無(wú)極繩新型輔繩壓繩裝置的應(yīng)用

＊李云海

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司屯蘭礦 山西 030206）

引言

無(wú)極繩絞車是以鋼絲繩牽引的軌道運(yùn)輸設(shè)備，主要應(yīng)用于井下采區(qū)大巷和工作面順槽，實(shí)現(xiàn)大型綜采設(shè)備及材料的長(zhǎng)運(yùn)距運(yùn)輸，能大大提高運(yùn)輸效率和安全可靠性，在軌道運(yùn)輸?shù)V井應(yīng)用廣泛。無(wú)極繩絞車運(yùn)輸線路較長(zhǎng)，由于不同地質(zhì)構(gòu)造，上下山巷道通常會(huì)出現(xiàn)多處起伏，運(yùn)輸大型設(shè)備時(shí)，在巷道的低洼處就會(huì)出現(xiàn)“飄繩”現(xiàn)象，存在安全隱患，且不符合相關(guān)規(guī)定要求。

為解決“飄繩”現(xiàn)象，需安設(shè)鋼絲繩壓繩裝置。以往，無(wú)極繩絞車的主繩、輔繩均采用傳統(tǒng)的壓繩輪組將鋼絲繩壓住，一定程度上能夠解決主繩、輔繩的壓繩問題，無(wú)極繩梭車牽引著車輛經(jīng)過(guò)時(shí)，梭車底部穿繩的楔塊與壓繩輪組存在一定的碰撞，隨著運(yùn)輸量的增加，壓繩輪組的彈簧和壓輪經(jīng)常損壞。采用傳統(tǒng)壓繩輪組存在配件易損壞、后期維護(hù)量大、投入費(fèi)用高、壓繩效率低等缺點(diǎn)（如圖1）。主繩壓繩一般是增加壓繩輪組的數(shù)量以達(dá)到壓繩效果，而針對(duì)輔繩的壓繩問題，我們另辟蹊徑，研制了無(wú)極繩新型輔繩壓繩裝置。

圖1 傳統(tǒng)壓繩輪組弊端

1.無(wú)極繩新型輔繩壓繩裝置的技術(shù)方案

(1)無(wú)極繩新型輔繩壓繩裝置的結(jié)構(gòu)組成

在無(wú)極繩運(yùn)輸線路低洼處，加設(shè)新型輔繩壓繩裝置（如圖2），以解決無(wú)極繩輔繩“飄繩”問題，具體闡述如下：

圖2 無(wú)極繩新型輔繩壓繩裝置的結(jié)構(gòu)原理圖

①底座：底座采用12#槽鋼，整體長(zhǎng)度1m，寬度120mm，兩端分別對(duì)稱加工2個(gè)φ18mm的圓孔，第一個(gè)孔到頂端50mm，第二個(gè)孔到第一個(gè)孔150mm，槽鋼上偏向右側(cè)留有4個(gè)φ18mm的圓孔，垂直于底座方向相鄰孔距50mm，平行于底座方向孔距220mm。

②支撐角鋼：每個(gè)支撐角鋼采用2片15mm厚的鋼板直角焊接而成，整體寬度100mm，高度160mm，底座面往上140mm處預(yù)留壓繩輪輪軸安裝孔，安裝孔長(zhǎng)30mm、高20mm。支撐角鋼作為壓繩輪的支撐組件，采用4條φ16×50mm連接螺栓與底座連接。

③防護(hù)罩：采用3mm厚的鋼板焊接而成，整體寬度為110mm，高度170mm。防護(hù)罩作為壓繩輪的防護(hù)組件，防止煤塵侵入及其他物體的撞擊，與支撐角鋼一起采用4條φ16×50mm連接螺栓固定在底座上。

④壓繩輪：采用錳鋼制作，能夠在井下惡劣的工況條件下表現(xiàn)出高強(qiáng)度的抗磨性。壓繩輪長(zhǎng)度140mm，壓繩輪內(nèi)徑φ60mm，輪緣端部外徑φ90mm，輪軸兩側(cè)各安裝1套6205深溝球滾動(dòng)軸承，要求轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，軸的兩端固定在支撐角鋼上。

