梁起龍

（大同煤礦集團(tuán)永定莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西　大同　037024）

引言

在礦山運(yùn)輸場(chǎng)合，無(wú)極繩絞車(chē)作為是煤礦運(yùn)輸?shù)闹饕o助設(shè)備。根據(jù)無(wú)極繩絞車(chē)煤礦運(yùn)輸?shù)膬煞N不同應(yīng)用工況，提出無(wú)極繩絞車(chē)的總體設(shè)計(jì)方案。對(duì)無(wú)極繩絞車(chē)的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)并對(duì)鋼絲繩進(jìn)行計(jì)算選型，確定各傳動(dòng)部分的參數(shù)。

1　無(wú)極繩絞車(chē)的組成部分

無(wú)極繩絞車(chē)由機(jī)械部分以及配套的電器、鋼絲繩、通訊系統(tǒng)等構(gòu)成[1-2]。其中，絞車(chē)機(jī)械部分主要由以下六個(gè)部分組成：

1）底座：由型材焊接成整體，在其上可以安裝電動(dòng)機(jī)、行星差速器、磨擦輪變速離合閘、滾筒及常閉式液壓安全閘等各部件，并通過(guò)地腳螺栓將絞車(chē)與基礎(chǔ)固定。

2）電動(dòng)機(jī)：采用防爆型電機(jī)，電動(dòng)機(jī)輸出軸直聯(lián)行星差速器[3]。

3）行星差速器：通過(guò)一雙聯(lián)內(nèi)齒圈，圈內(nèi)安裝兩級(jí)行星輪系，以及兩套液壓塊式制動(dòng)器進(jìn)行變速。一套制動(dòng)第一級(jí)行星輪架，另一套制動(dòng)雙聯(lián)內(nèi)齒圈。當(dāng)電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)時(shí)，兩塊式制動(dòng)器全部打開(kāi)，行星差速器空轉(zhuǎn)。載貨時(shí)能通過(guò)兩套液壓塊式制動(dòng)器交互使用形成慢速、快速的轉(zhuǎn)換。

4）停機(jī)制動(dòng)器：通過(guò)一套液壓塊式制動(dòng)閘，制動(dòng)二級(jí)行星輪架，可以在較小的制動(dòng)力矩下實(shí)現(xiàn)絞車(chē)停車(chē)。上述三套制動(dòng)器的支座安裝孔位對(duì)稱布置，以滿足不同的巷道對(duì)絞車(chē)的布置要求[4]。

5）末級(jí)傳動(dòng)裝置：末級(jí)傳動(dòng)裝置由一對(duì)錐齒輪、一對(duì)直齒輪及減速箱體組成，采用封閉結(jié)構(gòu)，以便于甩油潤(rùn)滑。

6）滾筒部分：滾筒內(nèi)孔采用錐形內(nèi)孔，采用雙平鍵與減速器錐形輸出軸連接，便于滾筒拆裝[5]。

2　無(wú)極繩絞車(chē)布置方案

2.1　方案介紹

1）如圖1的排布方式，將電機(jī)、減速器和制動(dòng)系統(tǒng)放置在滾筒的兩邊；

2）如圖2的排布方式，電機(jī)和制動(dòng)系統(tǒng)放置在滾筒的兩邊，將減速器放置在滾筒的內(nèi)部；

3）如圖3的排布方式，將減速器、電機(jī)和制動(dòng)系統(tǒng)都放在滾筒內(nèi)部；

4）如圖4的排布方式，將電機(jī)、減速器和制動(dòng)系統(tǒng)都放置在滾筒的一側(cè)。

圖1　絞車(chē)布置方案一

圖2　絞車(chē)布置方案二

圖3　絞車(chē)布置方案三　

圖4　絞車(chē)布置方案四

2.2　方案的選擇

我們選擇的排布方案有兩種，一種是將行星齒輪減速器放置在滾筒內(nèi)部，這種排御方式的優(yōu)點(diǎn)是整體結(jié)構(gòu)的體積比較小，對(duì)稱性好，但是將減速器放置在內(nèi)部對(duì)安裝精度要求會(huì)高很多，對(duì)每個(gè)零件的加工工藝也要求比較高，如果機(jī)械出現(xiàn)故障維修非常不方便。

或者選擇將所有制動(dòng)系統(tǒng)、行星齒輪減速器都放在滾筒內(nèi)部的排布方式，這種方式比上。種結(jié)構(gòu)還要緊湊，但是問(wèn)題和上個(gè)方案一樣也是要求加工精度非常高，同時(shí)機(jī)構(gòu)的軸向尺寸非常的大，雖然整體機(jī)構(gòu)體積很小，可是布置不太方便。還有一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，就是制動(dòng)器和電動(dòng)機(jī)的散熱比較困難，無(wú)論維修還是調(diào)試都帶來(lái)了很大的不方便。

