具備遠(yuǎn)程控制功能的絞車(chē)結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王億文

（陽(yáng)煤集團(tuán)壽陽(yáng)景福煤業(yè)有限公司，山西 壽陽(yáng) 045400）

引言

煤礦運(yùn)輸為煤礦生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)，運(yùn)輸效率和安全性直接決定整個(gè)煤礦的生產(chǎn)能力。煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)可分為主要運(yùn)輸系統(tǒng)和輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，礦用絞車(chē)為煤礦輔助軌道運(yùn)輸?shù)臓恳O(shè)備，其主要對(duì)物料、人員、綜采設(shè)備等進(jìn)行運(yùn)輸、搬運(yùn)等。傳統(tǒng)運(yùn)輸絞車(chē)以電機(jī)驅(qū)動(dòng)為主，并配置機(jī)械差動(dòng)方式進(jìn)行調(diào)速，該種調(diào)速系統(tǒng)安全性低、調(diào)速性能差[1]。因此，本文將基于傳統(tǒng)具備遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的絞車(chē)設(shè)計(jì)一款電機(jī)與液壓聯(lián)合的驅(qū)動(dòng)方式，從而達(dá)到提高輔助運(yùn)輸效率和安全性的目的。

1 礦用絞車(chē)總體驅(qū)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)

本文所研究礦用絞車(chē)的主要應(yīng)用場(chǎng)所為傾角小于30°的巷道工作面，該礦用絞車(chē)主要是對(duì)物料和綜采設(shè)備進(jìn)行調(diào)運(yùn)，整個(gè)工作面的長(zhǎng)度為420 m，工作面傾角為22°。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為礦用絞車(chē)的動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能直接決定整個(gè)絞車(chē)的運(yùn)輸效率和安全性[2]。因此，為保證礦用絞車(chē)滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)的需求，礦用絞車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足如下要求：

1）要求礦用絞車(chē)在變負(fù)載工作狀態(tài)下能夠?qū)φ麢C(jī)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制；

2）要求礦用絞車(chē)驅(qū)動(dòng)力矩可滿(mǎn)足無(wú)級(jí)調(diào)速的功能，尤其是滿(mǎn)足低速重載的運(yùn)輸特性。

3）要求礦用絞車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)鋼絲繩的自動(dòng)均勻排布；

4）要求礦用絞車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)適應(yīng)綜采工作面惡劣的生產(chǎn)工況，尤其是在結(jié)構(gòu)和重量等方面要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕。

在綜合調(diào)研的基礎(chǔ)上，礦用絞車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可采用的驅(qū)動(dòng)方式包括有機(jī)械式、電機(jī)式、氣壓式和液壓式等。對(duì)于以電機(jī)為主的驅(qū)動(dòng)方式而言，該種驅(qū)動(dòng)方式結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)方便且占據(jù)空間較?。粚?duì)于以液壓馬達(dá)為主的驅(qū)動(dòng)方式而言，該種驅(qū)動(dòng)方式具有較寬的調(diào)速范圍、液壓元器件壽命高、結(jié)構(gòu)更加緊湊、空間和質(zhì)量更小等優(yōu)勢(shì)；對(duì)于以電機(jī)-液壓馬達(dá)聯(lián)合的驅(qū)動(dòng)方式而言，該種驅(qū)動(dòng)方式較電機(jī)、液壓驅(qū)動(dòng)方式具有更高的安全系數(shù)、調(diào)速更加平穩(wěn)、零部件的壽命更高、功率適應(yīng)范圍更廣[3]。因此，本文將采用電機(jī)與馬達(dá)聯(lián)合的驅(qū)動(dòng)方式對(duì)礦用絞車(chē)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。電機(jī)-液壓馬達(dá)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如圖1 所示。本文將重點(diǎn)對(duì)礦用絞車(chē)電機(jī)-馬達(dá)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械和液壓結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖1 電機(jī)-馬達(dá)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)示意圖

