新型礦用無極繩絞車牽引系統應用研究

劉云光

（曙光煤礦釘道隊， 山西 孝義 032300）

引言

對于現代化礦井建設而言，輔助運輸設備效率也是評估煤礦現代化的一項重要指標，對煤礦作業效率有直接影響。發展快捷高效的井下輔助運輸方式也是現階段國內煤礦工作建設不可忽視的重要任務。

1 JWB無極繩絞車調試方式

JWB系列無極繩絞車牽引系統通過無極繩絞車提供驅動力，該設備采用機械傳動，通過摩擦力帶動鋼絲繩，進而驅動系統運轉。該系統牽引速度分為單速、雙速以及變頻無級調速三種模式[1]。無極繩絞車組成部分包括底座、驅動滾筒、防爆電機、工作制動、變速箱以及安全制動等多個模塊，設有兩級安全制動保護，并且具備機械軟啟動功能，運行狀態下牽引速度可調。以湖南長沙正忠公司生產的JWB系列無極繩絞車為例，該型絞車分為三種調速模式，即WJ行星差動減速器變速、常規機械調速以及PJ變頻調速，功率范圍包括30/37/45/55/75/90/110/132 kW。

1）行星差動減速器變速。無極繩絞車系統中，其核心傳動部件為兩級行星差動減速器。兩級行星輪系采用雙聯內齒圈內的安裝方式，與兩套塊式調速制動閘以及摩擦輪離合方式實現變速[2]。該系統減速器原理如圖1所示。

圖1 行星差動減速器結構原理示意

兩端設置有軸承座，同時配有末級減速齒輪，傳動可靠性高，且便于拆裝（如圖2所示）。電動機處于空載起動狀態下，兩塊式調速制動閘徹底開啟，此時行星差速器處于空轉狀態，減速齒輪不轉；負載狀態下通過交互使用兩塊式調速閘可實現慢速、快速的控制效果，然后由末級平行軸外嚙合齒輪減速傳動摩擦滾筒[3]。快/慢速調速閘和差動減速器互相配套使用，前者通過常開液壓油缸進行控制，采用磁力啟動器控制油泵電機，當對應電磁閥在電動按鈕的控制下得電時，調速閘油路處于接通狀態，此時可人工調節比例減壓閥供油量，確保調速閘逐漸閉合。在調速閘的配合下，系統調速可達到零速、快速、慢速等不同效果，其中快速為輕載狀態，慢速則為重載狀態，操作人員可結合載重情況選擇相應的運輸速度。

圖2 無極繩絞車工作原理示意

2）變頻調速。無極繩絞車的變頻調速系統基于四象限變頻器調速以及機械傳動原理，采用BPBT系列礦用隔爆型變頻調速器，三相電壓經整流以及逆變電路將三相交流電（頻率固定）轉換為具有連續可調頻率特性的三相交流電源，從而實現電機轉速調節的效果。操作人員可自行結合負載重量以及梭車位置來調節速度，系統整體運行速度比較平穩，提升裝置的恒加速與恒減速控制功能均已實現，有效避免運輸作業中存在的過卷過放等問題。在調整電壓頻率和電機轉速的情況下，系統可實現軟啟動以及無極調速功能，其速度變化可保持在0～25 m/s的區間內，這有利于解決不同巷道環境和各種復雜工況下的運輸速度需求，用戶可結合實際情況自行調節。

2 無極繩牽引系統的組成

在不同巷道環境下，除去無極繩絞車的差異外，牽引車系統其他部分的配套件并無差異，僅受巷道長度和具體條件的限制，存在數量方面的變化。無極繩牽引系統的構成部件如圖3所示。

圖3 無極繩牽引系統各部件示意

1）張緊裝置。該模塊主要確保吸收抵消起伏坡度或者彈性變形造成的鋼絲繩伸長量，維持卷繩筒與鋼絲繩之間的摩擦力，確保絞車牽引穩定性不受鋼絲繩伸長影響，避免出現鋼絲繩打滑的問題。通常情況下張緊裝置為前端五輪張緊設計，該方案反應速度快，結構簡單。考慮到鋼絲繩為雙向運動，因而主副繩均配備張緊裝置，既可后端液壓張緊，又可并排設置。

2）梭車。梭車主要是連接其他轉載工具，如礦車、材料車以及平板車等，可儲存和固定鋼絲繩。梭車通常采用液壓抱軌制動，或采用機械插爪式制動，一旦出現鋼絲繩斷裂，可有效發揮制動效果，避免運行事故。

