礦用無(wú)極繩絞車壓繩裝置的改進(jìn)研究

呂劍波

（汾西礦業(yè)集團(tuán)柳灣煤礦， 山西 孝義 032300）

引言

煤礦井下輔助運(yùn)輸方式主要有無(wú)軌和有軌兩大類，其中無(wú)極繩絞車運(yùn)輸是一種常見且重要的輔助運(yùn)輸方式。無(wú)極繩絞車運(yùn)輸方式是通過(guò)循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)的鋼絲繩牽引固定在其上方車輛的運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用范圍廣、耗能小等優(yōu)點(diǎn)。尤其對(duì)于運(yùn)輸距離長(zhǎng)、運(yùn)輸量大的材料及設(shè)備的運(yùn)輸具有很好的適應(yīng)性。因此，相比以前的小絞車運(yùn)輸方式，無(wú)極繩絞車運(yùn)輸更加方便，無(wú)需轉(zhuǎn)載，其具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)礦井運(yùn)輸?shù)闹饕\(yùn)輸設(shè)備。

1 無(wú)極繩絞車現(xiàn)有壓繩裝置的弊端

無(wú)極繩絞車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)主要由絞車、牽引鋼絲繩、主（副）壓繩輪組、平托輪組及張緊裝置等構(gòu)成，如圖1所示。主壓繩輪通過(guò)拉緊彈簧壓緊，在外力的作用下，會(huì)導(dǎo)致彈簧松開，造成主壓繩輪組的繩輪張開，而副壓繩輪組與主壓繩輪組則不一樣，副壓繩輪組安裝完成后呈現(xiàn)出固定狀態(tài)。根據(jù)對(duì)無(wú)極繩絞車運(yùn)輸過(guò)程的研究發(fā)現(xiàn)，在運(yùn)輸過(guò)程中壓繩裝置出現(xiàn)了兩種現(xiàn)象。第一種現(xiàn)象是彈繩，在無(wú)極繩絞車運(yùn)輸過(guò)程中碰到巷道出現(xiàn)拐彎或巷道坡度忽然有很大變化時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)鋼絲繩從主壓繩輪組中的繩輪彈出。第二個(gè)現(xiàn)象是在運(yùn)輸過(guò)程中固定繩輪的螺母松落，造成繩輪從固定架上滑落。本文基于上述兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行相關(guān)分析研究，以尋求相關(guān)方法解決[1]。

2 壓繩裝置的力學(xué)分析

壓繩裝置主要由四個(gè)部分構(gòu)成：繩輪、轉(zhuǎn)軸、托架以及拉緊彈簧。壓繩裝置在無(wú)極繩絞車運(yùn)輸系統(tǒng)中可壓緊鋼絲繩并對(duì)鋼絲繩起導(dǎo)向作用[2]。

圖1 無(wú)極繩絞車輔助運(yùn)輸系統(tǒng)構(gòu)成圖

對(duì)無(wú)極繩絞車運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的壓繩裝置進(jìn)行受力分析，在運(yùn)行過(guò)程中有兩種不同的情況，第一種是壓繩裝置所在的運(yùn)輸巷道內(nèi)未發(fā)生坡度的變化，第二種是壓繩裝置所在的運(yùn)輸巷道內(nèi)發(fā)生了坡度的變化。以下是根據(jù)上面的兩種情況對(duì)壓繩裝置進(jìn)行受力的討論和分析。

2.1 運(yùn)輸巷道內(nèi)未發(fā)生坡度變化的情況

下頁(yè)圖2為壓繩裝置安裝在運(yùn)輸巷道內(nèi)未發(fā)生坡度變化時(shí)的受力分析情況。鋼絲繩產(chǎn)生的力及力臂分別用F和L表示，同理，壓繩輪1的拉緊彈簧產(chǎn)生的力及力臂分別為F1和L1，壓繩輪2的拉緊彈簧產(chǎn)生的力及力臂分別為F2和L2，忽略壓繩輪自身重力，則作用于壓繩輪的力矩之和為：