(2)無(wú)極繩新型輔繩壓繩裝置的安裝維護(hù)注意事項(xiàng)

在無(wú)極繩絞車停止運(yùn)輸時(shí)方可進(jìn)行安裝維護(hù)工作，安裝時(shí)，用4條φ16×50mm螺栓和壓片將底座固定在軌道上，再安裝支撐角鋼、壓繩輪、防護(hù)罩，最后用4條φ16×50mm連接螺栓固定。維護(hù)內(nèi)容主要包括以下幾項(xiàng)：底座與軌道的連接螺絲是否松動(dòng)，若松動(dòng)則緊固；壓繩輪支撐角鋼的開口部位是否變大，若變大則更換；壓繩輪是否轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，不靈活則更換壓繩輪。

2.無(wú)極繩新型輔繩壓繩裝置的使用效果

為了解決無(wú)極繩運(yùn)輸線路的輔繩壓繩問題，本裝置從更加高效、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的角度大膽嘗試，工程技術(shù)人員堅(jiān)持現(xiàn)場(chǎng)追蹤落實(shí)，不斷改善，最終獲得良好的使用效果，如圖3，圖4所示。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)使用圖

圖4 大角度斜坡的使用效果圖

3.無(wú)極繩新型輔繩壓繩裝置的優(yōu)勢(shì)

無(wú)極繩新型輔繩壓繩裝置與傳統(tǒng)的壓繩輪組相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：

(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便

如圖2所示：無(wú)極繩新型輔繩壓繩裝置只有底座、支撐角鋼、防護(hù)罩、和壓繩輪4部分組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。以往壓繩輪組占用空間較大、重量較重（長(zhǎng)×寬為800mm×500mm，重為40kg），安裝時(shí)需提前準(zhǔn)備，首先在枕木中間挖槽，預(yù)留出安裝空間，采用12條φ16mm螺栓與壓片組合，在軌道上固定底座。安裝過(guò)程需要多人相互協(xié)作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而新型輔繩壓繩裝置，不用掏槽和移動(dòng)水泥軌枕，只需用4條φ16mm螺栓和壓片組合，就可以固定底座，然后再依次安設(shè)其余配件。整個(gè)安裝過(guò)程只需2人即可，安裝方便。

(2)壓繩效率高、使用壽命長(zhǎng)

傳統(tǒng)壓繩輪組常因?yàn)閺椈蓲煦^掉落、壓繩輪底部的固定銷軸脫落、壓繩輪下部連接軸斷裂等各種原因造成壓繩失效，壓繩效率低；另一方面，正常運(yùn)輸時(shí)，壓繩輪常常會(huì)碰撞無(wú)極繩梭車底部的楔塊，造成楔塊或壓繩輪損壞，存在安全隱患。而本實(shí)用新型輔繩壓繩裝置，只壓輔繩，壓繩輪位置偏向軌道中心一側(cè)，從根本上避免了與無(wú)極繩梭車底部楔塊的碰撞，只要壓繩輪的固定組件和軸承正常，就會(huì)一直處于壓繩狀態(tài)，大大提高了壓繩效率；另一方面，壓繩輪采用錳鋼制作，能夠在井下惡劣的工況條件下表現(xiàn)出高強(qiáng)度的耐磨性，并安裝了防護(hù)罩，有效防止了煤塵等雜質(zhì)的侵入及其他物體的撞擊。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，本實(shí)用新型輔繩壓繩裝置能夠使用10個(gè)月以上，較之傳統(tǒng)壓繩輪組，使用壽命大大增加。

(3)維護(hù)方便、減少人力投入

傳統(tǒng)壓繩輪組常因上述原因造成壓繩失效，維護(hù)時(shí)需要多人相互協(xié)作，而本實(shí)用新型輔繩壓繩裝置，只需2人維護(hù)即可，大大減少了人力投入。

