無極繩連續牽引車壓繩輪與拐彎輪的技術改造

林新元

（陽泉煤業集團翼城東溝煤業有限公司， 山西 臨汾 043500）

引言

無極繩牽引車運輸是一種符合我國煤炭開采國情的煤礦輔助運輸系統。這種運輸系統主要被運用于煤礦井下工作面順槽、煤礦回風巷、開采區上下山和井下集中軌道巷。現有的井下軌道系統，實現直達運輸，主要適用于一些距離較長、存在大傾角、變坡多和大噸位運輸的軌道運輸。該系統由設置在運輸巷道內的主動輪[1]，尾輪和繞過它們的鋼絲繩組成。在進行工作時，由電動機帶動主動輪轉到，利用摩擦力作為拉力驅使牽引繩移動。作為一種結構簡單、維護容易和適應性強的輔助運輸系統，它主要用于開采工作面設備、人員和材料的運輸，包括一些大型設備如井下液壓支架的整體運輸，井上調車和罐籠的運輸。

無極繩連續牽引車運輸系統取代了原來井下多部小絞車進行交替運輸的方式，實現了在井下工作人員、生產物料和煤礦設備的無轉載連續運輸，減少了操作人員，簡化了運輸環節，改善了井下空間，提高了運輸的安全可靠性。但是通過多年實踐表明，目前無極繩連續牽引車運輸系統還存在一些問題，如彎曲巷道的運輸和彈繩現象。

1 無極繩連續牽引車現狀的分析

目前，國內大部分的無極繩連續牽引車在井下的布置如下圖1 所示。在該牽引系統中壓繩輪組[2]包括主壓繩輪組和副壓繩輪組。拉緊彈簧負責壓緊主壓繩輪組的繩輪，但是在受到外力時拉緊彈簧會主動張開。副壓繩輪組是由安裝好的繩輪構成，位置固定不能改變。由布置圖中可以看出，當運輸系統在井下坡度比較大和轉彎比較多的情況下，牽引鋼絲繩在牽扯車啟動的瞬間會緊繃，在實際的生產作業中可能會發生彈出壓輪繩的現象（繩彈），這種狀態下緊繃的鋼絲繩會懸掛在巷道的頂端，離轉彎裝置很遠以至于會影響到主機設備的操作。

當井下地況復雜例如存在一些彎曲巷道時，無極繩牽引車運輸不能實現直接運輸，需要搭配接力運輸，布置一些人力和轉運設備。不僅造成了人員的浪費，在實際生產作業中頻繁的摘鉤搭鉤操作也存在很多的安全隱患。

無論是彈繩現象還是彎曲巷道的裝載運輸，無極繩連續牽引車運輸系統都有很大的提升空間，為了解決這個技術難題，在總結分析國內外相關系統和設備后，提出了以下無極繩連續牽引車壓繩輪、拐彎輪的技術改造。

圖1 無極繩連續牽引車布置圖

2 無極繩連續牽引車壓繩輪的技術改造

改造后的無極繩牽引車的壓繩輪包括托架、拉緊彈簧、轉軸和繩輪[2]，該裝置的主要目的是將工作中的鋼絲繩壓住并且提供導向作用。

對工作中的壓繩輪裝置進行受力分析，假設將其安裝在平緩沒有坡度變化的巷道內。該裝置受力結構圖如下頁圖2 所示，如圖所示將向上的鋼絲繩彈力設為F，該彈力作用線距離裝置的轉軸中心為D。彈簧1、2 的預緊力為F1，F2，它們的作用線距離轉軸中心為D1，D2在這里研究時忽略壓繩輪的自重，則作用于壓繩輪的總力矩M為：

