礦井無(wú)極繩絞車壓繩裝置的改進(jìn)

楊繼周

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)極繩絞車和相關(guān)配套設(shè)施不斷優(yōu)化，技術(shù)水平得到了很大提高，但是，無(wú)極繩絞車當(dāng)前仍需要解決彈繩、脫繩等問(wèn)題。本文首先闡述了無(wú)極繩絞車壓繩裝置存在的問(wèn)題，然后分析了無(wú)極繩絞車原壓繩裝置的受力情況，在此基礎(chǔ)上提出了解決壓繩裝置弊端的措施。研究表明，新型壓繩裝置有效減少了無(wú)極繩絞車彈繩等現(xiàn)象，提高了運(yùn)輸效率和裝置的使用年限，值得在礦井推廣并應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：礦井;無(wú)極繩絞車;壓繩裝置;受力

中圖分類號(hào)：TD52文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）04-0094-03

Abstract： With the development of science and technology， the endless rope winch and related supporting facilities have been continuously improved， and the technical level has been greatly improved， however， the endless rope winch still needs to solve the problems of elastic rope and detachment. This paper first explained the problems existing in the rope pressing device of the endless rope winch， and then analyzed the force of the original rope pressing device of the endless rope winch， and on this basis， proposed measures to solve the disadvantages of the rope pressing device. Studies have shown that the new rope pressing device effectively reduces the phenomenon of rope winches and other phenomena， improves transportation efficiency and the service life of the device， and is worthy of popularization and application in mines.

Keywords： mine;endless rope winch;rope pressing device;stress

現(xiàn)階段，工作面產(chǎn)能持續(xù)提高，很多綜采裝置應(yīng)運(yùn)而生，其中，無(wú)極繩絞車在輔助礦井運(yùn)輸方面起到重要作用[1-2]。眾所周知，礦井環(huán)境惡劣，作業(yè)條件具有很大的不確定性，雖然無(wú)極繩絞車的相關(guān)參數(shù)能夠滿足運(yùn)輸要求，但在實(shí)際工作中受限于巷道沒(méi)有較大的豎曲線，運(yùn)輸時(shí)，鋼絲繩張緊力較大，這樣就容易把鋼絲繩彈出，對(duì)工作人員的安全造成威脅。如果鋼絲繩被彈出很高，對(duì)頂板也會(huì)造成損壞，既增加了磨損程度，又加大了摩擦系數(shù)。如果壓繩輪轉(zhuǎn)軸失穩(wěn)，也很容易致使壓繩輪彈出，進(jìn)而引發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。因此，對(duì)礦井無(wú)極繩絞車壓繩裝置進(jìn)行改進(jìn)成為當(dāng)務(wù)之急。

1 無(wú)極繩絞車壓繩裝置存在的問(wèn)題

無(wú)極繩絞車是一種輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，組成部分較多，主要有絞車、張緊裝置、平拖輪組、主副壓繩輪組和牽引鋼絲繩等[3-5]。主壓繩輪借助拉緊彈簧壓緊，受到外力作用，彈簧會(huì)松開，使得主壓繩輪組繩輪張開，副壓繩輪組則不同，其在安裝完后是固定的。研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)極繩絞車運(yùn)輸時(shí)，壓繩裝置會(huì)出現(xiàn)彈繩和脫繩兩種情況。彈繩是因?yàn)闊o(wú)極繩絞車在運(yùn)輸期間遇到巷道坡度變化大或者巷道有拐彎的情況，此時(shí)，鋼絲繩會(huì)從主壓繩輪組的繩輪彈出[6]。脫繩是指無(wú)極繩絞車運(yùn)輸時(shí)，固定繩輪的螺母松動(dòng)掉落，使得繩輪從固定架上滑下來(lái)。繩輪結(jié)構(gòu)實(shí)際使用時(shí)，若使用環(huán)境較為復(fù)雜，則整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行效率和質(zhì)量會(huì)受到較大的影響，特別是在車道彎路有較大的起伏時(shí)，鋼絲繩是整個(gè)牽引車的主要?jiǎng)恿?lái)源，在這種模式下，鋼絲繩在轉(zhuǎn)彎時(shí)的行走難度較大。傳統(tǒng)煤礦綜采過(guò)程中，工作人員會(huì)在洼點(diǎn)設(shè)置壓繩輪，但這種方法已經(jīng)無(wú)法滿足煤礦行業(yè)發(fā)展的需求，因此在新型設(shè)備的優(yōu)化和改裝過(guò)程中，要注意洼點(diǎn)設(shè)置的角度，避免彈繩造成的人員損傷。另外，牽引車經(jīng)過(guò)壓繩輪設(shè)備時(shí)容易受到阻滯，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生飛車事故，導(dǎo)致物料受損。筆者結(jié)合工作實(shí)踐，對(duì)彈繩和脫繩問(wèn)題進(jìn)行研究，旨在提高生產(chǎn)效率和保障生產(chǎn)安全。

