鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備的工藝研究與應(yīng)用

王 鵬

（晉城宏圣科威礦用材料有限公司， 山西 晉城 048000）

引言

作為煤炭開采大國，礦井巷道掘進(jìn)直接制約著開采量，支護(hù)產(chǎn)品的用量也在迅猛發(fā)展，錨桿錨索支護(hù)系統(tǒng)在各大集團(tuán)公司的推廣使用覆蓋率達(dá)到98%以上，并且凸顯超強(qiáng)的生命力和優(yōu)勢。礦用錨索（主要附件鋼絞）作為煤礦巷道支護(hù)的主要組成部分用量也在快速遞增，但鋼絞線人工盤圈已無法滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)需要，本文所研究的項目在沒有任何可借鑒的相關(guān)機(jī)械研究基礎(chǔ)上，憑借多年來對鋼絞線纏繞盤圈的加工工藝及自身擁有的機(jī)械知識來進(jìn)行工藝研究，并成功研發(fā)出鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備，且目前被穩(wěn)定應(yīng)用于該生產(chǎn)工藝，解決了人工勞動強(qiáng)度大的難題，降低安全系數(shù)，提高生產(chǎn)效率，有益于保障產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率，提高產(chǎn)品競爭力。

鋼絞線自動纏繞盤圈是通過在圓形U 型槽解決鋼絞線抓持應(yīng)力的問題后，采用公轉(zhuǎn)加自轉(zhuǎn)主軸系統(tǒng)，其鋼絞線得以纏繞盤圈成功的設(shè)備。因此，鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備的研究，給支護(hù)行業(yè)企業(yè)帶來了革命性的改變。

1 研究背景及相關(guān)現(xiàn)狀

我國是煤炭開采大國，雖然相關(guān)的開采設(shè)備或輔助井下生產(chǎn)用的各式設(shè)備都不斷地進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。但大量的支護(hù)材料（一次性材料）需要加工生產(chǎn)，這就造成勞動密集型企業(yè)較多。其中礦用錨索（主要附件為鋼絞線）作為煤礦巷道支護(hù)的主要組成部分用量也在快速遞增，目前國內(nèi)現(xiàn)有500 多家生產(chǎn)企業(yè)，至今仍采用人工纏繞盤圈鋼絞線的生產(chǎn)工藝。根據(jù)上述分析現(xiàn)狀的問題，為實現(xiàn)支護(hù)材料生產(chǎn)企業(yè)的安全、高效、職業(yè)健康等目標(biāo)有必要對此進(jìn)行研究，設(shè)計生產(chǎn)出適用于支護(hù)材料企業(yè)使用的鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備，減輕工人勞動量的同時，提高生產(chǎn)企業(yè)的安全生產(chǎn)水平。

2 鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備的設(shè)計路線

此鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備采用先進(jìn)的人機(jī)界面和PLC 控制，由自動進(jìn)線系統(tǒng)將鋼絞線按一定長度進(jìn)線，在一臺設(shè)備上同步完成鋼絞線的成圈、纏繞盤圈全過程。

1）采用自動進(jìn)線＋控制系統(tǒng)＋自動纏繞的方式組合而成；

2）設(shè)備采用平行牽引鋼絞線直接進(jìn)入圓型U 型槽內(nèi)，對鋼絞線進(jìn)行束縛；

3）圓型U 型槽為三段式，其中兩段為可開合；

4）采用公轉(zhuǎn)加自轉(zhuǎn)主軸平行纏繞盤圈的作業(yè)工藝；

5）設(shè)有自動/人工切換控制，以便檢修系統(tǒng)故障時用；

6）裝CNC 控制系統(tǒng)及觸摸屏幕，實現(xiàn)良好的人機(jī)界面對話功能。

3 鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備的技術(shù)研究

3.1 公轉(zhuǎn)加自轉(zhuǎn)主軸系統(tǒng)

此系統(tǒng)是由雙電機(jī)組成的大型齒輪組，懸梁式吊掛在設(shè)備的上方，主電機(jī)齒輪組負(fù)責(zé)纏繞盤圈時帶動副電機(jī)自轉(zhuǎn)系統(tǒng)進(jìn)行公轉(zhuǎn)運(yùn)動，副電機(jī)自轉(zhuǎn)系統(tǒng)同時對鋼絞線頭部進(jìn)行纏繞作業(yè)，當(dāng)纏繞至要求位置后，副電機(jī)自轉(zhuǎn)系統(tǒng)退出纏繞作業(yè)，待鋼絞線捆扎后進(jìn)行落料。

