限載礦用雙速絞車的設(shè)計(jì)探析

蔣鑫

摘 要：在當(dāng)前的煤礦開采運(yùn)輸過程中，利用礦用的絞車是比較廣泛的一種設(shè)備，絞車的安全性也就會(huì)對(duì)整個(gè)煤礦的開采起到重要的作用。但是在當(dāng)前的礦用絞車的使用過程中，都是利用電機(jī)來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，也會(huì)存在許多隱患。比如調(diào)速的能力比較弱，在操作方面比較復(fù)雜，還存在著一定的安全問題等。針對(duì)這些問題，對(duì)現(xiàn)行的絞車進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，對(duì)限載礦用雙速絞車的設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的研究，希望能夠給以后的絞車設(shè)計(jì)提供幫助。

關(guān)鍵詞：限載礦用；雙速絞車；設(shè)計(jì)

1 礦用絞車的發(fā)展情況

1.1 標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展

當(dāng)前，許多國(guó)家都已經(jīng)對(duì)礦用絞車制定了一系列的標(biāo)準(zhǔn)。比如日本、美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)等，而且在這些國(guó)家中的制造公司都對(duì)自身生產(chǎn)的產(chǎn)品有著系列的型譜，對(duì)使用中的絞車在性能以及參數(shù)等方面都進(jìn)行了明確的規(guī)定，而且進(jìn)行了強(qiáng)力的推行，這也在進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造以及使用的過程中都提供了很大的便利。

1.2 結(jié)構(gòu)緊湊化發(fā)展

在煤礦的井下施工中，環(huán)境比較狹窄，這也就要求使用的絞車體積要比較小，重量也要比較輕。目前，各個(gè)國(guó)家都已經(jīng)開始對(duì)絞車的發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、滾筒以及底座等各個(gè)零部件都進(jìn)行了系統(tǒng)上的要求，確保在能夠達(dá)到使用目的的同時(shí)還應(yīng)該要提高結(jié)構(gòu)的緊湊度，保證外形的封閉。因此也出現(xiàn)了多種不同的改進(jìn)方式，有的是把傳動(dòng)的位置放置在滾筒的內(nèi)部，有的是在滾筒的頂端，有的是把電動(dòng)機(jī)放在滾筒的里面，還有的是把減速器和底座放在一起的。多種不同的方式都是為了讓絞車的結(jié)構(gòu)變得緊湊。

1.3 高效節(jié)能化

在世界上的一些比如日本、俄羅斯等發(fā)達(dá)國(guó)家，對(duì)絞車的設(shè)置參數(shù)都進(jìn)行了一定的設(shè)計(jì)優(yōu)化，盡可能的選用最佳的參數(shù)以此來提高產(chǎn)品的性能。在設(shè)計(jì)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方面，可以利用先進(jìn)的傳動(dòng)形式，并且利用更合理的制造精度來提高生產(chǎn)效率。而在對(duì)產(chǎn)品的節(jié)能方面，各國(guó)也都非常的重視，比如俄羅斯，在進(jìn)行絞車的節(jié)能方面中，在對(duì)絞車的實(shí)際工作情況進(jìn)行了分析之后，來進(jìn)行電動(dòng)機(jī)功率的確定，讓電動(dòng)機(jī)在保證完成絞車的功能，又能夠讓電動(dòng)機(jī)的功率得到更好的利用。

2 絞車運(yùn)行中存在的隱患

在進(jìn)行煤炭開采的過程中，絞車的使用情況非常的多，也是不可或缺的一個(gè)設(shè)備。所以其使用性能將會(huì)直接的影響到煤礦資源的開采效率，其安全性以及可靠性更是對(duì)整個(gè)開采情況有一定的影響。針對(duì)當(dāng)前的絞車使用狀態(tài)來看，存在著一定的安全隱患。

2.1 調(diào)速性能比較差

在傳統(tǒng)的絞車使用過程中，調(diào)速的情況實(shí)現(xiàn)的并不是很好，而當(dāng)進(jìn)行負(fù)載啟動(dòng)的時(shí)候，更是不能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動(dòng)。絞車在提升起重物的時(shí)候，不能夠更快的來降低絞車的速度，這對(duì)絞車的制動(dòng)來說也非常不利。當(dāng)前，一般是利用提前來進(jìn)行制動(dòng)閥的操作來進(jìn)行，能夠強(qiáng)迫性的降低絞車的運(yùn)行速度。但是這種解決方式對(duì)制動(dòng)閥皮會(huì)造成嚴(yán)重的磨損，而這種控制制動(dòng)的手段還是存在一定的安全隱患，易造成安全事故。

2.2 斷繩傷人情況

出現(xiàn)斷繩傷人的情況主要有兩種，一是在絞車提起或者放下重物的時(shí)候，一旦絞車的速度比較快，操作人員進(jìn)行制動(dòng)的時(shí)候，會(huì)因?yàn)閼T性而發(fā)生斷繩的情況。而另一種則是在絞車的運(yùn)行中，負(fù)載過大的時(shí)候，也會(huì)讓鋼絲出現(xiàn)斷裂的情況。這些都是容易傷及到施工人員，發(fā)生安全事故。