2 無(wú)極繩絞車原壓繩裝置受力情況

原來(lái)的壓繩裝置由四部分構(gòu)成。一是彈簧，主要作用是復(fù)位壓輪。二是機(jī)架，主要用于保障連接整體的強(qiáng)度。三是壓輪，其和鋼絲繩接觸，主要用來(lái)壓繩和導(dǎo)向，使鋼絲繩摩擦力降低。四是輪軸，主要用以鉸接。這里主要分析無(wú)極繩絞車壓繩裝置在兩種情況下的受力，第一種是相同坡度的巷道，第二種是坡度變化較大的巷道。

2.1 原壓繩裝置在坡度相同巷道中運(yùn)輸?shù)氖芰η闆r

如果巷道的坡度相同，則該裝置安裝不受相應(yīng)彈力的影響，而且對(duì)鋼絲繩產(chǎn)生導(dǎo)向功能，降低其摩擦力。此時(shí)，彈簧受到的平推力不大，能夠及時(shí)復(fù)位。原壓繩裝置受力分析如圖1所示，其中，[F]代表鋼絲繩受力，[L]代表力臂長(zhǎng)度，壓繩輪之間的力矩為[M1=F1L1]，[M2=F2L2]，[M=FL-M1=FL-F1L1]或者[M=FL-M2=FL-F2L2]。

2.2 原壓繩裝置在坡度變化較大巷道中運(yùn)輸?shù)氖芰η闆r

假設(shè)[α]代表巷道起伏坡度，[β]代表壓繩偏角，[T]代表鋼絲繩張緊力，則鋼絲繩受力[F]=[T]sin[β]。巷道起伏坡度[α]與壓繩偏角[β]成正比，[α]數(shù)值越大，則sin[β]、壓繩偏角[β]就越大;反之，[α]數(shù)值越小，則sin[β]、壓繩偏角[β]就越小。如果物料運(yùn)輸車質(zhì)量較大，張緊力也大，[F]值也相對(duì)偏大，當(dāng)物料運(yùn)輸車和巷道起伏坡度相同時(shí)，鋼絲繩就會(huì)彈出。

3 無(wú)極繩絞車新型壓繩裝置原理

研究人員通過(guò)對(duì)原有無(wú)極繩絞車裝置構(gòu)造進(jìn)行分析，研究出新型的壓繩裝置，主要改進(jìn)之處是改變壓繩輪的壓繩方向，使其由之前的斜彈改為現(xiàn)在的平推。新型壓繩裝置的原理是，把壓輪下方的轉(zhuǎn)軸替換成兩組跑道輪，通過(guò)滾動(dòng)軸承加兩側(cè)輪的方式降低裝置運(yùn)行時(shí)的摩擦系數(shù)，確保不會(huì)掉道?？梢允褂每ㄆ瑢?duì)輪軸對(duì)進(jìn)行固定，保證壓繩穩(wěn)定運(yùn)行，以免發(fā)生故障。通過(guò)彈簧實(shí)現(xiàn)及時(shí)還原，確保鋼絲繩不彈出，使其產(chǎn)生的外向力轉(zhuǎn)為向右的平推力。這時(shí)，向上的彈力受到約束，如果無(wú)極繩絞車運(yùn)行，那么主壓繩輪就會(huì)被撞開，不僅如此，還會(huì)向兩側(cè)平推，借助后彈簧片進(jìn)行還原，保證鋼絲繩不被彈出。

