無極繩絞車制動裝置結構及液壓系統的設計

梁 龍

（晉能控股煤業集團四老溝礦， 山西 大同 037025）

引言

帶式輸送機、刮板輸送機、無極繩絞車等為煤礦生產運輸系統的組成部分，運輸系統分為輔助運輸系統和主運輸系統。隨著工作面生產能力的增加，傳統輔助運輸設備主要存在運輸效率低、安全性偏低的問題。同時，傳統輔助運輸對人員的勞動強度較大，與當前現代化綜采的要求不符。以無極繩絞車為核心的單吊軌設備極大提升了大型設備的運輸效率，而且減少了工人的勞動強度[1]。為進一步提升無極繩絞車單吊軌運輸效率和運輸安全性，本文將重點開展無極繩絞車制動裝置關鍵結構及液壓系統的設計。

1 無極繩絞車制動裝置的總體設計

無極繩絞車制動裝置是保證設備安全、穩定運行的基礎部件，為保證其能夠滿足制動性能，要求所設計的制動裝置滿足如下要求：

1）要求所設計的制動裝置可實現手動和自動兩種控制模式；

2）要求無極繩絞車的實時運行速度超過其額定運行速度的15%時，制動裝置可及時發揮作用完成施閘制動功能；

3）要求無極繩絞車在制動過程中其空動時間不得超過0.7 s；

4）要求無極繩絞車制動裝置的液壓系統的內部壓力大于其額定壓力25%時，系統在5 min 內具備保壓功能且不得發生液壓介質的滲透現象；同時，液壓系統內部壓力在額定壓力保壓36 h 后仍可提供正常制動閘塊開啟的所需壓力值[2]。

針對無極繩絞車制動裝置以制動小車為載體實現制動功能，其可采用的制動結構包括有彈簧鉗式摩擦制動、鉗式液壓結構和兩桿式鉗式液壓制動結構等。其中，以彈簧鉗式摩擦制動方式目前已經逐步被煤礦棄用；鉗式液壓制動結構由于其本身結構連接耳座，導致制動臂存在應力集中現象。因此，最終選用兩桿式液壓制動結構實現無極繩絞車的制動功能，該種結構在銷軸和制動桿之間存在一定間歇，解決了制動桿和制動臂在垂直方向的約束問題[3]。

結合無極繩絞車的工況，無極繩絞車液壓制動系統主要包括有緊急制動回路和超速保護制動回路等。

2 制動小車關鍵結構設計

根據《煤炭安全規程》中針對無極繩絞車制動性能的規定：要求設備在緊急制動工況時其制動力為設備牽引力的1.5～2 倍。本文所設計的制動裝置應用的無極繩絞車的牽引力為160 kN，故要求制動裝置的制動力應控制在240～320 kN 之間。

本小節將在上述基礎上重點完成制動裝置關鍵部件包括制動彈簧、離心限速器以及推桿裝置的結構設計。

2.1 制動彈簧的選型設計

根據初始設計值，無極繩絞車制動裝置設計的制動力為240 kN，即制動小車的制動力為240 kN，則可以得出一對閘瓦對工字鋼施加的正壓力為240/4=60 kN；已知閘瓦對工字鋼的摩擦系數為0.35，則可得出單側閘瓦對工字鋼施加的正壓力為60/（0.35×2）=85.7 kN。

已知制動小車制動臂的杠桿比例為1∶3.5，則可以得出制動閘閘緊時彈簧力為85.7/3.5=24.485 kN，此時根據前期設計對應彈簧長度為637 mm；而當彈簧壓縮量最大時，彈簧的長度為587 mm。綜合上述計算結論，所選型的制動彈簧的參數如表1 所示。

表1 制動彈簧參數

2.2 離心限速器的設計

離心限速器為無極繩絞車實現制動功能的關鍵部件，根據其控制方式的不同可將其分為電控式離心釋放器和機械式離心釋放器[4]。為滿足無極繩絞車的正常工作要求且確保離心限速器實際工作時彈簧左右傳動的穩定性得到保證，在傳統離心限速器的基礎上增加平衡滑塊，從而有效避免了在制動過程中滑塊左右竄動而導致的系統穩定性降低的問題。

2.3 推桿裝置的安裝

推桿裝置同樣為無極繩絞車制動裝置的關鍵傳動部件，其一方面完成卸荷閥的卸載功能；另一方面通過手動控制直接實現制動任務。推桿裝置與離心限速器和撥桿裝置的安裝如圖1 所示。

圖1 推桿裝置安裝結構示意圖

3 無極繩絞車制動裝置液壓系統的設計

無極繩絞車制動裝置液壓系統原理如圖2 所示。

圖2 無極繩絞車制動裝置液壓系統原理圖

3.1 液壓油缸結構設計

液壓系統為無極繩絞車制動裝置的動力源，結合制動彈簧的選型，為其所匹配設計的制動油缸的行程為240 mm，伸出速度為20 mm/s，回縮速度為80 mm/s。根據無極繩絞車的實際工況及其制動裝置所應滿足的要求，初步設定制動裝置工作壓力為16 MPa。液壓系統管路中存在一定的壓力損失，則液壓系統的有效壓力計算如式（1）：

式中：p1為液壓系統執行元件的有效工作壓力；p 為系統初設的工作壓力，取16 MPa；Δp 為液壓系統管路的壓力損失，取0.5 MPa；p2為液壓系統的背壓，取0.5 MPa；A1、A2分別為液壓油缸內無桿腔和有桿腔活塞的有效作用面積，結合油缸的桿徑比為0.7，計算得出為0.5。

將相關參數代入式（1）中得出，液壓系統的有效壓力為15.25 MPa。

同理，結合相關理論計算公式分別得出液壓油缸的主要結構參數，如表2 所示。

表2 液壓制動油缸主要結構參數

3.2 其他液壓元件的選型

除了液壓油缸外手動泵和換向閥同樣為制動裝置液壓系統的關鍵部件。

3.2.1 手動泵的選型

考慮到手動泵工作時管路中的壓力損失為0.5 MPa，系統最高工作壓力為16 MPa，選用可提供最大壓力為16.5 MPa 的手動泵。綜合市面上手動泵的產品參數，最終選用型號為HV-PMO 50 SE 的手動泵[5]。

3.2.2 兩位兩通換向閥的選型

兩位兩通換向閥不僅承擔換向卸荷的功能，而且還需對整個系統進行保壓。對于換向閥而言應采用常規應用的JYXT-0311-00 的截止換向閥，該換向閥的最大工作壓力為31.5 MPa，可承受的最大流量為25 L/min。

4 結語

無極繩絞車為煤礦生產的輔助運輸設備，其性能好壞間接決定煤礦的生產效率和作業人員的勞動強度，也是實現煤礦高效率、自動化生產的關鍵環節。本文重點開展了無極繩絞車制動裝置機械和液壓結構的設計，為提升無極繩絞車的實際工況、高效發揮其運輸效率奠定基礎。