无极绳连续牵引车压绳轮与拐弯轮的技术改造

林新元

（阳泉煤业集团翼城东沟煤业有限公司， 山西 临汾 043500）

引言

无极绳牵引车运输是一种符合我国煤炭开采国情的煤矿辅助运输系统。这种运输系统主要被运用于煤矿井下工作面顺槽、煤矿回风巷、开采区上下山和井下集中轨道巷。现有的井下轨道系统，实现直达运输，主要适用于一些距离较长、存在大倾角、变坡多和大吨位运输的轨道运输。该系统由设置在运输巷道内的主动轮[1]，尾轮和绕过它们的钢丝绳组成。在进行工作时，由电动机带动主动轮转到，利用摩擦力作为拉力驱使牵引绳移动。作为一种结构简单、维护容易和适应性强的辅助运输系统，它主要用于开采工作面设备、人员和材料的运输，包括一些大型设备如井下液压支架的整体运输，井上调车和罐笼的运输。

无极绳连续牵引车运输系统取代了原来井下多部小绞车进行交替运输的方式，实现了在井下工作人员、生产物料和煤矿设备的无转载连续运输，减少了操作人员，简化了运输环节，改善了井下空间，提高了运输的安全可靠性。但是通过多年实践表明，目前无极绳连续牵引车运输系统还存在一些问题，如弯曲巷道的运输和弹绳现象。

1 无极绳连续牵引车现状的分析

目前，国内大部分的无极绳连续牵引车在井下的布置如下图1 所示。在该牵引系统中压绳轮组[2]包括主压绳轮组和副压绳轮组。拉紧弹簧负责压紧主压绳轮组的绳轮，但是在受到外力时拉紧弹簧会主动张开。副压绳轮组是由安装好的绳轮构成，位置固定不能改变。由布置图中可以看出，当运输系统在井下坡度比较大和转弯比较多的情况下，牵引钢丝绳在牵扯车启动的瞬间会紧绷，在实际的生产作业中可能会发生弹出压轮绳的现象（绳弹），这种状态下紧绷的钢丝绳会悬挂在巷道的顶端，离转弯装置很远以至于会影响到主机设备的操作。

当井下地况复杂例如存在一些弯曲巷道时，无极绳牵引车运输不能实现直接运输，需要搭配接力运输，布置一些人力和转运设备。不仅造成了人员的浪费，在实际生产作业中频繁的摘钩搭钩操作也存在很多的安全隐患。

无论是弹绳现象还是弯曲巷道的装载运输，无极绳连续牵引车运输系统都有很大的提升空间，为了解决这个技术难题，在总结分析国内外相关系统和设备后，提出了以下无极绳连续牵引车压绳轮、拐弯轮的技术改造。

图1 无极绳连续牵引车布置图

2 无极绳连续牵引车压绳轮的技术改造

改造后的无极绳牵引车的压绳轮包括托架、拉紧弹簧、转轴和绳轮[2]，该装置的主要目的是将工作中的钢丝绳压住并且提供导向作用。

对工作中的压绳轮装置进行受力分析，假设将其安装在平缓没有坡度变化的巷道内。该装置受力结构图如下页图2 所示，如图所示将向上的钢丝绳弹力设为F，该弹力作用线距离装置的转轴中心为D。弹簧1、2 的预紧力为F1，F2，它们的作用线距离转轴中心为D1，D2在这里研究时忽略压绳轮的自重，则作用于压绳轮的总力矩M为：

图2 压绳轮装置结构受力图

从上式中可以看出：当M≥0 时，装置的压绳轮处于压紧状态，当M＜0 时，就会被分开，钢丝绳弹出。

针对有一定坡度的巷道，对其进行受力分析：将压绳角设置为α，井下巷道的坡度为β，这时绳轮上钢丝绳产生向上的弹力：

当装置处于静止状态时，T=钢丝绳预紧力，当装置开始工作时动态时，T=钢丝绳牵引力。在井下巷道中，坡度β 越大，装置的压绳角α 越大，那么F随之也就越大。由公式（3）可以看出，当装置处于静态时，由于预紧力T很小，所以一般不会发生绳弹现象，但当装置开始工作，预紧力变为牵引力并且瞬间变大，弹力F也随之变大。这时位于绳轮的钢丝绳肯会直接推动轮缘，钢丝绳也随之弹出。

为了避免在启动和运行时的绳弹现象，将现有压轮绳的拉紧弹簧进行改造，设计为两个并联的完全一样的弹簧，这时拉紧弹簧的拉力变为2 个并联弹簧拉力的总和，即：

式中：用k来表示弹性系数，使用Δx来表示弹簧发生的形变。在公式（3）中的T等于公式（1）中的F1和公式（2）中的F2。根据公式（3），在压绳装置中可以根据系统牵引车在开始工作时产生的瞬时弹力数值和对应的弹性安全系数来布置比较适合的拉紧弹簧。

在井下现场布置压绳装置时，首先根据牵引系统的负载要求确定具体位置。当需求负载比较大[3]时将压绳之间的距离缩小，负载小时增大压绳装置间的距离。采用分离式的压绳装置，当梭子和梭车通过之后将双弹簧复位，目的是为了将梭子侧的钢丝绳压住，保证梭子在之后可以正常通行。

3 无极绳连续牵引车拐弯轮的技术改造

为了实现牵引车在井下转弯巷道中的连续运输，保证在拐弯轨道中主副钢丝绳的正确位置，在现有的转弯装置上安装可以定位钢丝绳位置的导向装置[4]，防止钢丝绳的游动，保证钢丝绳可以准确进入牵引位置。同时沿巷道曲线的方向设置两排的转向轮组来确定钢丝绳的位置，控制钢丝绳的位置。为了防止牵引车受到侧向拉力的影响，在装置上设计组合结构来平衡牵引车受到的水平侧向拉力。

根据上述的设计方案，优化后的牵引车拐弯轮系统包括内外护轨、压绳装置、高强度轨枕组件和两排可滚动的转向轮组。其中巷道护轨的作用是防止井下车辆在弯曲道路上发生断车现象，一般采用槽钢来起到加重道床作用。压绳装置在上文已进行讨论，在拐弯轮装置中根据现场需求，可以在前后端安装2 到3 组。枕组组件与转向轮组共同构成转弯装置，要注意的是在安装时要注意强度，防止受到牵引力的影响。转向轮组为该优化的主要组成部分，在将其固定在固定架上之后，目的是为了保证车辆的主绳可以在两组转向轮中工作，同时副绳则紧靠弯道转外侧的转向轮运行。在进行井下运输梭车通过弯道时，主绳被位于梭车前端的牵引板将从转向轮强行移开，在完成通过后通过钢丝绳的张力再自行恢复至转向轮移动。

4 结语

通过对现有无极绳连续牵引车运输系统中出现的问题进行分析，提出了在压绳轮和拐弯论中的一些优化建议。压绳轮的优化可解决在井下巷道中存在的绳弹现象，保证钢丝绳平稳安全的运行，提高轮绳的使用寿命。优化后的转弯轮结构简单，在早期的安装和后期的维修护理时也方便快捷，同时可解决在复杂多弯的巷道中需要接力运输的问题，减少人力和其他设备的投入，提高了井下人员、物料的运输效率，有良好的社会效益和经济效益。