4 無(wú)極繩絞車新型壓繩裝置受力情況

無(wú)極繩絞車新型壓繩裝置的受力情況如圖2所示，其中，[F]代表鋼絲繩受力，[T]代表平推力，[L]代表力臂長(zhǎng)度，壓繩輪之間的力矩[M=TL]。因?yàn)槭艿絻山M跑道輪的影響，壓輪轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這樣就不會(huì)出現(xiàn)鋼絲繩彈出現(xiàn)象。

5 避免壓繩裝置出現(xiàn)彈繩和脫繩的措施

5.1 降低巷道坡度的起伏程度

要合理降低巷道坡度的起伏程度，即增加巷道豎曲線的半徑。首先，受煤層和斷層傾角的影響，掘進(jìn)操作面工作時(shí)不能出現(xiàn)在同一個(gè)坡度，所以巷道起伏變化會(huì)很大。需要注意的是，一定要聯(lián)系實(shí)際情況，最大限度地降低巷道的坡度起伏程度，增加設(shè)備和設(shè)施的安全系數(shù)。其次，最大限度地增大巷道豎曲線半徑，根據(jù)相關(guān)要求，無(wú)極繩絞車運(yùn)輸時(shí)的豎曲線半徑不得低于20 m，但實(shí)際運(yùn)行中，牽引車的質(zhì)量較大，因此其豎曲線半徑也應(yīng)該實(shí)現(xiàn)最大化，使得相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)和壓繩裝置的數(shù)量降低。

5.2 采用重型壓繩輪

使用重型壓繩輪時(shí)，既要改進(jìn)壓繩輪，又要應(yīng)用強(qiáng)度比較大的彈簧和機(jī)架，組成三組壓繩輪。梭車經(jīng)過(guò)第一組壓繩輪時(shí)，梭子把彈簧打開，此時(shí)，第二組壓繩輪和第三組壓繩輪處于關(guān)閉狀態(tài)，同理，經(jīng)過(guò)第二組壓繩輪時(shí)，第一組壓繩輪和第三組壓繩輪處于關(guān)閉狀態(tài)，而在經(jīng)過(guò)第三組壓繩輪時(shí)，第一組壓繩輪和第二組壓繩輪處于關(guān)閉狀態(tài)，這樣可以確保鋼絲繩一直處于一組壓繩輪里，并且這三組壓繩輪通過(guò)同一個(gè)機(jī)架形成一個(gè)整體，強(qiáng)度就會(huì)更高，其不容易產(chǎn)生變形，防止鋼絲繩出現(xiàn)脫繩現(xiàn)象。

5.3 增加壓繩輪組數(shù)量

如果僅采用一組壓繩輪，其力量相對(duì)較弱，當(dāng)坡度較大或者重車運(yùn)輸時(shí)，壓繩難度加大，鋼絲繩容易彈出。鑒于此，要在底彎段增加多組壓繩設(shè)備，避免鋼絲繩出現(xiàn)脫繩現(xiàn)象。

