梁 龍

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)四老溝礦， 山西 大同 037025）

引言

帶式輸送機(jī)、刮板輸送機(jī)、無(wú)極繩絞車等為煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸系統(tǒng)的組成部分，運(yùn)輸系統(tǒng)分為輔助運(yùn)輸系統(tǒng)和主運(yùn)輸系統(tǒng)。隨著工作面生產(chǎn)能力的增加，傳統(tǒng)輔助運(yùn)輸設(shè)備主要存在運(yùn)輸效率低、安全性偏低的問(wèn)題。同時(shí)，傳統(tǒng)輔助運(yùn)輸對(duì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，與當(dāng)前現(xiàn)代化綜采的要求不符。以無(wú)極繩絞車為核心的單吊軌設(shè)備極大提升了大型設(shè)備的運(yùn)輸效率，而且減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度[1]。為進(jìn)一步提升無(wú)極繩絞車單吊軌運(yùn)輸效率和運(yùn)輸安全性，本文將重點(diǎn)開(kāi)展無(wú)極繩絞車制動(dòng)裝置關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 無(wú)極繩絞車制動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)

無(wú)極繩絞車制動(dòng)裝置是保證設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)部件，為保證其能夠滿足制動(dòng)性能，要求所設(shè)計(jì)的制動(dòng)裝置滿足如下要求：

1）要求所設(shè)計(jì)的制動(dòng)裝置可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制模式；

2）要求無(wú)極繩絞車的實(shí)時(shí)運(yùn)行速度超過(guò)其額定運(yùn)行速度的15%時(shí)，制動(dòng)裝置可及時(shí)發(fā)揮作用完成施閘制動(dòng)功能；

3）要求無(wú)極繩絞車在制動(dòng)過(guò)程中其空動(dòng)時(shí)間不得超過(guò)0.7 s；

4）要求無(wú)極繩絞車制動(dòng)裝置的液壓系統(tǒng)的內(nèi)部壓力大于其額定壓力25%時(shí)，系統(tǒng)在5 min 內(nèi)具備保壓功能且不得發(fā)生液壓介質(zhì)的滲透現(xiàn)象；同時(shí)，液壓系統(tǒng)內(nèi)部壓力在額定壓力保壓36 h 后仍可提供正常制動(dòng)閘塊開(kāi)啟的所需壓力值[2]。

針對(duì)無(wú)極繩絞車制動(dòng)裝置以制動(dòng)小車為載體實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能，其可采用的制動(dòng)結(jié)構(gòu)包括有彈簧鉗式摩擦制動(dòng)、鉗式液壓結(jié)構(gòu)和兩桿式鉗式液壓制動(dòng)結(jié)構(gòu)等。其中，以彈簧鉗式摩擦制動(dòng)方式目前已經(jīng)逐步被煤礦棄用；鉗式液壓制動(dòng)結(jié)構(gòu)由于其本身結(jié)構(gòu)連接耳座，導(dǎo)致制動(dòng)臂存在應(yīng)力集中現(xiàn)象。因此，最終選用兩桿式液壓制動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)無(wú)極繩絞車的制動(dòng)功能，該種結(jié)構(gòu)在銷軸和制動(dòng)桿之間存在一定間歇，解決了制動(dòng)桿和制動(dòng)臂在垂直方向的約束問(wèn)題[3]。

結(jié)合無(wú)極繩絞車的工況，無(wú)極繩絞車液壓制動(dòng)系統(tǒng)主要包括有緊急制動(dòng)回路和超速保護(hù)制動(dòng)回路等。

2 制動(dòng)小車關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》中針對(duì)無(wú)極繩絞車制動(dòng)性能的規(guī)定：要求設(shè)備在緊急制動(dòng)工況時(shí)其制動(dòng)力為設(shè)備牽引力的1.5～2 倍。本文所設(shè)計(jì)的制動(dòng)裝置應(yīng)用的無(wú)極繩絞車的牽引力為160 kN，故要求制動(dòng)裝置的制動(dòng)力應(yīng)控制在240～320 kN 之間。

本小節(jié)將在上述基礎(chǔ)上重點(diǎn)完成制動(dòng)裝置關(guān)鍵部件包括制動(dòng)彈簧、離心限速器以及推桿裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.1 制動(dòng)彈簧的選型設(shè)計(jì)

根據(jù)初始設(shè)計(jì)值，無(wú)極繩絞車制動(dòng)裝置設(shè)計(jì)的制動(dòng)力為240 kN，即制動(dòng)小車的制動(dòng)力為240 kN，則可以得出一對(duì)閘瓦對(duì)工字鋼施加的正壓力為240/4=60 kN；已知閘瓦對(duì)工字鋼的摩擦系數(shù)為0.35，則可得出單側(cè)閘瓦對(duì)工字鋼施加的正壓力為60/（0.35×2）=85.7 kN。

