無級繩絞車彎道段斷繩保護器的設計

弓 晨

（潞安環(huán)保能源股份公司五陽煤礦， 山西 長治 046205）

引言

無級繩絞車在煤礦行業(yè)屬于非常重要的運輸設備，是借助鋼絲繩拉動的軌道運輸設備，雖然能夠在直線運輸狀態(tài)下表現(xiàn)良好，但是由于井下工作環(huán)境比較繁瑣，其所采用的繩子較長，不能滿足巷道彎曲的環(huán)境。因此可以在彎道位置設置導向輪，這樣能夠使得導向輪發(fā)生彎曲，從而較好地實現(xiàn)運輸任務。由于鋼絲繩在彎道位置所受到的力比較復雜，因此往往會出現(xiàn)斷繩的事故。現(xiàn)行的設備并未安裝相應的斷繩保護裝置，嚴重削弱了煤礦的安全性[1]。因此針對絞車斷繩薄弱點，設計了無級繩絞車斷繩保護裝置，同時設計了斷繩保護器。

1 無級繩絞車工況特點

無極繩絞車可以實現(xiàn)水平方向的直線運動，同時也可以輔助相應的彎道運動。一般在彎道輪組配合壓繩輪組實現(xiàn)運動，進而能夠滿足一定的彎度運動。圖1 所示為無級繩絞車運輸系統(tǒng)的示意圖，圖2為現(xiàn)有彎道輪組結(jié)構(gòu)及受力分析圖。

通過分析圖2 可以發(fā)現(xiàn)，當處于彎道位置時，通常鋼絲繩可以借助導向輪改變方向，這時鋼絲繩需要承擔來自兩個力的作用：軸向拉力和徑向的剪切力。鋼絲繩在無極繩絞車彎道運輸變化過程中其所受力比較復雜且集中，出現(xiàn)斷裂往往發(fā)生在彎道位置。由于在無極繩絞車發(fā)生故障的彎道位置處并未設置相應的保護機制，假如絞車繩出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象，在其所受到的張緊力和彎道輪組的合力F的作用下，導致鋼絲繩被高速甩出，嚴重危及工作人員的生命安全。因此，針對彎道變化設置一個斷繩保護裝置，能夠有效地防止由于斷繩造成的危害[2]。

圖1 無極繩絞車運輸系統(tǒng)示意圖

圖2 現(xiàn)有彎道輪組結(jié)構(gòu)及受力分析圖

2 彎道段斷繩保護器的設計原理

通過分析圖1 與圖2 可以發(fā)現(xiàn)，無極繩絞車在工作時，鋼絲繩包括兩種：主繩、副繩，其中前者與梭車相連接，而對應的副繩是一種起到運輸連續(xù)的回繩段。當處于彎道時，主繩和副繩所處的工作環(huán)境不同，為此設計的斷繩保護裝置也不同。

圖3 主、副繩斷繩保護裝置原理圖

圖3 為相應的無極繩絞車主繩與副繩保護原理圖。由于主繩在牽引時，伴有梭車運動，這時的斷繩保護裝置可以采用動連接保護。通過分析圖3-1 可以看出，主繩斷繩能夠以擋軸運動，當處于正常的工作狀態(tài)時，由于尾部彈簧作用，促使擋軸壓緊在軌枕上方。假如出現(xiàn)斷繩現(xiàn)象，那么鋼絲繩將出現(xiàn)在擋軸限位位置，這樣能夠防止鋼絲繩出現(xiàn)甩繩的現(xiàn)象。假如當梭車通過時，觸碰到擋板，開始擠壓擋軸，在力的作用下發(fā)生轉(zhuǎn)送，開始后撤，這樣并不影響梭車。當梭車通過導向輪的過程中，彈簧可以使得擋軸返回到原來的位置。但副繩在工作過程中，并未有梭車，這時可以將保護裝置設置為固定擋板的形式，如圖3-2 所示。這樣可以把鋼絲繩限定在一個合理的區(qū)域，當發(fā)生斷繩時不會被甩出去。

3 彎道段斷繩保護器與壓繩保護

通過分析圖4 所述原理，可以在主繩和相應的導向輪之間設置斷繩轉(zhuǎn)動擋軸，當梭車通過時，相應的擋軸轉(zhuǎn)動出現(xiàn)后退，不會對梭車帶來影響。當梭車通過之后，擋軸回歸原位之后，能夠?qū)嗬K起到保護作用。假如發(fā)生斷繩之后，擋軸起到限制繩子的作用，可以有效地避免出現(xiàn)甩繩的現(xiàn)象。相應的副繩和導向輪之間設置固定擋軸，可以把鋼絲繩限定在一個合理的區(qū)域，從而當斷繩發(fā)生時，其不會被甩出，避免出現(xiàn)傷人的情況[3-4]。

圖4 帶斷繩保護器的彎道輪組結(jié)構(gòu)圖

經(jīng)過對現(xiàn)有彎道斷繩事故分析發(fā)現(xiàn)，事故主要是由斷繩之后甩繩導致傷人。因此，只有設置上述壓繩保護裝置才可以有效地避免出現(xiàn)甩繩引起的傷人事故。為此依據(jù)無極絞車在巷道中的工作特點，在原有設備的基礎上對壓繩保護裝置進行改進。

4 壓繩裝置的改進措施

4.1 增加壓繩彈簧數(shù)量

依據(jù)鋼絲繩所具有的彈性，可以通過調(diào)整壓繩彈簧數(shù)量，以有效增加拉應力，從而保證鋼絲繩不會出現(xiàn)彈繩現(xiàn)象。在選擇彈簧的參數(shù)時，需要依據(jù)如下影響因子：重啟動時刻力、鋼絲繩的牽引力，同時還需要設定一定的安全系數(shù)。

4.2 優(yōu)化壓繩裝置位置

在絞車所處的不同位置設置安裝壓繩裝置，其受力情況不同，需依據(jù)相應的情況確定。假如某一個位置出現(xiàn)較大的載荷，那么可以把壓繩設置為多組，與此同時還應該調(diào)整裝置之間的距離。

4.3 增設擋銷

假如絞車在運動時，相應的壓繩出現(xiàn)反復振動，那么這時將會使得壓繩輪位置的固定螺栓出現(xiàn)松動，最終將會使得固定架上的鋼絲繩輪松動。經(jīng)過對繩輪結(jié)構(gòu)分析，通常可以設置一定的擋銷，這樣能夠有效避免出現(xiàn)固定栓松動。

經(jīng)過改造后的無極繩絞車壓繩裝置，能夠有效減少鋼絲繩脫輪的現(xiàn)象，并且能夠有效解決鋼絲繩彈繩現(xiàn)象。在對壓繩裝置進行優(yōu)化之后，鋼絲繩并未再出現(xiàn)脫繩，極大地提高了無極繩絞車的運行效率。

5 結(jié)語

對無極繩絞車的運行情況進行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，當無極繩絞車處于彎道位置時往往出現(xiàn)斷繩的現(xiàn)象。鑒于主繩和副繩的不同過繩原理，設計無級繩絞車斷繩保護裝置，主繩和相應的導向輪之間設置斷繩轉(zhuǎn)動擋軸，副繩和導向輪之間設置固定擋軸，以確保無極繩絞車的運行安全和運行效率。