(4)能夠解決大角度斜坡(≤14°)的輔繩壓繩問題

其理論計(jì)算如下：

已知煤礦井下斜坡坡度α，斜坡上A點(diǎn)梭車牽引5車巖石向上運(yùn)行，坡下變坡點(diǎn)B點(diǎn)安設(shè)1組壓繩裝置（如圖5）。

圖5 輔繩壓繩輪受力分析

①A點(diǎn)牽引力F1

A牽引車輛和鋼絲繩：

梭車質(zhì)量G0為0.5t，礦車自重718kg，載重2700kg，牽引車數(shù)為5車，車列總重為：Q+G0=(718+2700)×5+0.5×100 0=17590kg；

鋼絲繩型號(hào)為：6×19S+FC—φ26mm鋼絲繩，單位長(zhǎng)度鋼絲繩質(zhì)量qg為2.49kg/m，無(wú)極繩絞車運(yùn)輸距離L為1000m；

B無(wú)極繩牽引車運(yùn)行阻力，即鋼絲繩拉力F1計(jì)算如下：

式中，F(xiàn)1-鋼絲繩拉力，單位：kN；

fk-車輛運(yùn)行阻力系數(shù)，取0.02；

μ-鋼絲繩摩擦阻力系數(shù)，取0.25；

g-為重力加速度，取g=9.8m/s2。

將數(shù)值代入（1）式：

②B點(diǎn)壓繩輪所受合力合F

根據(jù)受力分析（平行四邊形定則），得：

由圖中得知：β=180-α，

代入上式得：

壓繩輪可看作一個(gè)定滑輪，定滑輪不改變力的大小，只改變力的方向，故F2=F1。

代入上式，得：

③計(jì)算斜坡傾角α

輔繩壓繩輪采用6205深溝球滾動(dòng)軸承，徑向額定動(dòng)載荷≤14kN，即F合≤14kN，代入式（4）得：

聯(lián)合式（2）、式（6），得以下方程組：

經(jīng)過(guò)求解得：α≤14°。

故該輔繩壓繩裝置可在≤14°的斜坡使用，能夠解決該工況的輔繩壓繩問題。

4.社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益

直接經(jīng)濟(jì)效益：以往的壓繩輪組費(fèi)用較貴（3500元/套），而新型輔繩壓繩裝置費(fèi)用較?。s150元），每套節(jié)約3350元。以每條無(wú)極繩運(yùn)輸線路平均1700m測(cè)算，平均安裝9組輔繩壓繩裝置，全礦8條無(wú)極繩運(yùn)輸線路，共安裝輔繩壓繩裝置72組。傳統(tǒng)的壓繩輪組每4月需更換一次，新型輔繩壓繩裝置10個(gè)月需更換一次托繩輪，每年節(jié)約設(shè)備材料費(fèi)用約60萬(wàn)元。

間接經(jīng)濟(jì)效益：由于此套裝置安裝拆卸簡(jiǎn)單，安裝時(shí)減少人員投入1人；維護(hù)起來(lái)方便省力，維護(hù)時(shí)減少人員投入1人；運(yùn)行時(shí)安全可靠，壓繩效率高，使用壽命長(zhǎng)，以全礦8條無(wú)極繩運(yùn)輸線路推算，每年節(jié)約人員投工費(fèi)用約10萬(wàn)元。

5.結(jié)論

無(wú)極繩新型輔繩壓繩裝置，安裝拆卸簡(jiǎn)單，維護(hù)起來(lái)方便省力，運(yùn)行時(shí)安全可靠，壓繩效率高，使用壽命長(zhǎng)，解決了傳統(tǒng)壓繩輪組的壓繩效率低、配件易損壞、人員維護(hù)量大、設(shè)備費(fèi)用高等難題，是煤礦無(wú)極繩輔繩壓繩的理想設(shè)備。無(wú)極繩輔繩壓繩裝置在屯蘭礦已得到廣泛應(yīng)用，對(duì)于集團(tuán)公司其他軌道運(yùn)輸?shù)V井具有較強(qiáng)的推廣性。