鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備的工藝研究與應(yīng)用

王 鵬

（晉城宏圣科威礦用材料有限公司， 山西 晉城 048000）

引言

作為煤炭開采大國，礦井巷道掘進(jìn)直接制約著開采量，支護(hù)產(chǎn)品的用量也在迅猛發(fā)展，錨桿錨索支護(hù)系統(tǒng)在各大集團(tuán)公司的推廣使用覆蓋率達(dá)到98%以上，并且凸顯超強的生命力和優(yōu)勢。礦用錨索（主要附件鋼絞）作為煤礦巷道支護(hù)的主要組成部分用量也在快速遞增，但鋼絞線人工盤圈已無法滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)需要，本文所研究的項目在沒有任何可借鑒的相關(guān)機械研究基礎(chǔ)上，憑借多年來對鋼絞線纏繞盤圈的加工工藝及自身擁有的機械知識來進(jìn)行工藝研究，并成功研發(fā)出鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備，且目前被穩(wěn)定應(yīng)用于該生產(chǎn)工藝，解決了人工勞動強度大的難題，降低安全系數(shù)，提高生產(chǎn)效率，有益于保障產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率，提高產(chǎn)品競爭力。

鋼絞線自動纏繞盤圈是通過在圓形U 型槽解決鋼絞線抓持應(yīng)力的問題后，采用公轉(zhuǎn)加自轉(zhuǎn)主軸系統(tǒng)，其鋼絞線得以纏繞盤圈成功的設(shè)備。因此，鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備的研究，給支護(hù)行業(yè)企業(yè)帶來了革命性的改變。

1 研究背景及相關(guān)現(xiàn)狀

我國是煤炭開采大國，雖然相關(guān)的開采設(shè)備或輔助井下生產(chǎn)用的各式設(shè)備都不斷地進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。但大量的支護(hù)材料（一次性材料）需要加工生產(chǎn)，這就造成勞動密集型企業(yè)較多。其中礦用錨索（主要附件為鋼絞線）作為煤礦巷道支護(hù)的主要組成部分用量也在快速遞增，目前國內(nèi)現(xiàn)有500 多家生產(chǎn)企業(yè)，至今仍采用人工纏繞盤圈鋼絞線的生產(chǎn)工藝。根據(jù)上述分析現(xiàn)狀的問題，為實現(xiàn)支護(hù)材料生產(chǎn)企業(yè)的安全、高效、職業(yè)健康等目標(biāo)有必要對此進(jìn)行研究，設(shè)計生產(chǎn)出適用于支護(hù)材料企業(yè)使用的鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備，減輕工人勞動量的同時，提高生產(chǎn)企業(yè)的安全生產(chǎn)水平。

2 鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備的設(shè)計路線

此鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備采用先進(jìn)的人機界面和PLC 控制，由自動進(jìn)線系統(tǒng)將鋼絞線按一定長度進(jìn)線，在一臺設(shè)備上同步完成鋼絞線的成圈、纏繞盤圈全過程。

1）采用自動進(jìn)線＋控制系統(tǒng)＋自動纏繞的方式組合而成；

2）設(shè)備采用平行牽引鋼絞線直接進(jìn)入圓型U 型槽內(nèi)，對鋼絞線進(jìn)行束縛；

3）圓型U 型槽為三段式，其中兩段為可開合；

4）采用公轉(zhuǎn)加自轉(zhuǎn)主軸平行纏繞盤圈的作業(yè)工藝；

5）設(shè)有自動/人工切換控制，以便檢修系統(tǒng)故障時用；

6）裝CNC 控制系統(tǒng)及觸摸屏幕，實現(xiàn)良好的人機界面對話功能。

3 鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備的技術(shù)研究

3.1 公轉(zhuǎn)加自轉(zhuǎn)主軸系統(tǒng)

