礦井無極繩絞車壓繩裝置的改進

楊繼周

摘 要：隨著科學技術的發展，無極繩絞車和相關配套設施不斷優化，技術水平得到了很大提高，但是，無極繩絞車當前仍需要解決彈繩、脫繩等問題。本文首先闡述了無極繩絞車壓繩裝置存在的問題，然后分析了無極繩絞車原壓繩裝置的受力情況，在此基礎上提出了解決壓繩裝置弊端的措施。研究表明，新型壓繩裝置有效減少了無極繩絞車彈繩等現象，提高了運輸效率和裝置的使用年限，值得在礦井推廣并應用。

關鍵詞：礦井;無極繩絞車;壓繩裝置;受力

中圖分類號：TD52文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）04-0094-03

Abstract： With the development of science and technology， the endless rope winch and related supporting facilities have been continuously improved， and the technical level has been greatly improved， however， the endless rope winch still needs to solve the problems of elastic rope and detachment. This paper first explained the problems existing in the rope pressing device of the endless rope winch， and then analyzed the force of the original rope pressing device of the endless rope winch， and on this basis， proposed measures to solve the disadvantages of the rope pressing device. Studies have shown that the new rope pressing device effectively reduces the phenomenon of rope winches and other phenomena， improves transportation efficiency and the service life of the device， and is worthy of popularization and application in mines.

Keywords： mine;endless rope winch;rope pressing device;stress

現階段，工作面產能持續提高，很多綜采裝置應運而生，其中，無極繩絞車在輔助礦井運輸方面起到重要作用[1-2]。眾所周知，礦井環境惡劣，作業條件具有很大的不確定性，雖然無極繩絞車的相關參數能夠滿足運輸要求，但在實際工作中受限于巷道沒有較大的豎曲線，運輸時，鋼絲繩張緊力較大，這樣就容易把鋼絲繩彈出，對工作人員的安全造成威脅。如果鋼絲繩被彈出很高，對頂板也會造成損壞，既增加了磨損程度，又加大了摩擦系數。如果壓繩輪轉軸失穩，也很容易致使壓繩輪彈出，進而引發風險。因此，對礦井無極繩絞車壓繩裝置進行改進成為當務之急。

1 無極繩絞車壓繩裝置存在的問題

無極繩絞車是一種輔助運輸系統，組成部分較多，主要有絞車、張緊裝置、平拖輪組、主副壓繩輪組和牽引鋼絲繩等[3-5]。主壓繩輪借助拉緊彈簧壓緊，受到外力作用，彈簧會松開，使得主壓繩輪組繩輪張開，副壓繩輪組則不同，其在安裝完后是固定的。研究發現，無極繩絞車運輸時，壓繩裝置會出現彈繩和脫繩兩種情況。彈繩是因為無極繩絞車在運輸期間遇到巷道坡度變化大或者巷道有拐彎的情況，此時，鋼絲繩會從主壓繩輪組的繩輪彈出[6]。脫繩是指無極繩絞車運輸時，固定繩輪的螺母松動掉落，使得繩輪從固定架上滑下來。繩輪結構實際使用時，若使用環境較為復雜，則整個設備的運行效率和質量會受到較大的影響，特別是在車道彎路有較大的起伏時，鋼絲繩是整個牽引車的主要動力來源，在這種模式下，鋼絲繩在轉彎時的行走難度較大。傳統煤礦綜采過程中，工作人員會在洼點設置壓繩輪，但這種方法已經無法滿足煤礦行業發展的需求，因此在新型設備的優化和改裝過程中，要注意洼點設置的角度，避免彈繩造成的人員損傷。另外，牽引車經過壓繩輪設備時容易受到阻滯，嚴重時甚至會發生飛車事故，導致物料受損。筆者結合工作實踐，對彈繩和脫繩問題進行研究，旨在提高生產效率和保障生產安全。

2 無極繩絞車原壓繩裝置受力情況

原來的壓繩裝置由四部分構成。一是彈簧，主要作用是復位壓輪。二是機架，主要用于保障連接整體的強度。三是壓輪，其和鋼絲繩接觸，主要用來壓繩和導向，使鋼絲繩摩擦力降低。四是輪軸，主要用以鉸接。這里主要分析無極繩絞車壓繩裝置在兩種情況下的受力，第一種是相同坡度的巷道，第二種是坡度變化較大的巷道。

2.1 原壓繩裝置在坡度相同巷道中運輸的受力情況

如果巷道的坡度相同，則該裝置安裝不受相應彈力的影響，而且對鋼絲繩產生導向功能，降低其摩擦力。此時，彈簧受到的平推力不大，能夠及時復位。原壓繩裝置受力分析如圖1所示，其中，[F]代表鋼絲繩受力，[L]代表力臂長度，壓繩輪之間的力矩為[M1=F1L1]，[M2=F2L2]，[M=FL-M1=FL-F1L1]或者[M=FL-M2=FL-F2L2]。

2.2 原壓繩裝置在坡度變化較大巷道中運輸的受力情況

假設[α]代表巷道起伏坡度，[β]代表壓繩偏角，[T]代表鋼絲繩張緊力，則鋼絲繩受力[F]=[T]sin[β]。巷道起伏坡度[α]與壓繩偏角[β]成正比，[α]數值越大，則sin[β]、壓繩偏角[β]就越大;反之，[α]數值越小，則sin[β]、壓繩偏角[β]就越小。如果物料運輸車質量較大，張緊力也大，[F]值也相對偏大，當物料運輸車和巷道起伏坡度相同時，鋼絲繩就會彈出。