本設(shè)計(jì)所采用的方案為電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器和行星減速器都布置在滾筒的同一側(cè)，即采用方案四。我們?cè)诳紤]絞車(chē)機(jī)構(gòu)的排布問(wèn)題外，還要考慮其他的問(wèn)題，如下：

1）由于減速箱需要傳遞的扭矩和轉(zhuǎn)速都很大，所以最好采用電動(dòng)機(jī)到滾筒逐級(jí)降低傳動(dòng)比的方式來(lái)選擇減速箱傳動(dòng)比問(wèn)題。

2）滾筒的直徑越小越好。原因是滾筒的直徑越大，滾筒需要的扭矩越大，而需要配合滾筒的機(jī)構(gòu)尺寸也會(huì)變大。除了提升高度非常大的環(huán)境要求外，一般都是盡量小的選取滾筒直徑。

3）越來(lái)越多的需要絞車(chē)完成多種器械的運(yùn)輸，所以我們要對(duì)絞車(chē)設(shè)計(jì)部分組合式的滾筒，來(lái)應(yīng)對(duì)可能需要的快速換裝。

4）除了滾筒外，整個(gè)牽引設(shè)備的滑輪組對(duì)機(jī)構(gòu)的影響也比較大，滑輪組的倍率也不能去的太大。目前我們選取滑輪組的要求是繩索的受力不能大于50 kN。當(dāng)小于50 kN時(shí)一般用的倍率是2。起升載荷小于等于250 kN時(shí)，倍率取3～6，載荷量更大時(shí)，倍率可取8以上。

5）絞車(chē)的制動(dòng)器同樣非常關(guān)鍵，它直接決定了機(jī)構(gòu)可不可以安全的生產(chǎn)工作。所以制動(dòng)器一般要求安裝在扭矩小的驅(qū)動(dòng)軸上。

無(wú)極繩絞車(chē)傳動(dòng)原理圖如圖5所示。

圖5　無(wú)極繩絞車(chē)的傳動(dòng)系統(tǒng)

3　鋼絲繩的設(shè)計(jì)與選擇

根據(jù)無(wú)極繩絞車(chē)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的工況特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的無(wú)極繩絞車(chē)應(yīng)滿足運(yùn)輸長(zhǎng)度2 500 m，最大坡度13°，運(yùn)輸總重量20 t，無(wú)轉(zhuǎn)彎的要求，根據(jù)依據(jù)MT/T 988—2006《無(wú)極繩連續(xù)牽引車(chē)》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，選用牽引鋼絲繩直徑為Φ24.5mm。

3.1　牽引力的計(jì)算

牽引力的計(jì)算公式為：

式中：F 為牽引力，kN；G 為所拉物的質(zhì)量，km/g；G0為梭車(chē)本身的質(zhì)量，km/g；α為巷道最大坡度，（°）；μ1為梭車(chē)滾輪摩擦阻力系數(shù)；μ2為鋼絲繩摩擦阻力系數(shù)；q為鋼絲繩每米單重；L為運(yùn)輸線路的長(zhǎng)度，m。

式中：F1為破斷力，N。當(dāng)拉人時(shí)此比值要大于6.5。

以下面兩種常見(jiàn)工況驗(yàn)算鋼絲繩的破斷力是否滿足需求。

3.2.1拉噴漿料車(chē)

拉噴漿料車(chē)按照4個(gè)車(chē)計(jì)算，最大坡度13°；一個(gè)料車(chē)料自重1 400 kg，車(chē)皮435 kg；梭車(chē)滾輪摩擦阻力系數(shù)μl取值0.02；鋼絲繩摩擦阻力系數(shù)μ2取值0.25；鋼絲繩的質(zhì)量取2.165 kg/m；運(yùn)輸路線長(zhǎng)度為2 500m。把以上數(shù)據(jù)帶式（1），得出鋼絲繩的牽引力F=45.01 kN（4 501 kgf），由于破斷力為 320 N（32×l03kgf），帶入式（2）得滿

3.2　鋼絲繩破斷力計(jì)算

依據(jù)MT/T 988—2006《無(wú)極繩連續(xù)牽引車(chē)》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：足需求。

3.2.2拉支架車(chē)

