礦用運輸絞車自動排繩裝置的設計與研究

2018-11-01 05:45:00趙俊波

山東煤炭科技 2018年10期

趙俊波

（潞安集團司馬煤業有限公司，山西長治 047105）

礦用運輸絞車是井下主要運輸設備，絞車鋼絲繩排繩混亂，堆繩、咬繩時常發生，使得絞車沖擊大，對鋼絲繩產生塑性形變，容易發生斷繩事故。本文針對司馬煤礦1211工作面采用的SDJ-20絞車，對鋼絲繩運動狀態進行了分析，設計了絞車電磁離合式自動排繩裝置，對其工作原理和組件選型進行了分析，實現礦用絞車鋼絲繩的自動排列。

1 滾筒鋼絲繩自動排繩分析

1.1 鋼絲繩螺旋運動

鋼絲繩繞滾筒運行過程中，滾筒寬度有限，使得鋼絲繩需要在滾筒纏繞多層，采用螺旋運動方式纏繞可使其均勻排列，這種排列方式要求鋼絲繩纏繞方向與滾筒存在一定角度，此傾角對于鋼絲繩排列情況影響較大。

1.2 滾筒鋼絲繩運動分析

根據絞車軌跡，滾筒上鋼絲繩為螺旋線形狀軌跡，將一段滾筒鋼絲繩展開后獲得螺旋三角形如圖1所示。鋼絲繩運行過程中軸向分量和徑向分量符合此三角形規律。鋼絲繩徑向分量應超過層摩擦張力、驅動力和彎曲力總和。鋼絲繩工作時入繩角度會不穩定，只有符合三角形規律時合力垂直母線，才能避免擠壓、堆繩情況的發生。所以可人工對鋼絲繩施加力矩，使鋼絲繩滿足三角形規律，每纏繞一圈后排繩裝置軸向平移一定距離維持排列的均勻程度。

圖1 鋼絲繩展開的螺旋線三角形

鋼絲繩運動過程中螺旋升角可通過公式計算，速度和張緊力滿足三角形規則，表達式如下：

式中：

d-鋼絲繩直徑；

Dn-滾筒纏繞半徑；

Vr-鋼絲繩速度徑向分量；

VL-鋼絲繩速度軸向分量；

Fr-鋼絲繩受張力的徑向分量；

FL-鋼絲繩受張力的軸向分量。

2 自動排繩設計

機械式排繩裝置是利用專用機構使鋼絲繩每繞一圈橫移一步，排滿后反向橫移。常用機械式排繩包括凸輪、絲杠和液壓排繩機構。凸輪排繩機構通過凸輪帶動夾繩裝置往復運動，其成本較低，但磨損精度不容易控制，使得排繩效果降低；絲杠排繩機構利用雙向絲杠實現排繩，排繩效果好，但對組件加工精度要求高；液壓排繩機構是控制比例閥開度來實現鋼絲繩排列，系統體積大，應用不便。三種傳統排繩裝置結構示意圖如圖2所示。

基于傳統排繩機構的缺點，本文提出了新型電磁離合器式排繩機構，綜合機械電氣等優點實現平穩排繩控制。將夾繩機構與鋼絲繩卷筒水平，鋼絲經過夾繩機構后纏入滾筒，拉緊了鋼絲繩從而減小了鋼絲繩上摩損。通過控制齒輪機構傳動比來保證鋼絲繩橫移距離，電磁離合器用于控制左右換向。

2.1 自動排繩原理

此自動排繩裝置組件包括夾繩器、絲杠、導軌、電磁離合器和減速器等，其工作原理如圖3所示。夾繩裝置裝在絲杠上，轉動絲杠依靠電磁離合器連接減速齒輪，進而實現與滾筒齒輪的連接，絲杠兩端設計限位開關。滾筒轉動后，齒輪負責傳遞轉矩，左右電磁離合器負責接通給絲杠，假如左側離合器結合右側分離，那么左側轉矩傳給絲杠使絲杠轉動，夾繩機構向右水平移動，到達右側后限位開關結合右側離合器并分離左側離合器，實現夾繩裝置的反向平移。

夾緊裝置的水平換向是依靠電磁離合器得、失電實現，換向原理如圖4所示。限位開關4被按下，K2觸點閉合，使得電磁離合器5結合，螺桿連接齒輪轉矩，排繩滑輪右移，到達右端后觸發限位板3，使換向導桿2向右移動，限位開關K1觸點結合，4開關被抽出，K2分離，斷開電磁離合器5，接通電磁離合器9，螺桿實現反轉，使排繩裝置返回左端，由此完成了換向。