LGS型罐道繩連續拉緊裝置的設計計算

于瑞華

（赤峰中色鋅業有限公司，內蒙 赤峰 024000）

1 罐道繩拉緊裝置現狀

罐道繩拉緊裝置主要有四種型式：螺旋拉緊式、彈簧拉緊式、重錘拉緊式和液壓螺桿拉緊式.

螺旋拉緊式是將罐道繩底部固定，在井架上安裝螺旋套環拉緊裝置，采用螺桿來調整和保持罐道繩的張力，由于螺桿長度受到限制，所以只適用于井深較淺的礦井，而且受摩擦阻力的影響較大，拉緊力難于測定，調繩困難，目前此種方式已被淘汰.

彈簧拉緊式與上述螺旋拉緊式基本相同，只是在下部安裝了螺旋彈簧，根據彈簧高度的變化檢驗拉緊力的大小，此種方式也只適用于較淺的井筒，且張力大小不容易判斷，目前也不采用.

重錘拉緊式是將罐道繩上部固定，在井下采用重錘拉緊，優點是結構簡單，易于制造和安裝，通過調整重錘塊的數量即可達到所需的拉緊力穩，但也存在許多弊端，除需要大量的鑄鐵和要開鑿較深的井底水窩外，尚需裝備多層金屬結構，增加了安裝時間和勞動強度，維修.檢查觀察困難.而且隨著雜物在水窩里的堆積，容易將重錘拉緊裝置淤起，降低繩端張緊力，減少了繩罐道的剛性系數，使罐道繩位移，給安全提升帶來嚴重的威脅.

液壓螺桿拉緊式是采用油缸內液壓油推動活塞以及帶螺紋的活塞桿推頂固繩裝置來張緊罐道繩，液壓油由于動油泵供給油缸，調整供油壓力即可得到所需的張緊力.這種罐道繩拉緊裝置張緊效果好，適用范圍廣，張緊力易于掌握，不需要很深的井底水窩且不需清理，加工這種裝置用料省，安裝也很方便，因此，多數礦井均采用此種張緊方式，但是，這種拉緊裝置的油缸為單作用油缸，活塞行程僅為500mm，為便于調繩，通常是在天輪下方以下2m處緊罐道繩.因此，勢必會加高井架高度，而且雙楔塊固繩器由于卡繩后難以通出，設節時間長，增加了勞動強度和勞動時間.

2 LGS型罐道繩連續拉緊裝置改進方向、應用前景及現實意義

2.1 改進方向

為解決上述問題，LGS型罐道繩連續拉緊裝置是一種結構簡單，布局合理、控制精確、操作方便的新型罐道繩連續拉緊裝置，此裝置采用上下雙卡繩器交替卡住罐道繩，通過油缸驅動上卡繩器上行和下放，實現對罐道繩的拉緊.此裝置可根據需要隨時調整罐道繩的張力，無需人工操作卡繩機構，直接操作液壓系統即可完成，無其他輔助設施，單人即可完成操作，可大大減輕勞動時間和工作的勞動強度，將工作效率提高數倍以上，使罐道繩的拉緊作業更安全，可靠、高效.

2.2 應用前景及現實意義

此裝置的應用前景十分廣泛，適用于任何立井罐道繩道井筒裝備.新建礦井可直接安裝使用，對于老礦井，無需改動井架結構，可方便的替代現有重錘拉緊或液壓螺桿拉緊裝置.應用此裝置對保證礦井安全生產，減少勞動時間和工人的勞動強度有著十分重要的現實意義和社會效益.

3 LGS型罐道繩連續拉緊裝置設計計算

3.1 自鎖上下卡繩器可靠性系數計算

在自鎖上下卡繩器的設計過程中，采用一種滾動摩擦楔形自鎖機構，在罐道繩與楔面摩擦力的作用下，推動楔子向下運動，使楔子圓弧面夾緊罐道繩.然后在罐道繩作用于楔子上力F2（F2即為罐道繩張力）作用下繼續拉動楔子向下移動.罐道繩與楔子的摩擦系數為μ2，只有當摩擦力μ2N2>F2時，卡繩器才能形成自鎖，楔子夾緊罐道繩后才會不產生相對滑動.如左上圖所示，楔子的自鎖條件有如下關系式：

根據力平衡方程∑X=0得：

根據力平衡方程∑Y=0得：

把式（3-2）（3-3）代入（3-4）式，得下式：

整理后得：

а必須滿足（3-5）式的條件才能自鎖

其中：а—楔子的斜角;

μ1—楔子與滾子之間的摩擦系數;

μ2—楔子與罐道繩之間的摩擦系數

取：μ1=0.02 μ2=0.2

根據（3-5）式則得：

所以，а=10°12″的楔子即可自鎖.考慮到摩擦系數的變動，為了更加安全可靠取а=6°.

