限载矿用双速绞车的设计探析

蒋鑫

摘 要：在当前的煤矿开采运输过程中，利用矿用的绞车是比较广泛的一种设备，绞车的安全性也就会对整个煤矿的开采起到重要的作用。但是在当前的矿用绞车的使用过程中，都是利用电机来进行驱动的，也会存在许多隐患。比如调速的能力比较弱，在操作方面比较复杂，还存在着一定的安全问题等。针对这些问题，对现行的绞车进行了简单的分析，对限载矿用双速绞车的设计进行了简单的研究，希望能够给以后的绞车设计提供帮助。

关键词：限载矿用；双速绞车；设计

1 矿用绞车的发展情况

1.1 标准化发展

当前，许多国家都已经对矿用绞车制定了一系列的标准。比如日本、美国、英国、德国等，而且在这些国家中的制造公司都对自身生产的产品有着系列的型谱，对使用中的绞车在性能以及参数等方面都进行了明确的规定，而且进行了强力的推行，这也在进行设计、制造以及使用的过程中都提供了很大的便利。

1.2 结构紧凑化发展

在煤矿的井下施工中，环境比较狭窄，这也就要求使用的绞车体积要比较小，重量也要比较轻。目前，各个国家都已经开始对绞车的发动机、传动装置、滚筒以及底座等各个零部件都进行了系统上的要求，确保在能够达到使用目的的同时还应该要提高结构的紧凑度，保证外形的封闭。因此也出现了多种不同的改进方式，有的是把传动的位置放置在滚筒的内部，有的是在滚筒的顶端，有的是把电动机放在滚筒的里面，还有的是把减速器和底座放在一起的。多种不同的方式都是为了让绞车的结构变得紧凑。

1.3 高效节能化

在世界上的一些比如日本、俄罗斯等发达国家，对绞车的设置参数都进行了一定的设计优化，尽可能的选用最佳的参数以此来提高产品的性能。在设计传动结构方面，可以利用先进的传动形式，并且利用更合理的制造精度来提高生产效率。而在对产品的节能方面，各国也都非常的重视，比如俄罗斯，在进行绞车的节能方面中，在对绞车的实际工作情况进行了分析之后，来进行电动机功率的确定，让电动机在保证完成绞车的功能，又能够让电动机的功率得到更好的利用。

2 绞车运行中存在的隐患

在进行煤炭开采的过程中，绞车的使用情况非常的多，也是不可或缺的一个设备。所以其使用性能将会直接的影响到煤矿资源的开采效率，其安全性以及可靠性更是对整个开采情况有一定的影响。针对当前的绞车使用状态来看，存在着一定的安全隐患。

2.1 调速性能比较差

在传统的绞车使用过程中，调速的情况实现的并不是很好，而当进行负载启动的时候，更是不能够实现软启动。绞车在提升起重物的时候，不能够更快的来降低绞车的速度，这对绞车的制动来说也非常不利。当前，一般是利用提前来进行制动阀的操作来进行，能够强迫性的降低绞车的运行速度。但是这种解决方式对制动阀皮会造成严重的磨损，而这种控制制动的手段还是存在一定的安全隐患，易造成安全事故。

2.2 断绳伤人情况

出现断绳伤人的情况主要有两种，一是在绞车提起或者放下重物的时候，一旦绞车的速度比较快，操作人员进行制动的时候，会因为惯性而发生断绳的情况。而另一种则是在绞车的运行中，负载过大的时候，也会让钢丝出现断裂的情况。这些都是容易伤及到施工人员，发生安全事故。

3 绞车的结构设计与分析

在进行机械设备的设计过程中，有的问题会有许多种不同的解决方式，在进行常规的设计过程中，设计者在进行设计的时候不能够得到许多的方案，也不能够对多种方案进行分析，也就不能够得到最适合的方案。当前的现代机械设计中，主要的作用就是从许多的备选方案中得到更加优化的设计方案。而对设计进行优化的主要内容就是数学，利用对计算手段的简化，利用计算机等来进行计算。首先就是要将设计方面的问题来进行数学语言的描述，组成表达式之后进行数学建模，这些数学表达式就是模型。然后再从中选择出最合适的计算方案，利用计算机来进行计算进而得到数学参数。在进行绞车的卷筒设计的时候，首先就应该要能够达到相关的存储空间以及负载能力，对与其他的进行配合的设备之间也要进行综合考虑，确定卷筒的相关参数。

限载矿用双速绞车采用两级内啮合齿轮传动和一级行星轮传动。Z1/Z2和Z3/Z4为两级内啮合齿轮传动，Z5、Z6、Z7组成行星传动机构（如图1）。在电动机轴头上安装着齿轮Z1，通过内齿圈Z2、齿轮Z3和内齿圈Z4，把运动传递到齿轮Z5上，齿轮Z5是行星轮系的或称太阳轮，接着带动两个行星齿轮Z6，再传递到大内齿轮Z7。两个行星齿轮自由地安装在2根与带动固定连接的轴上，大内齿轮Z7齿圈外部安装有工作闸，用于控制绞车滚筒转动。如将大内齿轮Z7上的工作闸（右）闸住，将滚筒上的制动闸（左）松开，此时电动机的转动由两级内啮合轮传递到齿轮Z5、Z6和Z7。但因Z7被闸住，不能发生转动，故齿轮Z6只能一方面绕自己的轴线转动，另一方面还要绕齿轮Z5的轴线公转，从而带动与其相连接的带动转动，此时Z6的运行方式类似于太阳系中的行星，所以齿轮Z6称行星齿轮，其传动方式为行星传动。相反，如将大内齿轮Z7上的工作闸（右）松开，将滚筒上的制动闸（左）闸住，因为Z6与滚筒直接连接，只自转，无公转，由Z1至Z7的传动系统变成定轴轮系，大内齿轮Z7做空转。交替松开、闸住工作闸或制动闸，便可实现绞车在不停电动机的情况下运行和停车。当需作反向提升时，须重新按动启动按钮，使电机反转。同时，调节绞车起升和下放速度或停止，两个刹车装置可交替刹紧或松开。

为了达到较好的均载效果，在设计中的均载机构采用无多余约束的浮动，也即在行星轮之中安装一个球面调心轴承，高速级行星架无支承并与低速级太阳轮固定联接。此方法的优点是机构中没有多余约束，结构简单，浮动效果良好，齿长方向的载荷均匀分布。由于行星轮内只安装一个轴承，当传动比较小时，轴承尺寸较小，寿命更长。设计中同时采用了适当的变位齿轮。在渐开线行星齿轮传动中，可以获得以下效果：获得较准确的传动比；提高啮合传动质量和承载能力；在保证传动比的前提下得到理想的中心距，在保证装配和同心等的条件下，使齿数的选择有比较大的灵活性。

4 结束语

在进行煤炭资源的开采过程中，矿产资源开发中使用的绞车是对煤炭资源进行运输以及牵引的重要手段之一，绞车在使用方式上主要有调度使用、运输适用、回柱使用等。對当前的矿产使用中的绞车进行分析，发现其有着许多不确定的问题，包括启动的冲击比较大、操作比较困难、负载能力不确定等。根据当前绞车在使用的过程中存在的传动的形式，设计出更适合当前煤炭开采的双速绞车是非常有必要的。

参考文献

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