3 無極繩絞車新型壓繩裝置原理

研究人員通過對原有無極繩絞車裝置構造進行分析，研究出新型的壓繩裝置，主要改進之處是改變壓繩輪的壓繩方向，使其由之前的斜彈改為現在的平推。新型壓繩裝置的原理是，把壓輪下方的轉軸替換成兩組跑道輪，通過滾動軸承加兩側輪的方式降低裝置運行時的摩擦系數，確保不會掉道?？梢允褂每ㄆ瑢嗇S對進行固定，保證壓繩穩定運行，以免發生故障。通過彈簧實現及時還原，確保鋼絲繩不彈出，使其產生的外向力轉為向右的平推力。這時，向上的彈力受到約束，如果無極繩絞車運行，那么主壓繩輪就會被撞開，不僅如此，還會向兩側平推，借助后彈簧片進行還原，保證鋼絲繩不被彈出。

4 無極繩絞車新型壓繩裝置受力情況

無極繩絞車新型壓繩裝置的受力情況如圖2所示，其中，[F]代表鋼絲繩受力，[T]代表平推力，[L]代表力臂長度，壓繩輪之間的力矩[M=TL]。因為受到兩組跑道輪的影響，壓輪轉動不會發生偏轉，這樣就不會出現鋼絲繩彈出現象。

5 避免壓繩裝置出現彈繩和脫繩的措施

5.1 降低巷道坡度的起伏程度

要合理降低巷道坡度的起伏程度，即增加巷道豎曲線的半徑。首先，受煤層和斷層傾角的影響，掘進操作面工作時不能出現在同一個坡度，所以巷道起伏變化會很大。需要注意的是，一定要聯系實際情況，最大限度地降低巷道的坡度起伏程度，增加設備和設施的安全系數。其次，最大限度地增大巷道豎曲線半徑，根據相關要求，無極繩絞車運輸時的豎曲線半徑不得低于20 m，但實際運行中，牽引車的質量較大，因此其豎曲線半徑也應該實現最大化，使得相應的風險和壓繩裝置的數量降低。

5.2 采用重型壓繩輪

使用重型壓繩輪時，既要改進壓繩輪，又要應用強度比較大的彈簧和機架，組成三組壓繩輪。梭車經過第一組壓繩輪時，梭子把彈簧打開，此時，第二組壓繩輪和第三組壓繩輪處于關閉狀態，同理，經過第二組壓繩輪時，第一組壓繩輪和第三組壓繩輪處于關閉狀態，而在經過第三組壓繩輪時，第一組壓繩輪和第二組壓繩輪處于關閉狀態，這樣可以確保鋼絲繩一直處于一組壓繩輪里，并且這三組壓繩輪通過同一個機架形成一個整體，強度就會更高，其不容易產生變形，防止鋼絲繩出現脫繩現象。

5.3 增加壓繩輪組數量

如果僅采用一組壓繩輪，其力量相對較弱，當坡度較大或者重車運輸時，壓繩難度加大，鋼絲繩容易彈出。鑒于此，要在底彎段增加多組壓繩設備，避免鋼絲繩出現脫繩現象。

5.4 適當增加拉緊彈簧的數量

將無極繩絞車壓繩輪的拉緊彈簧作為根本，另一個拉緊彈簧采用并聯形式，加入原有裝置，此時，根據累加原則，系統可產生的拉力是原拉力的兩倍。在選擇彈簧時，技術人員應當結合系統啟動時鋼絲繩可以產生的牽引力，并全面考量系統設置的安全系數，從而確定科學的彈簧彈性系數，并將其作為標準，科學選定合適的彈簧。同時，技術人員可以優化壓繩裝置位置，以取得更好的效果。不同的絞車位置均需要安裝壓繩裝置，各個位置受力的情況也有較大的差異。所以，在進行具體的位置布置時，要從實際情況出發，綜合進行考量。若某個位置整體的荷載較大，技術人員則可通過增加壓繩裝置的方式來改善這種情況。同時，技術人員也可以通過縮小兩者之間距離的方式，對這種情況進行針對性的改善。相反，若某個位置整體的荷載較小或者沒有荷載，技術人員就不需要在這個位置安裝壓繩裝置，可以適當增加裝置與裝置之間的距離來應對這種情況。

5.5 將擋銷插入設備中

在設備運行時，壓繩裝置下端容易出現螺母松動的問題，進而導致繩輪產生松動。為了更好地避免這種情況，在實際操作時，人們通常將擋銷插入設備中，有效防止螺母松動，如圖3所示。

5.6 改進輪繩結構

輪繩結構在長期使用中表現出部分缺陷，人們可以對其進行針對性的優化。在具體實施時，可以將鐵道底邊、固定板及壓繩輪全部有效固定，改善固定點、壓繩輪的具體運行情況，確保鋼絲繩使用時徑向受力且其他方向不受力，降低其他應力對其運行過程的影響，該種改進方式可以取得較好的效果。改裝后，裝置的壓力點有較大的不同，可有效地防止彈繩問題。同時，若使用過程中出現部件損壞的情況，技術人員更換較為便捷。在使用的過程中，人們可以根據實際作業的需要，對彈簧強度進行調整。此外，裝置改進后，受坡度的影響非常小，其可以進行自由安裝，特別是對于壓繩輪系的各種類型來說，其尺寸與強度可以根據實際需要進行調整。

6 結語

煤礦井下輔助運輸離不開無極繩絞車裝置，其具有連續運輸的優勢，而且安全性較高。本研究通過改進原壓繩裝置，把斜推力轉變為平推力，增大了安全系數，避免了鋼絲繩彈出和車輛脫軌，極大地提高了運輸效率，尤其是在起伏較大的巷道中，無極繩絞車運輸更加高效，為煤礦健康持續發展奠定了基礎。

參考文獻：

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