設(shè)備主要元部件：主電機(jī)齒輪組是由伺服電機(jī)、主副齒輪共同組成的主軸系統(tǒng)；副電機(jī)齒輪組是尾頭轉(zhuǎn)動裝置、氣動式落料裝置、伺服電機(jī)、齒輪組一體的機(jī)電氣合成系統(tǒng)及設(shè)備；懸架是采用高強(qiáng)度板筋、方管等焊接而成，保證在設(shè)備整體性，強(qiáng)化了設(shè)備的高要求和高可靠性。

3.2 盤圈式傳送系統(tǒng)

盤圈式傳送系統(tǒng)主要功能是將鋼絞線通過傳送電機(jī)在定型盤圈架中進(jìn)行傳送，并在整個傳送過程中要保持輸送鋼絞線的平衡作業(yè)，同時利用伺服電機(jī)保證鋼絞線的勻速傳送。

設(shè)備主要元部件：送線裝置為進(jìn)線后通過接受調(diào)制單元輸出的控制信號，借助電機(jī)動力牽引鋼絞線進(jìn)線操作；定型盤圈架利用定型盤圈架來進(jìn)行鋼絞線的成圈，并且可保證鋼絞線的抓持應(yīng)力有效的釋放。定型盤圈架是一個類似圓形U 型槽，U 型槽內(nèi)放置一定量的360°滾動轉(zhuǎn)輪，可以保證鋼絞線與定型盤圈架之間非硬性摩擦或碰撞，既可減輕送線機(jī)構(gòu)的壓力，也可保護(hù)鋼絞線頭部不被因性摩擦或碰撞造成散頭現(xiàn)象。

3.3 人機(jī)系統(tǒng)

人機(jī)系統(tǒng)包括PLC 系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和氣動控制。PLC 系統(tǒng)包括各類電機(jī)、各類開關(guān)、各類傳感器等。主要任務(wù)是收集反饋信息進(jìn)行分析，并在屏上顯示，使得操作人員可以快捷方便地獲取相關(guān)參數(shù)。液壓系統(tǒng)包括泵站、各類油管、儀表、閥門等，主要功能為鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備的入料、纏繞盤圈、卸料提供主動力。氣動系統(tǒng)作業(yè)輔助系統(tǒng)，主要包括非標(biāo)氣缸、各類管路，給開合定型盤圈架，各式夾緊裝置提供動力。

4 推廣應(yīng)用的條件和前景

隨著支護(hù)產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步，鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備也將會在煤礦支護(hù)材料領(lǐng)域得到廣泛的重視和應(yīng)用，忽視了礦用錨索（主要附件鋼絞）的生產(chǎn)工藝，自主率先開展該項研究，必將推動礦用錨索的生產(chǎn)工藝的發(fā)展，“鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備的研究與應(yīng)用”項目的研究成果將處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。

目前，人工進(jìn)行鋼絞線的纏繞盤圈，其勞動量巨大，且生產(chǎn)效率低，作業(yè)環(huán)境差。鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備解決了目前國內(nèi)生產(chǎn)方式存在的諸多問題，鋼絞線纏繞盤圈的研發(fā)成功提高了支護(hù)材料生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、環(huán)境保障等。為現(xiàn)代化礦井支護(hù)材料生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量和工效，這必將產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，推廣應(yīng)用前景廣闊。

5 結(jié)語

本鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備具有穩(wěn)定性高、安全性好、返修率低等優(yōu)點。在國內(nèi)也屬首家研制成功并正式應(yīng)用的支護(hù)材料生產(chǎn)企業(yè)。鋼絞線自動纏繞盤圈設(shè)備的成功應(yīng)用，改變了原生產(chǎn)礦用錨索（主要附件鋼絞）的現(xiàn)狀。隨著技術(shù)的推廣及應(yīng)用，無疑將在其他礦用支護(hù)材料生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行鋼絞線自動纏繞盤圈的應(yīng)用，從而產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)和社會效益。