng)將自動對其補(bǔ)壓增力,并在達(dá)到設(shè)定的高限壓值時自動停止補(bǔ)壓，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時在線監(jiān)測罐道繩張緊力,并在缺壓時自動補(bǔ)充壓力,使罐道鋼絲繩的張緊力始終保持在安全范圍內(nèi)，提高了礦井生產(chǎn)的安全性。

圖1 原理圖

使用一段時間后，雙作用張緊油缸的活塞會達(dá)到最大行程,此時需要進(jìn)行竄繩將活塞竄至下部起點(diǎn)位置。通過全自動防抽繩裝置夾緊鋼絲繩,自動控壓型液壓系統(tǒng)向張緊油缸反向供液,使活塞回到底部起點(diǎn)位置。調(diào)整單向卡繩器和雙楔塊固緊器位置，使其抵住張緊油缸。最后向張緊油缸底腔供液,使罐道鋼絲繩張緊力達(dá)到要求即可[2]。

3 自動控壓型液壓系統(tǒng)的工作原理

自動控壓型液壓系統(tǒng)為該裝置的核心，主要功能就是根據(jù)罐道鋼絲繩的張力變化情況自動輸出使繩罐道保持最佳工作狀態(tài)的恒定壓力。

工作原理，如圖2，根據(jù)罐道鋼絲繩所需預(yù)緊力的大小，計算油缸壓力的高、低限壓力值。設(shè)定可調(diào)式壓力控制器常閉點(diǎn)1在系統(tǒng)壓力達(dá)到高限壓力值時斷開，常閉觸點(diǎn)2在達(dá)到低限壓力值時斷開。

圖2 自動控壓型液壓系統(tǒng)工作原理

裝置安裝完成后接通電路，繼電器電路接通，交流接觸器控制油泵電機(jī)開始工作，此時交流接觸器A4-B4斷開，A5-B5接通。當(dāng)油缸壓力上升至低限壓力值時，壓力控制器常閉觸點(diǎn)2斷開。由于交流接觸器A5-B5接通，系統(tǒng)繼續(xù)工作。當(dāng)壓力上升至高限壓力值時，壓力控制器常閉觸點(diǎn)1斷開，繼電器停止工作，液壓系統(tǒng)也停止工作。罐道鋼絲繩使用一段時間后，由于彈性伸長，油缸油壓開始下降，當(dāng)下降至低于高限壓值時，常閉觸點(diǎn)1閉合，但由于常閉觸點(diǎn)2處于斷開狀態(tài)，系統(tǒng)繼續(xù)處于非工作狀態(tài)。直到壓力低于低限壓值時，常閉觸點(diǎn)2閉合，系統(tǒng)重新開始工作對油缸進(jìn)行補(bǔ)壓，保證油缸壓力始終處于低限壓力值和高限壓力值之間，從而實(shí)現(xiàn)了自動化控制。在進(jìn)行竄繩工作時，通過調(diào)整三位四通手動換向閥，使液壓系統(tǒng)向張緊油缸反向供液。

4 裝置的主要功能

1）當(dāng)張緊油缸內(nèi)油壓低于所設(shè)的低限值時,系統(tǒng)將自動對低壓的油缸進(jìn)行補(bǔ)壓,補(bǔ)壓完成后自動停止補(bǔ)壓動作;如遇故障在規(guī)定時間內(nèi)壓力未達(dá)到所需的值時,將報警提醒司機(jī)或讓絞車自動停止；2）一套自動控壓型液壓系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)所有罐道鋼絲繩的自動張緊工作；3）除具備原拉緊裝置的基本功能外，增加并優(yōu)化了竄繩功能，雙作用拉緊油缸和自動防抽繩裝置配合竄繩，使竄繩更加方便快捷；4）該裝置的全自動防抽繩裝置有效地避免了由于雙楔塊固緊器在加工制造過程中的誤差引起鋼絲繩在楔塊之間打滑而造成的事故，增加了整個裝置的安全性。

5 結(jié)束語

經(jīng)過一段時間的現(xiàn)場使用證明,該裝置經(jīng)濟(jì)實(shí)用、運(yùn)行可靠,液壓系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)自動補(bǔ)壓和長期保壓的功能,使罐道鋼絲繩一直處于最佳的工作狀態(tài)，確保了提升系統(tǒng)的安全可靠，比傳統(tǒng)的鋼絲繩罐道張緊裝置的優(yōu)勢明顯，具有較高的應(yīng)用和推廣價值。

[1] 黃霓，李劍，王堅，等．鋼絲繩罐道的應(yīng)用與發(fā)展[J]．煤礦安全，2002，30(6)：30-43.

[2] 楊波,王雷,陳義強(qiáng),等.繩罐道張緊裝置的研究及現(xiàn)場應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械，2008,29（5）:161-163.