探析平面轉彎機構在煤礦架空乘人裝置中的設計

摘要：平面轉彎機構是煤礦架空乘人裝置中非常關鍵的部分，其設計理念和設計方法在國外已經(jīng)比較成熟，但是國內關于這方面的介紹還不是很多，文章圍繞某平面轉彎機構對其進行探討，該裝置已經(jīng)應用于很多煤礦中，經(jīng)過事實證明效果良好。

關鍵詞：平面轉彎；煤礦；架空乘人；設計

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2014）21-0017-01

如何在復雜的礦下巷道中不摘掉椅子而直接順利的通過彎道，一直是個技術難題，如果能夠破解這個技術難題，將有助于減輕井下工人的勞動強度，并且能夠節(jié)約設備的運行成本，因此必須要研究如何恰當?shù)脑O計出平面轉彎機構。本文將圍繞這個問題進行技術上的探討。

1平面轉彎機構的設計思路來源及設計方法

零速度上下車裝置。在設計平面轉彎機構時，可以通過參考零速度上下車裝置，零速度上下車裝置的導軌比較特殊，導軌的兩個導軌面成一定的角度傾斜，為了使鋼絲繩能夠在導軌面上穿過，在導軌面的底部進行了開槽處理，當鋼絲穿過以后，調節(jié)導軌與鋼絲繩之間的傾斜角度，使其與鋼絲成一定的夾角。其工作過程是：在架空乘人裝置不停車的狀態(tài)下將抱索器放在導軌上，松開開關閘以后，抱索器會自動的滑落到鋼絲繩上面，依靠摩擦力與鋼絲繩一起運動。從上面的介紹可以看出，在整個運行過程中，抱索器的設計是整個設備的關鍵部分。抱索器的兩對滾輪是對稱的，并且在頂部裝有橡膠墊子，當抱索器滑落到鋼絲繩上時，橡膠墊子就會與鋼絲繩接觸，由于重力的原因，鋼絲繩與橡膠墊子之間會存在比較大的摩擦力，在這種情況下，鋼絲繩運動就會帶動抱索器一起運動；當抱索器位于導軌上的時候，則抱索器與軌道之間的接觸運動就靠兩側的輪子來完成，抱索器的輪子在軌道上運動。其具體運動過程為：抱索器與吊椅連接，首先將抱索器放到導軌上，然后要下井的人員坐在吊椅上，由于導軌處于一個傾斜的角度，松開控制閘以后，由于人的重力作用，克服抱索器輪子與導軌之間的摩擦力，向下滑，當滑到鋼絲繩上面的時候，由于橡皮墊，與鋼絲繩之間產(chǎn)生摩擦力，當摩擦力增大到了一定程度后，鋼絲繩運動時就能帶動抱索器一起運動從而帶動吊椅一起運動，當運動到終點以后，進入下車裝置的導軌。

2平面轉彎裝置的設計

根據(jù)上文對零速度上下車裝置比較詳細的分析介紹，依據(jù)它的設計理念，結合礦井的實際情況，可以對煤礦架空乘人裝置的平面轉彎裝置進行設計。從整體的安全性考慮，空架乘人裝置的上車段導軌和下車段的導軌應該是直線狀態(tài)，以便于減小上車下車的沖擊，使設備的整體平穩(wěn)性很好，并且在導軌上開槽，方便鋼絲繩的順利穿過，中間的導軌則應該根據(jù)煤礦內巷道的具體情況匹配相應的角度及方向，最后將上下車的導軌和中間的導軌通過合適的方法連接成為一個整體。依據(jù)具體情況具體分析、取長補短的原則，架空乘人裝置的上下車部分模仿了零速度上下車裝置的設計，但是中間部分卻不能完全模仿，因為兩種裝置在這個階段面臨的實際工作情況不相同，礦井的環(huán)境更加復雜、惡劣。平面轉彎裝置的導軌在進行安裝的時候，必須要與鋼絲繩分離開，不能接觸，并且鋼絲繩的高度要高于導軌的兩端，但是在導軌的中間階段，導軌又必須高于鋼絲繩，只有這樣才能保證抱索器既可以順利的使鋼絲繩滑落到導軌的軌道中，又可以方便地從導軌滑到鋼絲繩。為了達到這個設計要求，必須要從兩個角度進行考慮：①在設計時必須根據(jù)導軌段的實際長度將導軌進行傾斜設計，并且要盡量保證傾斜的方向與運行方向之間的一致性；②為了達到上面所要求的在不同階段鋼絲繩高度與導軌高度之間的關系，可以采取這樣的方式，在導軌的前端使用托輪將鋼絲繩托起來，在導軌的中端用托輪將它壓下去，在轉彎處使用抗繩輪，最終達到繩軌分離。抱索器帶坐著吊椅上的工作人員運行到需要轉彎的地方時，抱索器從鋼絲繩進入導軌，依靠輪子滑動前進，完成后從導軌進入鋼絲繩，依靠摩擦力，與繩子一起運動。抱索器是一個重要的部件，因此很有必要對它在轉彎時候的受力情況進行分析。

3抱索器在轉彎時的運動分析

抱索器處于彎道時，其簡圖如圖1所示。

從上面的簡圖可以看出，滑輪分別受到了離心力、摩擦力、重力、支承反力等的作用，受力情況比較復雜。當抱索器在導軌上運動時，它沿切線的運動速度與鋼絲繩給它的運行初速、滾輪與軌道之間的摩擦力大小、導軌的傾斜程度等息息相關。從圖中可以看出，根據(jù)對抱索器在轉彎時的運動分析情況來看，摩擦力、重力、支承反力都屬于客觀受力，因此有必要對抱索器在軌道上拐彎的時候收到的離心力進行分析，根據(jù)離心力的計算公式（離心力的計算公式為：質量×速度的平方/運動半徑），以及由于兩條軌道存在一定的距離，可知抱索器在轉彎處運動時兩個軌道上所受到的離心力是不相同的，但是離心力的大小與抱索器拐彎運動的穩(wěn)定性息息相關，若沒有在設計轉彎機構時考慮到離心力，則有可能造成抱索器脫軌的危險，造成人身或者經(jīng)濟方面的損失。由公式可知，離心力與物體的質量大小、速度大小的平方成正比，與轉彎的半徑成反比，從理論的角度上來說，要想實現(xiàn)抱索器的運動平穩(wěn)性和安全性，可以通過調節(jié)這幾個參數(shù)來對離心力進行調節(jié)。由于抱索器在軌道的滾動速度在設計上要求與索道的速度保持一致（若是不一致，當從軌道進入索道的時候，可能會由于慣性力的存在造成事故），所以在進行設計的時候要盡量促使轉彎半徑大一些，另外，在設計時必須要注意關鍵元器件的壽命，例如滾輪等，盡量避免事故的發(fā)生。

4結語

本文首先敘述了煤礦架空乘人裝置的特點和意義，從而引出了平面轉彎結構這一關鍵部分設計，介紹了零速度上下車裝置的定義、特點等，在后面的平面轉彎機構中引用了設計理念，介紹了抱索器在轉彎階段的受力情況，以期能對相關的技術人員有一定的借鑒作用。

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