电液自动排绳器的研制与应用

郭艳军 廉自生

（太原理工大学机械工程学院，山西 太原 030024）

1 背景介绍

煤矿井下采区斜巷及采煤工作面巷道材料、设备及矸石的运输基本上是使用调度绞车。由于井下空间及环境的限制，安装的调度绞车很多位置不正，部分调度绞车安装在轨道一侧，再加上调度绞车滚筒规格小，绞车在运行中经常出现排绳乱、挤绳现象，造成绞车提升钢丝绳的使用寿命短，浪费严重，甚至出现严重的安全问题。绞车在运行过程中排绳乱的安全危害一方面表现在绞车在收绳时出现垛绳，当垛绳到极限位置时，钢丝绳突然塌下，极易造成断绳跑车事故；另一方面表现在绞车在缠绳过程中挤压钢丝绳，破坏钢丝绳的抗拉强度，甚至产生余绳，严重影响绞车运输提升安全。因此，研制开发一种安全、可靠、有效的矿用调度绞车自动排绳装置，对于矿井的安全提升运输具有十分积极的意义。电液排绳装置解决了调度绞车运行时的排绳问题，传动平稳，操作方便，结构简单，承载力大，不易损坏。

2 设计原理

电液排绳装置主要由液压千斤顶、溢流阀、踩踏式三位四通换向阀、双出杆液压油缸等液压元件以及棘轮和夹绳装置等机械元件组成。本装置主要通过夹绳装置在固定导轨上往复拨绳的方式达到合理排绳的目的。绞车工作时，其拨绳所需的力呈周期变化，且随钢丝绳所在位置变化而变化。在滚筒停转或退绳时夹绳装置的位置应随钢丝绳的位置而变化。装置工作时要求有一个能实现调速、换向和限压保护等功能但压力和流量均不大的液压源。因此，在绞车滚筒大齿轮一侧安装一台齿轮油泵，并在油泵与滚筒间加装一个棘轮。滚筒退绳时油泵不工作。在绞车操作人员脚下安装一个踩踏式H型的三位四通换向阀，用来控制一个双作用双出杆液压油缸的往复移动，并带动夹绳装置在固定导轨上往复移动，实现往复拨绳，将钢丝绳整齐的排列在滚筒上。

3 成果内容

电液排绳装置利用液压千斤顶控制排绳架来回动作，通过排绳架上的夹绳装置在固定导轨上往复拨绳的方式达到合理排绳的目的，使钢丝绳自动有序地排列在绞车滚筒上，结束了以往一人开车、一人逼绳的存在的安全隐患，提高了巷道运输的安全系数。

3．1 确定液压系统方案

由于本装置主要用于往复拨绳，其所需的力是周期变化的，系统实际压力应随绳所在位置变化而变化，在电机停转后，活塞杆能固定在原来位置，并能实现调速、限压保护等要求。排绳机构横向移动的动力曾设想用电液推杆装置驱动，由操作人员按动电液换向阀控制使排绳机构横向移动。但其结构稍复杂，而且需要额外电能消耗；鉴于调度绞车滚筒宽度不大，拨绳范围小，也曾设想采用手动的方式通过连杆机构拨动排绳器，但排绳器的位置不能按需随意移动；便设想由绞车提供动力，对绞车进行改动。最后确定移动排绳器的动力由液压缸提供，在滚筒大齿轮一侧安装齿轮泵，在绞车操作人员脚下安装一个踏板。操作人员踩踏板，经过三位四通换向阀转化为排绳器左右移动。经过多次设计改进，确定液压系统方案。确定了液压系统方案，电液排绳器主要由齿轮泵、三位四通换向阀、溢流阀、双作用单活塞杆液压缸等液压元件和排绳器等机械元件组成。当作用换向阀左端操作杠杆时，滑阀被推向左端。此时液压油进入液压缸的左腔，活塞杆向左移动。当作用换向阀右端操作杠杆时，滑阀被推向右端，液压油进入液压缸的右腔，活塞杆向右移动。当不作用换向阀的操作杠杆时，滑阀处于中位，液压泵卸荷，液压缸活塞杆处于浮动状态。

3．2 制作排绳架控制钢丝绳的走向

滚筒正转缠绳时油泵开始工作，当踩下换向阀时，油缸往复移动，并带动夹绳装置实现滚筒排绳。滚筒反转退绳时，因棘轮的存在使油泵不工作。当换向阀处于中间位置（复中）时油泵卸荷，油缸活塞杆处于浮动状态，此时夹绳装置的位置与钢丝绳在滚筒上的移动同步。由于本装置仅用于缠绳过程的排绳，在退绳和滚筒停转时泵可以不工作，因此为了保证夹绳装置和钢丝绳保持同步，同时考虑操作方便等因素，故选取踩踏式中位机能为H型的三位四通换向阀。系统的限压和保护选用普通溢流阀。夹绳装置采用一对滑轮，两滑轮装于同一框架上，并能在固定导轨上左右移动，钢丝绳从两滑轮中间的凹槽穿出。固定导轨和双作用双出杆液压油缸均固定于绞车正前方的导轨支架上。

3．3 采用脚踏式液压控制阀控制排绳装置，解放了司机的双手，使得调度绞车开车更为安全

由于本装置仅用于把缠绳过程中液压系统提供的动力化为排绳器的左右移动，因此为了保证夹绳装置和钢丝绳保持同步，同时考虑操作方便等因素，故选取踩踏式中位机能为H型的三位四通换向阀，使司机在操作小绞车时可以方便的控制排绳器，实现小绞车有序排绳。

4 应用情况及经济价值

电液排绳装置解决了调度绞车在运行时的排绳问题，投入使用以来，运行效果良好，方便司机操作，承载力大，传动平稳，运转灵活，操作方便简单，可随意调整夹绳装置与钢丝绳的相对位置，未出现钢丝绳与装置的卡死现象，非常适应煤矿井下的工作环境。

电液排绳装置的使用，结束了一人开车、一人逼绳的存在的安全隐患，提高了巷道运输的安全系数。与购买的排绳装置相比，结构更为合理、性能更加稳定。外购一台需资金3万余元，自制一台成本仅需1万余元，每自制生产一台可节省资金约2万元，全矿41部绞车全部安装，可节约资金80余万元。

5 结语

电液自动排绳装置的成功研制与应用为我们在治理矿山安全隐患方面提供了新的思路，相比较与外购产品，我们自己研制的设备在解决安全隐患方面更加贴合自身实际，今后的使用维护成本也较外购设备低很多。这也是在当前煤炭行业大环境下的一条节制降耗，压缩成本又不降低安全标准的新路子。

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