已知制動(dòng)小車制動(dòng)臂的杠桿比例為1∶3.5，則可以得出制動(dòng)閘閘緊時(shí)彈簧力為85.7/3.5=24.485 kN，此時(shí)根據(jù)前期設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)彈簧長(zhǎng)度為637 mm；而當(dāng)彈簧壓縮量最大時(shí)，彈簧的長(zhǎng)度為587 mm。綜合上述計(jì)算結(jié)論，所選型的制動(dòng)彈簧的參數(shù)如表1 所示。

表1 制動(dòng)彈簧參數(shù)

2.2 離心限速器的設(shè)計(jì)

離心限速器為無(wú)極繩絞車實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能的關(guān)鍵部件，根據(jù)其控制方式的不同可將其分為電控式離心釋放器和機(jī)械式離心釋放器[4]。為滿足無(wú)極繩絞車的正常工作要求且確保離心限速器實(shí)際工作時(shí)彈簧左右傳動(dòng)的穩(wěn)定性得到保證，在傳統(tǒng)離心限速器的基礎(chǔ)上增加平衡滑塊，從而有效避免了在制動(dòng)過(guò)程中滑塊左右竄動(dòng)而導(dǎo)致的系統(tǒng)穩(wěn)定性降低的問(wèn)題。

2.3 推桿裝置的安裝

推桿裝置同樣為無(wú)極繩絞車制動(dòng)裝置的關(guān)鍵傳動(dòng)部件，其一方面完成卸荷閥的卸載功能；另一方面通過(guò)手動(dòng)控制直接實(shí)現(xiàn)制動(dòng)任務(wù)。推桿裝置與離心限速器和撥桿裝置的安裝如圖1 所示。

圖1 推桿裝置安裝結(jié)構(gòu)示意圖

3 無(wú)極繩絞車制動(dòng)裝置液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

無(wú)極繩絞車制動(dòng)裝置液壓系統(tǒng)原理如圖2 所示。

圖2 無(wú)極繩絞車制動(dòng)裝置液壓系統(tǒng)原理圖

3.1 液壓油缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

液壓系統(tǒng)為無(wú)極繩絞車制動(dòng)裝置的動(dòng)力源，結(jié)合制動(dòng)彈簧的選型，為其所匹配設(shè)計(jì)的制動(dòng)油缸的行程為240 mm，伸出速度為20 mm/s，回縮速度為80 mm/s。根據(jù)無(wú)極繩絞車的實(shí)際工況及其制動(dòng)裝置所應(yīng)滿足的要求，初步設(shè)定制動(dòng)裝置工作壓力為16 MPa。液壓系統(tǒng)管路中存在一定的壓力損失，則液壓系統(tǒng)的有效壓力計(jì)算如式（1）：

式中：p1為液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件的有效工作壓力；p 為系統(tǒng)初設(shè)的工作壓力，取16 MPa；Δp 為液壓系統(tǒng)管路的壓力損失，取0.5 MPa；p2為液壓系統(tǒng)的背壓，取0.5 MPa；A1、A2分別為液壓油缸內(nèi)無(wú)桿腔和有桿腔活塞的有效作用面積，結(jié)合油缸的桿徑比為0.7，計(jì)算得出為0.5。

將相關(guān)參數(shù)代入式（1）中得出，液壓系統(tǒng)的有效壓力為15.25 MPa。

同理，結(jié)合相關(guān)理論計(jì)算公式分別得出液壓油缸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，如表2 所示。

表2 液壓制動(dòng)油缸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

3.2 其他液壓元件的選型

除了液壓油缸外手動(dòng)泵和換向閥同樣為制動(dòng)裝置液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。

3.2.1 手動(dòng)泵的選型

考慮到手動(dòng)泵工作時(shí)管路中的壓力損失為0.5 MPa，系統(tǒng)最高工作壓力為16 MPa，選用可提供最大壓力為16.5 MPa 的手動(dòng)泵。綜合市面上手動(dòng)泵的產(chǎn)品參數(shù)，最終選用型號(hào)為HV-PMO 50 SE 的手動(dòng)泵[5]。

3.2.2 兩位兩通換向閥的選型

兩位兩通換向閥不僅承擔(dān)換向卸荷的功能，而且還需對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行保壓。對(duì)于換向閥而言應(yīng)采用常規(guī)應(yīng)用的JYXT-0311-00 的截止換向閥，該換向閥的最大工作壓力為31.5 MPa，可承受的最大流量為25 L/min。

4 結(jié)語(yǔ)

無(wú)極繩絞車為煤礦生產(chǎn)的輔助運(yùn)輸設(shè)備，其性能好壞間接決定煤礦的生產(chǎn)效率和作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，也是實(shí)現(xiàn)煤礦高效率、自動(dòng)化生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文重點(diǎn)開(kāi)展了無(wú)極繩絞車制動(dòng)裝置機(jī)械和液壓結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，為提升無(wú)極繩絞車的實(shí)際工況、高效發(fā)揮其運(yùn)輸效率奠定基礎(chǔ)。