基于CAXA 3D 的新型插爪制動牽引車的設計研究

許延暉，王肖一，賈立輝，門志順

（河北煤炭科學研究院有限公司，河北 邢臺 054000）

1 概 況

近幾年，礦用無極繩牽引車在煤礦開采的輔助運輸中得到廣泛應用，但隨著礦井安全生產的要求逐步提高，礦方對無極繩牽引車的安全制動問題越來越重視。傳統的無極繩牽引車的插爪制動裝置是采用鋼絲繩直接支撐插爪的結構形式[1]，插爪在鋼絲繩松弛時下落插住枕木制動，這種結構存在諸多問題。當鋼絲繩直徑較大時，其硬度較大，不易彎曲，插爪很難落下，易發生不動作的問題；而當鋼絲繩直徑較小時，由于吸繩量淤繩現象的客觀存在，極易發生插爪自動下落的誤動作問題。由此，不動作、誤動作成為插爪制動牽引車的使用難題。針對此現象，本文設計一種新型滑輪式彈簧插爪制動牽引車，有效地解決了以上問題。

2 新型滑輪式彈簧插爪制動牽引車的設計方案

從問題著手，要解決插爪裝置因鋼絲繩剛度大、插爪不易下落的問題，可以將鋼絲繩直接支撐插爪的結構形式，改為用鋼絲繩控制剛性桿、剛性桿支撐插爪的結構形式，這樣在鋼絲繩的控制下只要剛性桿一抽離，插爪便可自由下落，插住枕木制動，這樣就解決了插爪不動作的問題。另外，要解決插爪誤動作的問題，牽引車系統的吸繩量不足的客觀存在，不可避免出現淤繩現象，故需增設一個儲繩吸繩結構，使之能夠在牽引車變坡、速度突變時，避免短時繩松的問題。由此，我們可以設計一種具有儲繩吸繩功能的滑桿裝置[2]。

從這一設計思路出發，吸繩功能可以通過增設彈簧結構實現，而在牽引車上要實現1 m 左右的儲繩功能，考慮到車體長度和彈簧壓縮量，需要借助動滑輪實現。由此，一種帶有滑輪、彈簧、滑桿的插爪制動裝置構思而成，其工作原理圖如圖1 所示。

圖1 新型插爪制動工作原理Fig.1 The working principle diagram of new type claw brake

新型插爪制動工作原理為：牽引車的鋼絲繩松弛后，動滑輪在壓縮彈簧的推力下拉緊鋼絲繩，當牽引車的鋼絲繩松繩量達到1 m 時，滑輪及滑桿運動到極限位置，插爪落下，插住枕木制動。

3 新型插爪制動牽引車主要部件實體設計

新型插爪制動牽引車主要由制動器、滑輪彈簧滑桿裝置、車體、滾筒、擺動轉盤、輪對等組成，本文用CAXA 3D 對主要零部件逐一建模，并進行整車的虛擬裝配設計，檢查其干涉情況[3]，CAXA 3D 雖是國產三維實體設計軟件，但在建模功能和適用性上絕不輸UG、PRO/E、CATIA、Solidworks等外國軟件，下面將在CAXA 3D（2021 版） 中對新型插爪制動牽引車的主要部件進行實體設計。

3.1 車 體

牽引車的車體主要是由車體頂板、加強槽鋼、碰頭、繩端固定板支撐塊、滾筒支座、轉盤座、磁鋼固定板、鋼絲繩導繩輪等部分組成，車體的外形結構如圖2 所示。

圖2 車體模型Fig.2 Car body model

車體是牽引車鋼絲繩傳遞拉力的重要環節，牽引車的其他各大部件都固定在車體上，其設計強度尤為重要，故其所用的熱軋鋼板均在20 mm 以上，槽鋼規格均在14 號以上。

3.2 制動器

制動器固定于牽引車車體底部，主要由插爪組件、懸掛鉤、固定板、轉軸、定位螺栓、加強筋等部分組成，制動器的外形結構如圖3 所示。

圖3 制動器模型Fig.3 Brake model

插爪組件是由4 個形狀相同的單體插爪對稱布置組成，插爪長度設計為650 mm，該結構能夠使插抓制動后恰好插入深度軌道下面以下150 mm，保證了插入深度的準確性、受力均衡性、制動穩定性。

制動器兩側各設計有2 個定位螺栓，使插爪在運輸和安裝過程中，方便地固定插爪，使其順利穿入滑桿。

3.3 滑輪彈簧滑桿裝置

滑輪彈簧滑桿裝置是新型插爪制動牽引車的主要創新部件[4]，其主要由壓縮彈簧、彈簧支撐桿、動滑輪組件、限位支架、滑桿、支座等部分組成，滑輪彈簧滑桿裝置的外形結構如圖4 所示。

圖4 滑輪彈簧滑桿裝置Fig.4 Pulley spring slider device

壓縮彈簧為絲徑φ16 的定制彈簧，自由長度1 300 mm，工作壓力2 275 kN~8 775 kN。受空間布置限制，動滑輪的直徑不能太大，而直徑太小會增大鋼絲繩的變形阻力，故動滑輪直徑最終確定為550 mm。限位支架作用有兩個：一是作為動滑輪的滑道，對滑輪其支撐和導向作用；二是限位，將滑輪行程限定在500 mm 以內，也就是鋼絲繩的儲繩量在1 000 mm 以內。為增加強度，滑桿用φ30的實心棒料加工而成，頭部設計帶有過度圓角的尖狀結構，以便順利穿過插爪的懸掛孔。

3.4 滾 筒

滾筒是纏繞多余鋼絲繩的裝置，由儲繩筒、搖把、滾筒支架、壓繩塊、軸承組件等組成，新型插爪制動牽引車的滾筒設計為2 個，對稱布置在牽引車的車體兩端。其布置形式如圖5 所示。

圖5 滾筒布置形式Fig.5 Layout form of drumt

滾筒支座上有22 個均勻布置的螺紋孔，用以調整滾筒在工作過程中位置。搖把結構設計為可拆

4 結 語

本文闡述了新型插爪制動牽引車的設計思路，在CAXA 3D 中對該新型插爪制動牽引車的主要零部件制動器、車體、滑輪彈簧滑桿裝置、滾筒的具體結構進行了三維實體建模，并對牽引車整車進行了虛擬裝配。通過對新型插爪制動牽引車的設計研究，有效解決了插爪制動牽引車不動作、誤動作的使用難題。卸式，操作簡單，前后各配置一把。

3.5 牽引車虛擬裝配

在CAXA 3D 中將牽引車的各部件逐一建模完成后，然后對其組裝，進行整車的虛擬裝配。在CAXA 3D 的“工具”選項卡中利用工具進行干涉檢查，排除干涉后其裝配后的模型如圖6 所示。

圖6 牽引車虛擬裝配Fig.6 Virtual assembly of tractor