圖2 壓繩輪裝置結構受力圖

從上式中可以看出：當M≥0 時，裝置的壓繩輪處于壓緊狀態，當M＜0 時，就會被分開，鋼絲繩彈出。

針對有一定坡度的巷道，對其進行受力分析：將壓繩角設置為α，井下巷道的坡度為β，這時繩輪上鋼絲繩產生向上的彈力：

當裝置處于靜止狀態時，T=鋼絲繩預緊力，當裝置開始工作時動態時，T=鋼絲繩牽引力。在井下巷道中，坡度β 越大，裝置的壓繩角α 越大，那么F隨之也就越大。由公式（3）可以看出，當裝置處于靜態時，由于預緊力T很小，所以一般不會發生繩彈現象，但當裝置開始工作，預緊力變為牽引力并且瞬間變大，彈力F也隨之變大。這時位于繩輪的鋼絲繩肯會直接推動輪緣，鋼絲繩也隨之彈出。

為了避免在啟動和運行時的繩彈現象，將現有壓輪繩的拉緊彈簧進行改造，設計為兩個并聯的完全一樣的彈簧，這時拉緊彈簧的拉力變為2 個并聯彈簧拉力的總和，即：

式中：用k來表示彈性系數，使用Δx來表示彈簧發生的形變。在公式（3）中的T等于公式（1）中的F1和公式（2）中的F2。根據公式（3），在壓繩裝置中可以根據系統牽引車在開始工作時產生的瞬時彈力數值和對應的彈性安全系數來布置比較適合的拉緊彈簧。

在井下現場布置壓繩裝置時，首先根據牽引系統的負載要求確定具體位置。當需求負載比較大[3]時將壓繩之間的距離縮小，負載小時增大壓繩裝置間的距離。采用分離式的壓繩裝置，當梭子和梭車通過之后將雙彈簧復位，目的是為了將梭子側的鋼絲繩壓住，保證梭子在之后可以正常通行。

3 無極繩連續牽引車拐彎輪的技術改造

為了實現牽引車在井下轉彎巷道中的連續運輸，保證在拐彎軌道中主副鋼絲繩的正確位置，在現有的轉彎裝置上安裝可以定位鋼絲繩位置的導向裝置[4]，防止鋼絲繩的游動，保證鋼絲繩可以準確進入牽引位置。同時沿巷道曲線的方向設置兩排的轉向輪組來確定鋼絲繩的位置，控制鋼絲繩的位置。為了防止牽引車受到側向拉力的影響，在裝置上設計組合結構來平衡牽引車受到的水平側向拉力。

根據上述的設計方案，優化后的牽引車拐彎輪系統包括內外護軌、壓繩裝置、高強度軌枕組件和兩排可滾動的轉向輪組。其中巷道護軌的作用是防止井下車輛在彎曲道路上發生斷車現象，一般采用槽鋼來起到加重道床作用。壓繩裝置在上文已進行討論，在拐彎輪裝置中根據現場需求，可以在前后端安裝2 到3 組。枕組組件與轉向輪組共同構成轉彎裝置，要注意的是在安裝時要注意強度，防止受到牽引力的影響。轉向輪組為該優化的主要組成部分，在將其固定在固定架上之后，目的是為了保證車輛的主繩可以在兩組轉向輪中工作，同時副繩則緊靠彎道轉外側的轉向輪運行。在進行井下運輸梭車通過彎道時，主繩被位于梭車前端的牽引板將從轉向輪強行移開，在完成通過后通過鋼絲繩的張力再自行恢復至轉向輪移動。

4 結語

通過對現有無極繩連續牽引車運輸系統中出現的問題進行分析，提出了在壓繩輪和拐彎論中的一些優化建議。壓繩輪的優化可解決在井下巷道中存在的繩彈現象，保證鋼絲繩平穩安全的運行，提高輪繩的使用壽命。優化后的轉彎輪結構簡單，在早期的安裝和后期的維修護理時也方便快捷，同時可解決在復雜多彎的巷道中需要接力運輸的問題，減少人力和其他設備的投入，提高了井下人員、物料的運輸效率，有良好的社會效益和經濟效益。