钢绞线自动缠绕盘圈设备的工艺研究与应用

王 鹏

（晋城宏圣科威矿用材料有限公司， 山西 晋城 048000）

引言

作为煤炭开采大国，矿井巷道掘进直接制约着开采量，支护产品的用量也在迅猛发展，锚杆锚索支护系统在各大集团公司的推广使用覆盖率达到98%以上，并且凸显超强的生命力和优势。矿用锚索（主要附件钢绞）作为煤矿巷道支护的主要组成部分用量也在快速递增，但钢绞线人工盘圈已无法满足现代化生产需要，本文所研究的项目在没有任何可借鉴的相关机械研究基础上，凭借多年来对钢绞线缠绕盘圈的加工工艺及自身拥有的机械知识来进行工艺研究，并成功研发出钢绞线自动缠绕盘圈设备，且目前被稳定应用于该生产工艺，解决了人工劳动强度大的难题，降低安全系数，提高生产效率，有益于保障产品质量和工作效率，提高产品竞争力。

钢绞线自动缠绕盘圈是通过在圆形U 型槽解决钢绞线抓持应力的问题后，采用公转加自转主轴系统，其钢绞线得以缠绕盘圈成功的设备。因此，钢绞线自动缠绕盘圈设备的研究，给支护行业企业带来了革命性的改变。

1 研究背景及相关现状

我国是煤炭开采大国，虽然相关的开采设备或辅助井下生产用的各式设备都不断地进行优化和改进。但大量的支护材料（一次性材料）需要加工生产，这就造成劳动密集型企业较多。其中矿用锚索（主要附件为钢绞线）作为煤矿巷道支护的主要组成部分用量也在快速递增，目前国内现有500 多家生产企业，至今仍采用人工缠绕盘圈钢绞线的生产工艺。根据上述分析现状的问题，为实现支护材料生产企业的安全、高效、职业健康等目标有必要对此进行研究，设计生产出适用于支护材料企业使用的钢绞线自动缠绕盘圈设备，减轻工人劳动量的同时，提高生产企业的安全生产水平。

2 钢绞线自动缠绕盘圈设备的设计路线

此钢绞线自动缠绕盘圈设备采用先进的人机界面和PLC 控制，由自动进线系统将钢绞线按一定长度进线，在一台设备上同步完成钢绞线的成圈、缠绕盘圈全过程。

1）采用自动进线＋控制系统＋自动缠绕的方式组合而成；

2）设备采用平行牵引钢绞线直接进入圆型U 型槽内，对钢绞线进行束缚；

3）圆型U 型槽为三段式，其中两段为可开合；

4）采用公转加自转主轴平行缠绕盘圈的作业工艺；

5）设有自动/人工切换控制，以便检修系统故障时用；

6）装CNC 控制系统及触摸屏幕，实现良好的人机界面对话功能。

3 钢绞线自动缠绕盘圈设备的技术研究

3.1 公转加自转主轴系统

此系统是由双电机组成的大型齿轮组，悬梁式吊挂在设备的上方，主电机齿轮组负责缠绕盘圈时带动副电机自转系统进行公转运动，副电机自转系统同时对钢绞线头部进行缠绕作业，当缠绕至要求位置后，副电机自转系统退出缠绕作业，待钢绞线捆扎后进行落料。

设备主要元部件：主电机齿轮组是由伺服电机、主副齿轮共同组成的主轴系统；副电机齿轮组是尾头转动装置、气动式落料装置、伺服电机、齿轮组一体的机电气合成系统及设备；悬架是采用高强度板筋、方管等焊接而成，保证在设备整体性，强化了设备的高要求和高可靠性。

3.2 盘圈式传送系统

盘圈式传送系统主要功能是将钢绞线通过传送电机在定型盘圈架中进行传送，并在整个传送过程中要保持输送钢绞线的平衡作业，同时利用伺服电机保证钢绞线的匀速传送。

设备主要元部件：送线装置为进线后通过接受调制单元输出的控制信号，借助电机动力牵引钢绞线进线操作；定型盘圈架利用定型盘圈架来进行钢绞线的成圈，并且可保证钢绞线的抓持应力有效的释放。定型盘圈架是一个类似圆形U 型槽，U 型槽内放置一定量的360°滚动转轮，可以保证钢绞线与定型盘圈架之间非硬性摩擦或碰撞，既可减轻送线机构的压力，也可保护钢绞线头部不被因性摩擦或碰撞造成散头现象。

3.3 人机系统

人机系统包括PLC 系统、液压系统和气动控制。PLC 系统包括各类电机、各类开关、各类传感器等。主要任务是收集反馈信息进行分析，并在屏上显示，使得操作人员可以快捷方便地获取相关参数。液压系统包括泵站、各类油管、仪表、阀门等，主要功能为钢绞线自动缠绕盘圈设备的入料、缠绕盘圈、卸料提供主动力。气动系统作业辅助系统，主要包括非标气缸、各类管路，给开合定型盘圈架，各式夹紧装置提供动力。

4 推广应用的条件和前景

随着支护产品生产设备的技术进步，钢绞线自动缠绕盘圈设备也将会在煤矿支护材料领域得到广泛的重视和应用，忽视了矿用锚索（主要附件钢绞）的生产工艺，自主率先开展该项研究，必将推动矿用锚索的生产工艺的发展，“钢绞线自动缠绕盘圈设备的研究与应用”项目的研究成果将处于国内领先水平。

目前，人工进行钢绞线的缠绕盘圈，其劳动量巨大，且生产效率低，作业环境差。钢绞线自动缠绕盘圈设备解决了目前国内生产方式存在的诸多问题，钢绞线缠绕盘圈的研发成功提高了支护材料生产企业的产品质量、生产效率、环境保障等。为现代化矿井支护材料生产企业的质量和工效，这必将产生显著的经济效益和社会效益，推广应用前景广阔。

5 结语

本钢绞线自动缠绕盘圈设备具有稳定性高、安全性好、返修率低等优点。在国内也属首家研制成功并正式应用的支护材料生产企业。钢绞线自动缠绕盘圈设备的成功应用，改变了原生产矿用锚索（主要附件钢绞）的现状。随着技术的推广及应用，无疑将在其他矿用支护材料生产企业进行钢绞线自动缠绕盘圈的应用，从而产生明显的经济和社会效益。