通過(guò)上述兩個(gè)式子可知，若作用于壓繩輪的力矩之和M≥0，則壓繩輪處于壓緊狀態(tài)；反之，若M＜0，則壓繩輪處于分開的狀態(tài)，則會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩彈出。

2.2 運(yùn)輸巷道內(nèi)發(fā)生坡度變化情況

α為運(yùn)輸巷道坡度角，β為壓繩角，鋼絲繩的預(yù)緊力或是牽引力則用T表示。則鋼絲繩向上的彈力：

圖2 壓繩裝置力學(xué)分析簡(jiǎn)圖

運(yùn)輸巷道坡度角α和壓繩角β成正比例關(guān)系，即運(yùn)輸巷道坡度角α越大，那么壓繩角β越大，反之則是運(yùn)輸巷道坡度角α越小，那么壓繩角β越小。依據(jù)彈力的計(jì)算公式（3）可得，壓繩角β越大，其正弦值越大，則鋼絲繩向上的彈力F就越大。如果鋼絲繩上不存在牽引力時(shí)，T就比較小，向上的彈力F也就很小。如果鋼絲繩上存在牽引力時(shí)，T越大，向上的彈力F也就會(huì)隨著牽引力T的增加而成倍地增加，最后造成彈繩現(xiàn)象。

3 解決彈繩問(wèn)題的方法

3.1 增加拉緊彈簧數(shù)量

在壓繩輪原一個(gè)拉緊彈簧的基礎(chǔ)上，通過(guò)并聯(lián)的方式再增加一個(gè)拉緊彈簧，根據(jù)彈簧彈力疊加原則，則其產(chǎn)生的總拉力就成了之前的2倍，依據(jù)胡克定律[3]：

式中：k為單個(gè)彈簧的彈性系數(shù)；Δx為每個(gè)彈簧的伸長(zhǎng)量；T 代表上文中式（1）和式（2）中的 F1和 F2。

彈簧的選擇：先對(duì)啟動(dòng)時(shí)刻和運(yùn)行過(guò)程中鋼絲繩牽引力F的極值進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)要考慮一定的安全系數(shù)，初步將其彈性系數(shù)范圍確定下來(lái)，基于此選擇型號(hào)適當(dāng)?shù)膹椈蒣4]。

3.2 對(duì)壓繩裝置布置位置進(jìn)行優(yōu)化處理

若將壓繩裝置布置在絞車不同部位，則會(huì)產(chǎn)生不同的受力情況，因此在具體布置時(shí)要與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際相結(jié)合來(lái)綜合考慮。若該處載荷相對(duì)較大，則可多布置幾組壓繩裝置，并減小裝置間距；反之，若該處載荷相對(duì)較小，則可少布置幾組壓繩裝置，同時(shí)適當(dāng)加大裝置間距[5]。

4 避免繩輪脫落的方法

無(wú)極繩絞車壓繩裝置中的繩輪下方的螺母在運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)松脫現(xiàn)象，造成繩輪從固定架上脫落的現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)對(duì)繩輪結(jié)構(gòu)的研究分析，得出解決螺母松落的方法為添加一個(gè)預(yù)防軸隨輪運(yùn)轉(zhuǎn)的擋銷，如圖3所示。

圖3 防繩輪脫落示意圖

5 結(jié)論

通過(guò)增加壓繩輪拉緊彈簧數(shù)量并對(duì)其布置位置進(jìn)行優(yōu)化處理，可解決彈繩問(wèn)題；通過(guò)在繩輪結(jié)構(gòu)中添加一個(gè)擋銷可解決壓緊螺母松落造成的繩輪掉落現(xiàn)象。總之，通過(guò)對(duì)壓繩裝置進(jìn)行改進(jìn)后，可以明顯提高無(wú)極繩絞車的運(yùn)輸效率和壓繩裝置的使用壽命。