拉支架車(chē)按照3個(gè)車(chē)計(jì)算，最大坡度取13°；最大牽引質(zhì)量取12 130 kg；大花車(chē)質(zhì)量取530 kg（自制加工的估計(jì)達(dá)800 kg）；梭車(chē)滾輪摩擦阻力系數(shù)μl取值0.02；鋼絲繩摩擦阻力系數(shù)μ2取值0.25；鋼絲繩的重量為2.165 kg/m；運(yùn)輸路線長(zhǎng)度取2 500m。把以上數(shù)據(jù)帶入式（1），得出鋼絲繩的牽引力F=72.84 kN（7 284 kgf），由于破斷力為 320 kN（32×103kgf），帶入式（2）得滿足需求。

4　傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)確定

4.1　絞車(chē)所需功率

在上述兩種工況下：牽引力為72.84 kN，取整數(shù)F1=80 kN時(shí)，滾筒以vl=1.0m/s的速度運(yùn)行；牽引力為F2=45.01 kN，取整數(shù)F1=46 kN時(shí)，滾筒以v2=1.7 m/s的速度運(yùn)行。

絞車(chē)所需最大功率為：

滾筒直徑D先選為1 200mm，則轉(zhuǎn)速為：

4.2　傳動(dòng)效率的計(jì)算

根據(jù)表查得：彈性聯(lián)軸器的效率η1=0.995；圓柱滾子軸承的效率η2=0.98；圓錐滾子軸承的效率η3=0.98；深溝球軸承的效率η4=0.98；直齒圓錐齒輪的傳動(dòng)效率η5=0.96；直齒圓柱齒輪的傳動(dòng)效率η6=0.98；滾筒鋼絲繩纏繞效率η7=0.97。

由以上傳動(dòng)效率計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率η為：

4.3　功率的計(jì)算

根據(jù)以上所計(jì)算的傳動(dòng)效率和工作機(jī)構(gòu)所需的功率來(lái)計(jì)算電機(jī)的輸出功率：

由功率選出電動(dòng)機(jī)：

1）絞車(chē)工作于非工作面時(shí)，選用YB315L-6 110 kW電機(jī)。

2）絞車(chē)工作于非工作面時(shí)，選用（YBK2）315L-6 110 kW電機(jī)。

4.4　電動(dòng)機(jī)功率的過(guò)載校驗(yàn)

絞車(chē)過(guò)載能力校驗(yàn)采用校驗(yàn)轉(zhuǎn)矩的方法，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：式中：Ts為基準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，N/m；Ku為考慮電壓損失、最大轉(zhuǎn)矩和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的允許偏差，試驗(yàn)載值和機(jī)構(gòu)加速度等因素影響系數(shù)，取2.0～2.2；v 為鋼絲繩的額定速度，m/s；n 為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，1 480 r/min；η為絞車(chē)整機(jī)效率。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：

顯然，Ts＞T額。

式中：P為電機(jī)的額定功率，110 kW。

4.5　傳動(dòng)比的計(jì)算及分配

電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n=1 480 r/min。由前面計(jì)算知工作機(jī)的轉(zhuǎn)速為：n1=16 r/min，n2=27 r/min。則傳動(dòng)比為

根據(jù)各級(jí)傳動(dòng)比計(jì)算各級(jí)的傳動(dòng)參數(shù)，低速傳動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)相關(guān)參數(shù)如下表1所示。

表1　低速傳動(dòng)參數(shù)

根據(jù)以上計(jì)算過(guò)程也可以得出高速傳動(dòng)時(shí)傳動(dòng)的相關(guān)系數(shù)。

5　結(jié)語(yǔ)

隨著技術(shù)水平的提高，無(wú)極繩絞車(chē)逐漸向多功能化、數(shù)字化、設(shè)計(jì)制造現(xiàn)代化方向發(fā)展。大型計(jì)算機(jī)仿真軟件技術(shù)越來(lái)越成熟，虛擬樣機(jī)技術(shù)的使用也越來(lái)越寬泛，因此已經(jīng)能夠很方便地把這些技術(shù)應(yīng)用在新型無(wú)極繩絞車(chē)的設(shè)計(jì)中。

[1]馮晉濤.SQ-120型無(wú)極繩絞車(chē)牽引技術(shù)在礦井中的應(yīng)用[J].山東煤炭科技，2017（4）：81-83.

[2]李劍峰.無(wú)極繩絞車(chē)運(yùn)輸?shù)墓に嚫倪M(jìn)[J].煤礦機(jī)械，2010（3）：82-84.

[3]劉海平，李炳文，曲利.新型礦用無(wú)極繩絞車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2005（11）：21-24.

[4]閆吉領(lǐng).無(wú)極繩絞車(chē)在礦井生產(chǎn)中的應(yīng)用及改進(jìn)措施[J].煤礦機(jī)械，2002（1）：88-89.

[5]趙建強(qiáng).無(wú)極繩絞車(chē)在礦井生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].山東煤炭科技，2015（7）：42-43.