无极绳新型辅绳压绳装置的应用

2022-03-06李云海

当代化工研究 2022年3期

＊李云海

（山西焦煤集团有限责任公司屯兰矿山西 030206）

引言

无极绳绞车是以钢丝绳牵引的轨道运输设备，主要应用于井下采区大巷和工作面顺槽，实现大型综采设备及材料的长运距运输，能大大提高运输效率和安全可靠性，在轨道运输矿井应用广泛。无极绳绞车运输线路较长，由于不同地质构造，上下山巷道通常会出现多处起伏，运输大型设备时，在巷道的低洼处就会出现“飘绳”现象，存在安全隐患，且不符合相关规定要求。

为解决“飘绳”现象，需安设钢丝绳压绳装置。以往，无极绳绞车的主绳、辅绳均采用传统的压绳轮组将钢丝绳压住，一定程度上能够解决主绳、辅绳的压绳问题，无极绳梭车牵引着车辆经过时，梭车底部穿绳的楔块与压绳轮组存在一定的碰撞，随着运输量的增加，压绳轮组的弹簧和压轮经常损坏。采用传统压绳轮组存在配件易损坏、后期维护量大、投入费用高、压绳效率低等缺点（如图1）。主绳压绳一般是增加压绳轮组的数量以达到压绳效果，而针对辅绳的压绳问题，我们另辟蹊径，研制了无极绳新型辅绳压绳装置。

图1 传统压绳轮组弊端

1.无极绳新型辅绳压绳装置的技术方案

(1)无极绳新型辅绳压绳装置的结构组成

在无极绳运输线路低洼处，加设新型辅绳压绳装置（如图2），以解决无极绳辅绳“飘绳”问题，具体阐述如下：

图2 无极绳新型辅绳压绳装置的结构原理图

①底座：底座采用12#槽钢，整体长度1m，宽度120mm，两端分别对称加工2个φ18mm的圆孔，第一个孔到顶端50mm，第二个孔到第一个孔150mm，槽钢上偏向右侧留有4个φ18mm的圆孔，垂直于底座方向相邻孔距50mm，平行于底座方向孔距220mm。

②支撑角钢：每个支撑角钢采用2片15mm厚的钢板直角焊接而成，整体宽度100mm，高度160mm，底座面往上140mm处预留压绳轮轮轴安装孔，安装孔长30mm、高20mm。支撑角钢作为压绳轮的支撑组件，采用4条φ16×50mm连接螺栓与底座连接。

③防护罩：采用3mm厚的钢板焊接而成，整体宽度为110mm，高度170mm。防护罩作为压绳轮的防护组件，防止煤尘侵入及其他物体的撞击，与支撑角钢一起采用4条φ16×50mm连接螺栓固定在底座上。

④压绳轮：采用锰钢制作，能够在井下恶劣的工况条件下表现出高强度的抗磨性。压绳轮长度140mm，压绳轮内径φ60mm，轮缘端部外径φ90mm，轮轴两侧各安装1套6205深沟球滚动轴承，要求转动灵活，轴的两端固定在支撑角钢上。

(2)无极绳新型辅绳压绳装置的安装维护注意事项

在无极绳绞车停止运输时方可进行安装维护工作，安装时，用4条φ16×50mm螺栓和压片将底座固定在轨道上，再安装支撑角钢、压绳轮、防护罩，最后用4条φ16×50mm连接螺栓固定。维护内容主要包括以下几项：底座与轨道的连接螺丝是否松动，若松动则紧固；压绳轮支撑角钢的开口部位是否变大，若变大则更换；压绳轮是否转动灵活，不灵活则更换压绳轮。

2.无极绳新型辅绳压绳装置的使用效果

为了解决无极绳运输线路的辅绳压绳问题，本装置从更加高效、实用、经济的角度大胆尝试，工程技术人员坚持现场追踪落实，不断改善，最终获得良好的使用效果，如图3，图4所示。

