矿用无极绳绞车压绳装置的改进研究

吕剑波

（汾西矿业集团柳湾煤矿， 山西 孝义 032300）

引言

煤矿井下辅助运输方式主要有无轨和有轨两大类，其中无极绳绞车运输是一种常见且重要的辅助运输方式。无极绳绞车运输方式是通过循环运转的钢丝绳牵引固定在其上方车辆的运输设备运动，具有结构简单、使用范围广、耗能小等优点。尤其对于运输距离长、运输量大的材料及设备的运输具有很好的适应性。因此，相比以前的小绞车运输方式，无极绳绞车运输更加方便，无需转载，其具有明显的技术优势，是未来矿井运输的主要运输设备。

1 无极绳绞车现有压绳装置的弊端

无极绳绞车辅助运输系统主要由绞车、牵引钢丝绳、主（副）压绳轮组、平托轮组及张紧装置等构成，如图1所示。主压绳轮通过拉紧弹簧压紧，在外力的作用下，会导致弹簧松开，造成主压绳轮组的绳轮张开，而副压绳轮组与主压绳轮组则不一样，副压绳轮组安装完成后呈现出固定状态。根据对无极绳绞车运输过程的研究发现，在运输过程中压绳装置出现了两种现象。第一种现象是弹绳，在无极绳绞车运输过程中碰到巷道出现拐弯或巷道坡度忽然有很大变化时，就会出现钢丝绳从主压绳轮组中的绳轮弹出。第二个现象是在运输过程中固定绳轮的螺母松落，造成绳轮从固定架上滑落。本文基于上述两个问题进行相关分析研究，以寻求相关方法解决[1]。

2 压绳装置的力学分析

压绳装置主要由四个部分构成：绳轮、转轴、托架以及拉紧弹簧。压绳装置在无极绳绞车运输系统中可压紧钢丝绳并对钢丝绳起导向作用[2]。

图1 无极绳绞车辅助运输系统构成图

对无极绳绞车运输系统运行过程中的压绳装置进行受力分析，在运行过程中有两种不同的情况，第一种是压绳装置所在的运输巷道内未发生坡度的变化，第二种是压绳装置所在的运输巷道内发生了坡度的变化。以下是根据上面的两种情况对压绳装置进行受力的讨论和分析。

2.1 运输巷道内未发生坡度变化的情况

下页图2为压绳装置安装在运输巷道内未发生坡度变化时的受力分析情况。钢丝绳产生的力及力臂分别用F和L表示，同理，压绳轮1的拉紧弹簧产生的力及力臂分别为F1和L1，压绳轮2的拉紧弹簧产生的力及力臂分别为F2和L2，忽略压绳轮自身重力，则作用于压绳轮的力矩之和为：

通过上述两个式子可知，若作用于压绳轮的力矩之和M≥0，则压绳轮处于压紧状态；反之，若M＜0，则压绳轮处于分开的状态，则会导致钢丝绳弹出。

2.2 运输巷道内发生坡度变化情况

α为运输巷道坡度角，β为压绳角，钢丝绳的预紧力或是牵引力则用T表示。则钢丝绳向上的弹力：

图2 压绳装置力学分析简图

运输巷道坡度角α和压绳角β成正比例关系，即运输巷道坡度角α越大，那么压绳角β越大，反之则是运输巷道坡度角α越小，那么压绳角β越小。依据弹力的计算公式（3）可得，压绳角β越大，其正弦值越大，则钢丝绳向上的弹力F就越大。如果钢丝绳上不存在牵引力时，T就比较小，向上的弹力F也就很小。如果钢丝绳上存在牵引力时，T越大，向上的弹力F也就会随着牵引力T的增加而成倍地增加，最后造成弹绳现象。

3 解决弹绳问题的方法

3.1 增加拉紧弹簧数量

在压绳轮原一个拉紧弹簧的基础上，通过并联的方式再增加一个拉紧弹簧，根据弹簧弹力叠加原则，则其产生的总拉力就成了之前的2倍，依据胡克定律[3]：

式中：k为单个弹簧的弹性系数；Δx为每个弹簧的伸长量；T 代表上文中式（1）和式（2）中的 F1和 F2。

弹簧的选择：先对启动时刻和运行过程中钢丝绳牵引力F的极值进行测量，同时要考虑一定的安全系数，初步将其弹性系数范围确定下来，基于此选择型号适当的弹簧[4]。

3.2 对压绳装置布置位置进行优化处理

若将压绳装置布置在绞车不同部位，则会产生不同的受力情况，因此在具体布置时要与现场实际相结合来综合考虑。若该处载荷相对较大，则可多布置几组压绳装置，并减小装置间距；反之，若该处载荷相对较小，则可少布置几组压绳装置，同时适当加大装置间距[5]。

4 避免绳轮脱落的方法

无极绳绞车压绳装置中的绳轮下方的螺母在运行过程中容易出现松脱现象，造成绳轮从固定架上脱落的现象。经过对绳轮结构的研究分析，得出解决螺母松落的方法为添加一个预防轴随轮运转的挡销，如图3所示。

图3 防绳轮脱落示意图

5 结论

通过增加压绳轮拉紧弹簧数量并对其布置位置进行优化处理，可解决弹绳问题；通过在绳轮结构中添加一个挡销可解决压紧螺母松落造成的绳轮掉落现象。总之，通过对压绳装置进行改进后，可以明显提高无极绳绞车的运输效率和压绳装置的使用寿命。