礦用無極繩絞車壓繩裝置的改進研究

呂劍波

（汾西礦業集團柳灣煤礦， 山西 孝義 032300）

引言

煤礦井下輔助運輸方式主要有無軌和有軌兩大類，其中無極繩絞車運輸是一種常見且重要的輔助運輸方式。無極繩絞車運輸方式是通過循環運轉的鋼絲繩牽引固定在其上方車輛的運輸設備運動，具有結構簡單、使用范圍廣、耗能小等優點。尤其對于運輸距離長、運輸量大的材料及設備的運輸具有很好的適應性。因此，相比以前的小絞車運輸方式，無極繩絞車運輸更加方便，無需轉載，其具有明顯的技術優勢，是未來礦井運輸的主要運輸設備。

1 無極繩絞車現有壓繩裝置的弊端

無極繩絞車輔助運輸系統主要由絞車、牽引鋼絲繩、主（副）壓繩輪組、平托輪組及張緊裝置等構成，如圖1所示。主壓繩輪通過拉緊彈簧壓緊，在外力的作用下，會導致彈簧松開，造成主壓繩輪組的繩輪張開，而副壓繩輪組與主壓繩輪組則不一樣，副壓繩輪組安裝完成后呈現出固定狀態。根據對無極繩絞車運輸過程的研究發現，在運輸過程中壓繩裝置出現了兩種現象。第一種現象是彈繩，在無極繩絞車運輸過程中碰到巷道出現拐彎或巷道坡度忽然有很大變化時，就會出現鋼絲繩從主壓繩輪組中的繩輪彈出。第二個現象是在運輸過程中固定繩輪的螺母松落，造成繩輪從固定架上滑落。本文基于上述兩個問題進行相關分析研究，以尋求相關方法解決[1]。

2 壓繩裝置的力學分析

壓繩裝置主要由四個部分構成：繩輪、轉軸、托架以及拉緊彈簧。壓繩裝置在無極繩絞車運輸系統中可壓緊鋼絲繩并對鋼絲繩起導向作用[2]。

圖1 無極繩絞車輔助運輸系統構成圖

對無極繩絞車運輸系統運行過程中的壓繩裝置進行受力分析，在運行過程中有兩種不同的情況，第一種是壓繩裝置所在的運輸巷道內未發生坡度的變化，第二種是壓繩裝置所在的運輸巷道內發生了坡度的變化。以下是根據上面的兩種情況對壓繩裝置進行受力的討論和分析。

2.1 運輸巷道內未發生坡度變化的情況

下頁圖2為壓繩裝置安裝在運輸巷道內未發生坡度變化時的受力分析情況。鋼絲繩產生的力及力臂分別用F和L表示，同理，壓繩輪1的拉緊彈簧產生的力及力臂分別為F1和L1，壓繩輪2的拉緊彈簧產生的力及力臂分別為F2和L2，忽略壓繩輪自身重力，則作用于壓繩輪的力矩之和為：

通過上述兩個式子可知，若作用于壓繩輪的力矩之和M≥0，則壓繩輪處于壓緊狀態；反之，若M＜0，則壓繩輪處于分開的狀態，則會導致鋼絲繩彈出。

2.2 運輸巷道內發生坡度變化情況

α為運輸巷道坡度角，β為壓繩角，鋼絲繩的預緊力或是牽引力則用T表示。則鋼絲繩向上的彈力：

圖2 壓繩裝置力學分析簡圖

運輸巷道坡度角α和壓繩角β成正比例關系，即運輸巷道坡度角α越大，那么壓繩角β越大，反之則是運輸巷道坡度角α越小，那么壓繩角β越小。依據彈力的計算公式（3）可得，壓繩角β越大，其正弦值越大，則鋼絲繩向上的彈力F就越大。如果鋼絲繩上不存在牽引力時，T就比較小，向上的彈力F也就很小。如果鋼絲繩上存在牽引力時，T越大，向上的彈力F也就會隨著牽引力T的增加而成倍地增加，最后造成彈繩現象。

3 解決彈繩問題的方法

3.1 增加拉緊彈簧數量

在壓繩輪原一個拉緊彈簧的基礎上，通過并聯的方式再增加一個拉緊彈簧，根據彈簧彈力疊加原則，則其產生的總拉力就成了之前的2倍，依據胡克定律[3]：

式中：k為單個彈簧的彈性系數；Δx為每個彈簧的伸長量；T 代表上文中式（1）和式（2）中的 F1和 F2。

彈簧的選擇：先對啟動時刻和運行過程中鋼絲繩牽引力F的極值進行測量，同時要考慮一定的安全系數，初步將其彈性系數范圍確定下來，基于此選擇型號適當的彈簧[4]。

3.2 對壓繩裝置布置位置進行優化處理

若將壓繩裝置布置在絞車不同部位，則會產生不同的受力情況，因此在具體布置時要與現場實際相結合來綜合考慮。若該處載荷相對較大，則可多布置幾組壓繩裝置，并減小裝置間距；反之，若該處載荷相對較小，則可少布置幾組壓繩裝置，同時適當加大裝置間距[5]。

4 避免繩輪脫落的方法

無極繩絞車壓繩裝置中的繩輪下方的螺母在運行過程中容易出現松脫現象，造成繩輪從固定架上脫落的現象。經過對繩輪結構的研究分析，得出解決螺母松落的方法為添加一個預防軸隨輪運轉的擋銷，如圖3所示。

圖3 防繩輪脫落示意圖

5 結論

通過增加壓繩輪拉緊彈簧數量并對其布置位置進行優化處理，可解決彈繩問題；通過在繩輪結構中添加一個擋銷可解決壓緊螺母松落造成的繩輪掉落現象。總之，通過對壓繩裝置進行改進后，可以明顯提高無極繩絞車的運輸效率和壓繩裝置的使用壽命。