3 絞車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)過程中，有的問題會(huì)有許多種不同的解決方式，在進(jìn)行常規(guī)的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候不能夠得到許多的方案，也不能夠?qū)Χ喾N方案進(jìn)行分析，也就不能夠得到最適合的方案。當(dāng)前的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中，主要的作用就是從許多的備選方案中得到更加優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。而對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化的主要內(nèi)容就是數(shù)學(xué)，利用對(duì)計(jì)算手段的簡(jiǎn)化，利用計(jì)算機(jī)等來進(jìn)行計(jì)算。首先就是要將設(shè)計(jì)方面的問題來進(jìn)行數(shù)學(xué)語言的描述，組成表達(dá)式之后進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，這些數(shù)學(xué)表達(dá)式就是模型。然后再?gòu)闹羞x擇出最合適的計(jì)算方案，利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行計(jì)算進(jìn)而得到數(shù)學(xué)參數(shù)。在進(jìn)行絞車的卷筒設(shè)計(jì)的時(shí)候，首先就應(yīng)該要能夠達(dá)到相關(guān)的存儲(chǔ)空間以及負(fù)載能力，對(duì)與其他的進(jìn)行配合的設(shè)備之間也要進(jìn)行綜合考慮，確定卷筒的相關(guān)參數(shù)。

限載礦用雙速絞車采用兩級(jí)內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)和一級(jí)行星輪傳動(dòng)。Z1/Z2和Z3/Z4為兩級(jí)內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)，Z5、Z6、Z7組成行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（如圖1）。在電動(dòng)機(jī)軸頭上安裝著齒輪Z1，通過內(nèi)齒圈Z2、齒輪Z3和內(nèi)齒圈Z4，把運(yùn)動(dòng)傳遞到齒輪Z5上，齒輪Z5是行星輪系的或稱太陽輪，接著帶動(dòng)兩個(gè)行星齒輪Z6，再傳遞到大內(nèi)齒輪Z7。兩個(gè)行星齒輪自由地安裝在2根與帶動(dòng)固定連接的軸上，大內(nèi)齒輪Z7齒圈外部安裝有工作閘，用于控制絞車滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)。如將大內(nèi)齒輪Z7上的工作閘（右）閘住，將滾筒上的制動(dòng)閘（左）松開，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)由兩級(jí)內(nèi)嚙合輪傳遞到齒輪Z5、Z6和Z7。但因Z7被閘住，不能發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，故齒輪Z6只能一方面繞自己的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，另一方面還要繞齒輪Z5的軸線公轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)與其相連接的帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)Z6的運(yùn)行方式類似于太陽系中的行星，所以齒輪Z6稱行星齒輪，其傳動(dòng)方式為行星傳動(dòng)。相反，如將大內(nèi)齒輪Z7上的工作閘（右）松開，將滾筒上的制動(dòng)閘（左）閘住，因?yàn)閆6與滾筒直接連接，只自轉(zhuǎn)，無公轉(zhuǎn)，由Z1至Z7的傳動(dòng)系統(tǒng)變成定軸輪系，大內(nèi)齒輪Z7做空轉(zhuǎn)。交替松開、閘住工作閘或制動(dòng)閘，便可實(shí)現(xiàn)絞車在不停電動(dòng)機(jī)的情況下運(yùn)行和停車。當(dāng)需作反向提升時(shí)，須重新按動(dòng)啟動(dòng)按鈕，使電機(jī)反轉(zhuǎn)。同時(shí)，調(diào)節(jié)絞車起升和下放速度或停止，兩個(gè)剎車裝置可交替剎緊或松開。

為了達(dá)到較好的均載效果，在設(shè)計(jì)中的均載機(jī)構(gòu)采用無多余約束的浮動(dòng)，也即在行星輪之中安裝一個(gè)球面調(diào)心軸承，高速級(jí)行星架無支承并與低速級(jí)太陽輪固定聯(lián)接。此方法的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)構(gòu)中沒有多余約束，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，浮動(dòng)效果良好，齒長(zhǎng)方向的載荷均勻分布。由于行星輪內(nèi)只安裝一個(gè)軸承，當(dāng)傳動(dòng)比較小時(shí)，軸承尺寸較小，壽命更長(zhǎng)。設(shè)計(jì)中同時(shí)采用了適當(dāng)?shù)淖兾积X輪。在漸開線行星齒輪傳動(dòng)中，可以獲得以下效果：獲得較準(zhǔn)確的傳動(dòng)比；提高嚙合傳動(dòng)質(zhì)量和承載能力；在保證傳動(dòng)比的前提下得到理想的中心距，在保證裝配和同心等的條件下，使齒數(shù)的選擇有比較大的靈活性。

4 結(jié)束語

在進(jìn)行煤炭資源的開采過程中，礦產(chǎn)資源開發(fā)中使用的絞車是對(duì)煤炭資源進(jìn)行運(yùn)輸以及牽引的重要手段之一，絞車在使用方式上主要有調(diào)度使用、運(yùn)輸適用、回柱使用等。對(duì)當(dāng)前的礦產(chǎn)使用中的絞車進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其有著許多不確定的問題，包括啟動(dòng)的沖擊比較大、操作比較困難、負(fù)載能力不確定等。根據(jù)當(dāng)前絞車在使用的過程中存在的傳動(dòng)的形式，設(shè)計(jì)出更適合當(dāng)前煤炭開采的雙速絞車是非常有必要的。

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