5.4 適當(dāng)增加拉緊彈簧的數(shù)量

將無(wú)極繩絞車壓繩輪的拉緊彈簧作為根本，另一個(gè)拉緊彈簧采用并聯(lián)形式，加入原有裝置，此時(shí)，根據(jù)累加原則，系統(tǒng)可產(chǎn)生的拉力是原拉力的兩倍。在選擇彈簧時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)鋼絲繩可以產(chǎn)生的牽引力，并全面考量系統(tǒng)設(shè)置的安全系數(shù)，從而確定科學(xué)的彈簧彈性系數(shù)，并將其作為標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)選定合適的彈簧。同時(shí)，技術(shù)人員可以優(yōu)化壓繩裝置位置，以取得更好的效果。不同的絞車位置均需要安裝壓繩裝置，各個(gè)位置受力的情況也有較大的差異。所以，在進(jìn)行具體的位置布置時(shí)，要從實(shí)際情況出發(fā)，綜合進(jìn)行考量。若某個(gè)位置整體的荷載較大，技術(shù)人員則可通過(guò)增加壓繩裝置的方式來(lái)改善這種情況。同時(shí)，技術(shù)人員也可以通過(guò)縮小兩者之間距離的方式，對(duì)這種情況進(jìn)行針對(duì)性的改善。相反，若某個(gè)位置整體的荷載較小或者沒(méi)有荷載，技術(shù)人員就不需要在這個(gè)位置安裝壓繩裝置，可以適當(dāng)增加裝置與裝置之間的距離來(lái)應(yīng)對(duì)這種情況。

5.5 將擋銷插入設(shè)備中

在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，壓繩裝置下端容易出現(xiàn)螺母松動(dòng)的問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致繩輪產(chǎn)生松動(dòng)。為了更好地避免這種情況，在實(shí)際操作時(shí)，人們通常將擋銷插入設(shè)備中，有效防止螺母松動(dòng)，如圖3所示。

5.6 改進(jìn)輪繩結(jié)構(gòu)

輪繩結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期使用中表現(xiàn)出部分缺陷，人們可以對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化。在具體實(shí)施時(shí)，可以將鐵道底邊、固定板及壓繩輪全部有效固定，改善固定點(diǎn)、壓繩輪的具體運(yùn)行情況，確保鋼絲繩使用時(shí)徑向受力且其他方向不受力，降低其他應(yīng)力對(duì)其運(yùn)行過(guò)程的影響，該種改進(jìn)方式可以取得較好的效果。改裝后，裝置的壓力點(diǎn)有較大的不同，可有效地防止彈繩問(wèn)題。同時(shí)，若使用過(guò)程中出現(xiàn)部件損壞的情況，技術(shù)人員更換較為便捷。在使用的過(guò)程中，人們可以根據(jù)實(shí)際作業(yè)的需要，對(duì)彈簧強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整。此外，裝置改進(jìn)后，受坡度的影響非常小，其可以進(jìn)行自由安裝，特別是對(duì)于壓繩輪系的各種類型來(lái)說(shuō)，其尺寸與強(qiáng)度可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。

6 結(jié)語(yǔ)

煤礦井下輔助運(yùn)輸離不開無(wú)極繩絞車裝置，其具有連續(xù)運(yùn)輸?shù)膬?yōu)勢(shì)，而且安全性較高。本研究通過(guò)改進(jìn)原壓繩裝置，把斜推力轉(zhuǎn)變?yōu)槠酵屏?，增大了安全系?shù)，避免了鋼絲繩彈出和車輛脫軌，極大地提高了運(yùn)輸效率，尤其是在起伏較大的巷道中，無(wú)極繩絞車運(yùn)輸更加高效，為煤礦健康持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭海棟.論煤礦井下無(wú)極繩絞車壓繩輪的改裝[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2020（7）：151-152.

[2]羅笑.礦井無(wú)極繩絞車壓繩裝置改進(jìn)及其應(yīng)用[J].山東煤炭科技，2020（2）：109-110.

[3]馮寶梁.無(wú)極繩絞車壓繩裝置改進(jìn)與應(yīng)用[J].水力采煤與管道運(yùn)輸，2019（4）：135-136.

[4]郭鵬.礦用無(wú)極繩絞車壓繩裝置改進(jìn)研究[J].石化技術(shù)，2019（9）：28-29.

[5]張喜平.無(wú)極繩絞車壓繩裝置的改進(jìn)應(yīng)用[J].礦業(yè)裝備，2019（3）：174-175.

[6]黃天才.無(wú)極繩絞車壓繩裝置的改進(jìn)探析[J].機(jī)電工程技術(shù)，2019（3）：181-183.