卡繩可靠性系數是指罐道繩對于楔子的作用力F2同楔子與罐道強間摩擦阻力μ2N2之比.μ2N2若大于F2則楔子能自鎖.

由（3-4）式：

N1=F2/(μ1cosа+sinа)把 N1代入（3-3）式

得：N2=F2（cosа-μ1sinа）/（sinа+μ1cosа）

卡繩可靠性系數：K=μ2N2/F2=μ2（cosа-μ1sinа）/（sinа+μ1cosа） （3-6） 計算可知：

把以上各個值代入式（3-6）得：

即自鎖上下卡繩器可靠性系數為1.60.

3.2 井下卡繩裝置卡繩防滑計算

罐道繩的張力T由繩與滑楔之間的摩擦力來承擔.該摩擦力是由楔塊作用在繩上的壓力P產生的，開始安裝時應在外殼中壓緊楔塊，使楔塊在罐道繩上產生預壓力，楔塊由于與罐道繩間的摩擦力而移動，壓緊罐道繩.設楔塊的斜角為а，楔塊與外殼間的摩擦角為ρ,摩擦系數為μ1，則P可分解為兩個力：N力方向垂直于楔面，μ1N1力方向沿斜面.

抵抗罐道繩張力T的縱向力為：

楔塊壓緊罐道繩的力P為：

聯立（1）、（2）得：

要使罐道繩與楔塊間不會產生滑動，則罐道繩與楔塊間的摩擦系數μ2必須符合下列條件：

即 2μ2P≥2Ptan(а+ρ)

根據試驗，罐道繩與楔塊間的摩擦系數大于0.15，當楔塊斜角tanа=1/40=0.025時，

則 tan（1°25′56″+ρ）≤0.15

即 tanэ≤0.125

當以石墨油脂為潤滑劑時，楔塊與外殼件的摩擦系數μ1≈0.12小于此值，因此罐道繩與楔塊不會產生滑動.3.3 罐道繩拉緊力的計算

《煤礦安全規程》第388條做出以下規定：“罐道繩應優先選用密封罐道繩.每個提升容器（或平衡錘）設有4根罐道繩時，每根罐道繩的最小剛度系數不得小于500N/m,各罐道繩張緊力之差不得小于平均張緊力的5%，內側張緊力大，外側張緊力小.1個提升容器（或平衡錘）只有2根罐道繩時，每根罐道繩的最小剛度系數不得小于1000N/m，各根罐道繩的張力要相等.”

罐道繩拉緊力的大小將直接關系提升容器在運行中的擺動量.罐道繩拉緊力大擺動量就小，拉緊力小，擺動量就大，其拉緊力按下式計算：

式中：Q——罐道繩底端拉緊力Kgf

K——罐道繩剛性系數：一般取500N/m

L0——罐道繩極限懸垂長度m

L——罐道繩底懸垂長度m

δb——罐道鋼絲繩的抗拉強度Kgf/cm2

η——罐道鋼絲繩的安全系數

r——罐道繩的容重

4 罐道繩連續拉緊裝置的設計、制造、試驗

在研究國內外現狀的基礎上，對罐道繩拉緊力進行分析，依據其受力狀態及布置形式，即可以對罐道繩拉緊裝置的機械系統、液壓系統分別進行設計.

5 結論

經現場試驗表明，此裝置工作性能穩定，使用方便，維護量小，歸納起來主要有以下幾條：

（1）該裝置既具有重拉緊方式的優點，又具有液壓螺桿拉緊方式的優點，拉緊力穩定，日常維護量小.

（2）控制簡單，可根據需要隨時調整參數，控制精確，操作方便.

（3）機械設計新穎，結構合理，布局簡單，工作可靠，靈敏度高.

（4）可直接工作，無需輔助件，拉升高度不受影響.

〔1〕國家安全生產監督總局.煤礦安全規程[M].煤炭工業出版社,2011.

〔2〕洪曉華.礦井運輸提升[M].中國礦業大學,2005.

〔3〕王志勇,夏琴芬.煤礦專用設備設計計算[M].煤炭工業出版社,1983.

〔4〕唐大方,馮曉寧,楊現卿.機械設計工程學[M].中國礦業大學出版社,2001.