图3 现场使用图

图4 大角度斜坡的使用效果图

3.无极绳新型辅绳压绳装置的优势

无极绳新型辅绳压绳装置与传统的压绳轮组相比，具有以下优势：

(1)结构简单、安装方便

如图2所示：无极绳新型辅绳压绳装置只有底座、支撑角钢、防护罩、和压绳轮4部分组成，结构简单。以往压绳轮组占用空间较大、重量较重（长×宽为800mm×500mm，重为40kg），安装时需提前准备，首先在枕木中间挖槽，预留出安装空间，采用12条φ16mm螺栓与压片组合，在轨道上固定底座。安装过程需要多人相互协作，费时费力。而新型辅绳压绳装置，不用掏槽和移动水泥轨枕，只需用4条φ16mm螺栓和压片组合，就可以固定底座，然后再依次安设其余配件。整个安装过程只需2人即可，安装方便。

(2)压绳效率高、使用寿命长

传统压绳轮组常因为弹簧挂钩掉落、压绳轮底部的固定销轴脱落、压绳轮下部连接轴断裂等各种原因造成压绳失效，压绳效率低；另一方面，正常运输时，压绳轮常常会碰撞无极绳梭车底部的楔块，造成楔块或压绳轮损坏，存在安全隐患。而本实用新型辅绳压绳装置，只压辅绳，压绳轮位置偏向轨道中心一侧，从根本上避免了与无极绳梭车底部楔块的碰撞，只要压绳轮的固定组件和轴承正常，就会一直处于压绳状态，大大提高了压绳效率；另一方面，压绳轮采用锰钢制作，能够在井下恶劣的工况条件下表现出高强度的耐磨性，并安装了防护罩，有效防止了煤尘等杂质的侵入及其他物体的撞击。根据经验数据，本实用新型辅绳压绳装置能够使用10个月以上，较之传统压绳轮组，使用寿命大大增加。

(3)维护方便、减少人力投入

传统压绳轮组常因上述原因造成压绳失效，维护时需要多人相互协作，而本实用新型辅绳压绳装置，只需2人维护即可，大大减少了人力投入。

(4)能够解决大角度斜坡(≤14°)的辅绳压绳问题

其理论计算如下：

已知煤矿井下斜坡坡度α，斜坡上A点梭车牵引5车岩石向上运行，坡下变坡点B点安设1组压绳装置（如图5）。

图5 辅绳压绳轮受力分析

①A点牵引力F1

A牵引车辆和钢丝绳：

梭车质量G0为0.5t，矿车自重718kg，载重2700kg，牵引车数为5车，车列总重为：Q+G0=(718+2700)×5+0.5×100 0=17590kg；

钢丝绳型号为：6×19S+FC—φ26mm钢丝绳，单位长度钢丝绳质量qg为2.49kg/m，无极绳绞车运输距离L为1000m；

B无极绳牵引车运行阻力，即钢丝绳拉力F1计算如下：

式中，F1-钢丝绳拉力，单位：kN；

fk-车辆运行阻力系数，取0.02；

μ-钢丝绳摩擦阻力系数，取0.25；

g-为重力加速度，取g=9.8m/s2。

将数值代入（1）式：

②B点压绳轮所受合力合F

根据受力分析（平行四边形定则），得：

由图中得知：β=180-α，

代入上式得：

压绳轮可看作一个定滑轮，定滑轮不改变力的大小，只改变力的方向，故F2=F1。

代入上式，得：

③计算斜坡倾角α

辅绳压绳轮采用6205深沟球滚动轴承，径向额定动载荷≤14kN，即F合≤14kN，代入式（4）得：

联合式（2）、式（6），得以下方程组：

经过求解得：α≤14°。

故该辅绳压绳装置可在≤14°的斜坡使用，能够解决该工况的辅绳压绳问题。

4.社会、经济效益

直接经济效益：以往的压绳轮组费用较贵（3500元/套），而新型辅绳压绳装置费用较小（约150元），每套节约3350元。以每条无极绳运输线路平均1700m测算，平均安装9组辅绳压绳装置，全矿8条无极绳运输线路，共安装辅绳压绳装置72组。传统的压绳轮组每4月需更换一次，新型辅绳压绳装置10个月需更换一次托绳轮，每年节约设备材料费用约60万元。

间接经济效益：由于此套装置安装拆卸简单，安装时减少人员投入1人；维护起来方便省力，维护时减少人员投入1人；运行时安全可靠，压绳效率高，使用寿命长，以全矿8条无极绳运输线路推算，每年节约人员投工费用约10万元。