此系統(tǒng)是由雙電機組成的大型齒輪組，懸梁式吊掛在設(shè)備的上方，主電機齒輪組負(fù)責(zé)纏繞盤圈時帶動副電機自轉(zhuǎn)系統(tǒng)進(jìn)行公轉(zhuǎn)運動，副電機自轉(zhuǎn)系統(tǒng)同時對鋼絞線頭部進(jìn)行纏繞作業(yè)，當(dāng)纏繞至要求位置后，副電機自轉(zhuǎn)系統(tǒng)退出纏繞作業(yè)，待鋼絞線捆扎后進(jìn)行落料。

設(shè)備主要元部件：主電機齒輪組是由伺服電機、主副齒輪共同組成的主軸系統(tǒng)；副電機齒輪組是尾頭轉(zhuǎn)動裝置、氣動式落料裝置、伺服電機、齒輪組一體的機電氣合成系統(tǒng)及設(shè)備；懸架是采用高強度板筋、方管等焊接而成，保證在設(shè)備整體性，強化了設(shè)備的高要求和高可靠性。

3.2 盤圈式傳送系統(tǒng)

盤圈式傳送系統(tǒng)主要功能是將鋼絞線通過傳送電機在定型盤圈架中進(jìn)行傳送，并在整個傳送過程中要保持輸送鋼絞線的平衡作業(yè)，同時利用伺服電機保證鋼絞線的勻速傳送。

設(shè)備主要元部件：送線裝置為進(jìn)線后通過接受調(diào)制單元輸出的控制信號，借助電機動力牽引鋼絞線進(jìn)線操作；定型盤圈架利用定型盤圈架來進(jìn)行鋼絞線的成圈，并且可保證鋼絞線的抓持應(yīng)力有效的釋放。定型盤圈架是一個類似圓形U 型槽，U 型槽內(nèi)放置一定量的360°滾動轉(zhuǎn)輪，可以保證鋼絞線與定型盤圈架之間非硬性摩擦或碰撞，既可減輕送線機構(gòu)的壓力，也可保護(hù)鋼絞線頭部不被因性摩擦或碰撞造成散頭現(xiàn)象。

3.3 人機系統(tǒng)

人機系統(tǒng)包括PLC 系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和氣動控制。PLC 系統(tǒng)包括各類電機、各類開關(guān)、各類傳感器等。主要任務(wù)是收集反饋信息進(jìn)行分析，并在屏上顯示，使得操作人員可以快捷方便地獲取相關(guān)參數(shù)。液壓系統(tǒng)包括泵站、各類油管、儀表、閥門等，主要功能為鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備的入料、纏繞盤圈、卸料提供主動力。氣動系統(tǒng)作業(yè)輔助系統(tǒng)，主要包括非標(biāo)氣缸、各類管路，給開合定型盤圈架，各式夾緊裝置提供動力。

4 推廣應(yīng)用的條件和前景

隨著支護(hù)產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步，鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備也將會在煤礦支護(hù)材料領(lǐng)域得到廣泛的重視和應(yīng)用，忽視了礦用錨索（主要附件鋼絞）的生產(chǎn)工藝，自主率先開展該項研究，必將推動礦用錨索的生產(chǎn)工藝的發(fā)展，“鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備的研究與應(yīng)用”項目的研究成果將處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。

目前，人工進(jìn)行鋼絞線的纏繞盤圈，其勞動量巨大，且生產(chǎn)效率低，作業(yè)環(huán)境差。鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備解決了目前國內(nèi)生產(chǎn)方式存在的諸多問題，鋼絞線纏繞盤圈的研發(fā)成功提高了支護(hù)材料生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、環(huán)境保障等。為現(xiàn)代化礦井支護(hù)材料生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量和工效，這必將產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，推廣應(yīng)用前景廣闊。

5 結(jié)語

本鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備具有穩(wěn)定性高、安全性好、返修率低等優(yōu)點。在國內(nèi)也屬首家研制成功并正式應(yīng)用的支護(hù)材料生產(chǎn)企業(yè)。鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備的成功應(yīng)用，改變了原生產(chǎn)礦用錨索（主要附件鋼絞）的現(xiàn)狀。隨著技術(shù)的推廣及應(yīng)用，無疑將在其他礦用支護(hù)材料生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行鋼絞線自動纏繞盤圈的應(yīng)用，從而產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟和社會效益。