3）尾輪。尾輪主要在運距終端固定，根據作業面推進情況相應移動，以此控制運距長短。如果用于一些重型機械設備的運輸，尾輪應加強固定，一般采用澆灌水泥基礎的方式，亦可選用錨桿、將軍柱或尾柱，視具體情況而定。

4）壓繩輪組。一旦遇到起伏坡道變化，就會導致鋼絲繩繃緊上漂，這對系統運行以及作業人員安全產生直接影響。為了避免這一問題，防止車輛掉道，軌道凹點變坡區域必須采取強直性壓繩處理，壓繩包括主副兩個壓繩組，前者輪子靠彈簧壓緊，一旦受外力影響就會張開，后者輪子相對固定，確保鋼絲繩始終處于繩輪之間。

5）拐彎裝置。除底板起伏影響外，煤層掘進巷道也經常有水平拐彎的情況，為了保證無極繩絞車能夠持續運輸，盡量縮減中間轉運環節，利用彎道系統以及梭車組成拐彎裝置是非常必要的。梭車過彎道時通過軌道自身和彎道輪組之間的偏差，經由牽引板強制性牽引鋼絲繩，使之偏離輪組，從而保證車輛通過，鋼絲繩在車輛通過后受自身張力的影響自行回位，轉彎完成。

6）電控裝置。通過絞車控制器可對梭車具體位置進行動態監視，其具備軟啟動、實時監控、軟停車、屏幕顯示以及緊急停車等諸多功能，系統可視性以及可操作性明顯提升。巷道環境較好的情況下可采用PLC自控系統，開啟無人值守運輸模式。

3 無極繩絞車牽引系統的適用情況和特點

3.1 無極繩絞車牽引系統適用情況

其一，無極繩絞車的運行主要是由底板軌道支撐，與巷道支護方式以及巷道頂板并無關聯，凡軌道運輸巷道均可適用[4]。其二，該牽引系統最佳使用坡度不超過15°，通常在20°以下；最大運輸距離約在3 km左右，最佳運輸距離不超過1.5～2.0 km，水平曲率半徑最低不少于9 m，最小坡度平緩過度垂直曲率半徑最低不少于15 m。其三，確保軌道整體順暢，不要出現陰陽軌道，彎道處嚴禁道岔或者變坡[5]。其四，硐室通常需要3～4 m，對于特殊情況應考慮擴巷。

3.2 牽引系統特點

其一，與其他單位相比，新牽引系統主機尺寸和外形更小，大體積部件可拆散分裝下井，安裝運輸比較方便。其二，運行狀態下具備調頻無級變速以及兩檔行星變速功能，快慢速轉換靈活，有利于提高運輸效率。其三，具有軟啟動以及軟停車功能，可防止梭車重車脫軌以及掉道的危險，提高了運輸安全性。其四，構成部件相對獨立，便于后期維護和檢修。其五，泄漏通訊方式更有利于移動無線傳輸，可靠性較高，且應用方便。絞車司機以及其他跟車人員可通過泄漏通訊裝置實時進行溝通交流，其中跟車人員配備手持機對絞車有遠程遙控功能，對于突發意外情況可通過急停按鈕遙控絞車[6]。

4 結語

JWB系列無極繩絞車牽引系統技術安全高效、性能穩定可靠，對各類巷道環境有較強的適應性，同時還可擴展用于井下人員輸送，有助于提升煤礦井下作業效率，值得推廣應用。

[1]侯賓.無極繩連續牽引絞車運輸系統在煤礦的推廣應用[J].價值工程，2014（31）：36-37.

[2]高格.無極繩連續牽引絞車三維模型系統的實現[J].科技經濟導刊，2015（12）：32-33.

[3]孫遠超，費松.無極繩連續牽引絞車在后運連續化中的應用[J].中小企業管理與科技，2015（9）：291-292.

[4]王小剛.工作面安裝無極繩連續牽引絞車技術研究[J].機械管理開發，2017，32（8）：101-102；145.

[5]周新磊.鋼絲繩牽引單軌吊車運輸系統的研究與應用[J].山東煤炭科技，2014（11）：125-127.

[6]潘紹明，羅功坤，勞有蘭，等.井下用無極繩絞車液壓系統的自動控制裝置[J].煤炭技術，2012，31（7）：48-49.