2 絞車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合礦用絞車(chē)的實(shí)際工況，對(duì)詳細(xì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，為后續(xù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。礦用絞車(chē)的實(shí)際工況參數(shù)如表1 所示。

結(jié)合表1 參數(shù)，本節(jié)重點(diǎn)完成驅(qū)動(dòng)滾筒、行星齒輪等部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

表1 礦用絞車(chē)實(shí)際工況參數(shù)

2.1 驅(qū)動(dòng)滾筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)滾筒的主要尺寸包括公稱(chēng)直徑和滾筒的容繩寬度。其中，對(duì)于滾筒公稱(chēng)直徑而言，為了盡可能減少鋼絲繩的纏繞層數(shù)，降低滾筒的加工成本，結(jié)合煤礦絞車(chē)驅(qū)動(dòng)滾筒的常規(guī)尺寸，確定滾筒的公稱(chēng)直徑為580 mm，對(duì)應(yīng)的滾筒容繩寬度為600 mm。

結(jié)合礦用絞車(chē)的實(shí)際工況和所承受的載荷，重點(diǎn)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中鋼絲繩對(duì)滾筒的擠壓力和軸向推動(dòng)力進(jìn)行綜合考慮，綜合經(jīng)驗(yàn)，最終確定滾筒厚度為35 mm。

滾筒保護(hù)側(cè)板直徑的計(jì)算公式如式（1）所示：

式中：Dmax為鋼絲繩在滾筒上的最大纏繞直徑，取值為1 132 mm；d 為鋼絲繩的直徑，取值為24 mm。

經(jīng)計(jì)算可得，滾筒側(cè)板的直徑為1 252 mm，圓整為1 200 mm。

2.2 行星齒輪減速機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合礦用絞車(chē)的實(shí)際工況，要求驅(qū)動(dòng)滾筒輸出的轉(zhuǎn)速控制在0～31.28 r/min，且在最?lèi)毫庸r下對(duì)應(yīng)的輸出扭矩為35 728.2 N·m[4]。結(jié)合當(dāng)前市面上驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，本工程選用額定轉(zhuǎn)速為980 r/min 的電機(jī)。因此，要求行星齒輪減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比為980/31.28=31.327。

考慮到行星齒輪減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比、同心、裝配以及鄰接等條件，最終采用兩級(jí)行星減速機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)減速傳動(dòng)的功能，具體兩級(jí)行星減速機(jī)構(gòu)參數(shù)如表2 所示。

表2 兩級(jí)行星減速機(jī)構(gòu)參數(shù)

3 絞車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液壓系統(tǒng)包括有傳動(dòng)回路和制動(dòng)回路。傳動(dòng)回路主要實(shí)現(xiàn)絞車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的無(wú)級(jí)調(diào)速和換向功能；制動(dòng)回路主要實(shí)現(xiàn)礦用絞車(chē)在正?；蚓o急工況下的制動(dòng)功能[5-7]。絞車(chē)驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)原理如圖2 所示。

圖2 液壓系統(tǒng)原理圖

結(jié)合礦用絞車(chē)的實(shí)際工況，完成上述關(guān)鍵液壓元器件的選型。選型結(jié)果及關(guān)鍵參數(shù)如表3 所示。

表3 液壓系統(tǒng)元器件選型結(jié)果及參數(shù)

4 結(jié)語(yǔ)

煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)為保證正常生產(chǎn)的關(guān)鍵，對(duì)于礦用絞車(chē)而言，其作為煤礦輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的主要驅(qū)動(dòng)力，為輔助運(yùn)輸系統(tǒng)提供高效、安全的動(dòng)力尤為重要。本文針對(duì)傳統(tǒng)的以電機(jī)驅(qū)動(dòng)為主的絞車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，改進(jìn)為以電機(jī)+液壓驅(qū)動(dòng)為核心的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。從實(shí)踐表明，以電機(jī)+液壓驅(qū)動(dòng)為核心的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有高運(yùn)輸效率、高運(yùn)行安全性等優(yōu)勢(shì)，對(duì)于提升煤礦運(yùn)輸效率和安全性具有重要意義。