具備遠程控制功能的絞車結構及液壓系統設計

王億文

（陽煤集團壽陽景福煤業有限公司，山西 壽陽 045400）

引言

煤礦運輸為煤礦生產的主要環節，運輸效率和安全性直接決定整個煤礦的生產能力。煤礦運輸系統可分為主要運輸系統和輔助運輸系統，礦用絞車為煤礦輔助軌道運輸的牽引設備，其主要對物料、人員、綜采設備等進行運輸、搬運等。傳統運輸絞車以電機驅動為主，并配置機械差動方式進行調速，該種調速系統安全性低、調速性能差[1]。因此，本文將基于傳統具備遠程監控功能的絞車設計一款電機與液壓聯合的驅動方式，從而達到提高輔助運輸效率和安全性的目的。

1 礦用絞車總體驅動方案的設計

本文所研究礦用絞車的主要應用場所為傾角小于30°的巷道工作面，該礦用絞車主要是對物料和綜采設備進行調運，整個工作面的長度為420 m，工作面傾角為22°。驅動系統為礦用絞車的動力源，驅動系統的性能直接決定整個絞車的運輸效率和安全性[2]。因此，為保證礦用絞車滿足實際生產的需求，礦用絞車驅動系統應滿足如下要求：

1）要求礦用絞車在變負載工作狀態下能夠對整機速度進行調節和控制；

2）要求礦用絞車驅動力矩可滿足無級調速的功能，尤其是滿足低速重載的運輸特性。

3）要求礦用絞車驅動系統可實現鋼絲繩的自動均勻排布；

4）要求礦用絞車驅動系統適應綜采工作面惡劣的生產工況，尤其是在結構和重量等方面要求結構緊湊、重量輕。

在綜合調研的基礎上，礦用絞車驅動系統可采用的驅動方式包括有機械式、電機式、氣壓式和液壓式等。對于以電機為主的驅動方式而言，該種驅動方式結構緊湊、維護方便且占據空間較小；對于以液壓馬達為主的驅動方式而言，該種驅動方式具有較寬的調速范圍、液壓元器件壽命高、結構更加緊湊、空間和質量更小等優勢；對于以電機-液壓馬達聯合的驅動方式而言，該種驅動方式較電機、液壓驅動方式具有更高的安全系數、調速更加平穩、零部件的壽命更高、功率適應范圍更廣[3]。因此，本文將采用電機與馬達聯合的驅動方式對礦用絞車進行驅動。電機-液壓馬達聯合驅動系統如圖1 所示。本文將重點對礦用絞車電機-馬達聯合驅動系統的機械和液壓結構進行設計。

圖1 電機-馬達聯合驅動系統示意圖

2 絞車驅動系統機械結構設計

結合礦用絞車的實際工況，對詳細數據進行統計，為后續驅動系統機械和液壓系統設計奠定基礎。礦用絞車的實際工況參數如表1 所示。

結合表1 參數，本節重點完成驅動滾筒、行星齒輪等部件的結構設計。

表1 礦用絞車實際工況參數

2.1 驅動滾筒的結構設計

驅動滾筒的主要尺寸包括公稱直徑和滾筒的容繩寬度。其中，對于滾筒公稱直徑而言，為了盡可能減少鋼絲繩的纏繞層數，降低滾筒的加工成本，結合煤礦絞車驅動滾筒的常規尺寸，確定滾筒的公稱直徑為580 mm，對應的滾筒容繩寬度為600 mm。

結合礦用絞車的實際工況和所承受的載荷，重點對實際生產中鋼絲繩對滾筒的擠壓力和軸向推動力進行綜合考慮，綜合經驗，最終確定滾筒厚度為35 mm。

滾筒保護側板直徑的計算公式如式（1）所示：

式中：Dmax為鋼絲繩在滾筒上的最大纏繞直徑，取值為1 132 mm；d 為鋼絲繩的直徑，取值為24 mm。

經計算可得，滾筒側板的直徑為1 252 mm，圓整為1 200 mm。

2.2 行星齒輪減速機構的結構設計

結合礦用絞車的實際工況，要求驅動滾筒輸出的轉速控制在0～31.28 r/min，且在最惡劣工況下對應的輸出扭矩為35 728.2 N·m[4]。結合當前市面上驅動電機的額定轉速，本工程選用額定轉速為980 r/min 的電機。因此，要求行星齒輪減速機構的傳動比為980/31.28=31.327。

考慮到行星齒輪減速機構的傳動比、同心、裝配以及鄰接等條件，最終采用兩級行星減速機構實現減速傳動的功能，具體兩級行星減速機構參數如表2 所示。

表2 兩級行星減速機構參數

3 絞車驅動系統液壓系統設計

液壓系統包括有傳動回路和制動回路。傳動回路主要實現絞車驅動系統的無級調速和換向功能；制動回路主要實現礦用絞車在正常或緊急工況下的制動功能[5-7]。絞車驅動液壓系統原理如圖2 所示。

圖2 液壓系統原理圖

結合礦用絞車的實際工況，完成上述關鍵液壓元器件的選型。選型結果及關鍵參數如表3 所示。

表3 液壓系統元器件選型結果及參數

4 結語

煤礦運輸系統為保證正常生產的關鍵，對于礦用絞車而言，其作為煤礦輔助運輸系統的主要驅動力，為輔助運輸系統提供高效、安全的動力尤為重要。本文針對傳統的以電機驅動為主的絞車驅動系統，改進為以電機+液壓驅動為核心的驅動系統。從實踐表明，以電機+液壓驅動為核心的驅動系統具有高運輸效率、高運行安全性等優勢，對于提升煤礦運輸效率和安全性具有重要意義。