矿井无极绳绞车压绳装置的改进

杨继周

摘 要：随着科学技术的发展，无极绳绞车和相关配套设施不断优化，技术水平得到了很大提高，但是，无极绳绞车当前仍需要解决弹绳、脱绳等问题。本文首先阐述了无极绳绞车压绳装置存在的问题，然后分析了无极绳绞车原压绳装置的受力情况，在此基础上提出了解决压绳装置弊端的措施。研究表明，新型压绳装置有效减少了无极绳绞车弹绳等现象，提高了运输效率和装置的使用年限，值得在矿井推广并应用。

关键词：矿井;无极绳绞车;压绳装置;受力

中图分类号：TD52文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）04-0094-03

Abstract： With the development of science and technology， the endless rope winch and related supporting facilities have been continuously improved， and the technical level has been greatly improved， however， the endless rope winch still needs to solve the problems of elastic rope and detachment. This paper first explained the problems existing in the rope pressing device of the endless rope winch， and then analyzed the force of the original rope pressing device of the endless rope winch， and on this basis， proposed measures to solve the disadvantages of the rope pressing device. Studies have shown that the new rope pressing device effectively reduces the phenomenon of rope winches and other phenomena， improves transportation efficiency and the service life of the device， and is worthy of popularization and application in mines.

Keywords： mine;endless rope winch;rope pressing device;stress

現阶段，工作面产能持续提高，很多综采装置应运而生，其中，无极绳绞车在辅助矿井运输方面起到重要作用[1-2]。众所周知，矿井环境恶劣，作业条件具有很大的不确定性，虽然无极绳绞车的相关参数能够满足运输要求，但在实际工作中受限于巷道没有较大的竖曲线，运输时，钢丝绳张紧力较大，这样就容易把钢丝绳弹出，对工作人员的安全造成威胁。如果钢丝绳被弹出很高，对顶板也会造成损坏，既增加了磨损程度，又加大了摩擦系数。如果压绳轮转轴失稳，也很容易致使压绳轮弹出，进而引发风险。因此，对矿井无极绳绞车压绳装置进行改进成为当务之急。

1 无极绳绞车压绳装置存在的问题

无极绳绞车是一种辅助运输系统，组成部分较多，主要有绞车、张紧装置、平拖轮组、主副压绳轮组和牵引钢丝绳等[3-5]。主压绳轮借助拉紧弹簧压紧，受到外力作用，弹簧会松开，使得主压绳轮组绳轮张开，副压绳轮组则不同，其在安装完后是固定的。研究发现，无极绳绞车运输时，压绳装置会出现弹绳和脱绳两种情况。弹绳是因为无极绳绞车在运输期间遇到巷道坡度变化大或者巷道有拐弯的情况，此时，钢丝绳会从主压绳轮组的绳轮弹出[6]。脱绳是指无极绳绞车运输时，固定绳轮的螺母松动掉落，使得绳轮从固定架上滑下来。绳轮结构实际使用时，若使用环境较为复杂，则整个设备的运行效率和质量会受到较大的影响，特别是在车道弯路有较大的起伏时，钢丝绳是整个牵引车的主要动力来源，在这种模式下，钢丝绳在转弯时的行走难度较大。传统煤矿综采过程中，工作人员会在洼点设置压绳轮，但这种方法已经无法满足煤矿行业发展的需求，因此在新型设备的优化和改装过程中，要注意洼点设置的角度，避免弹绳造成的人员损伤。另外，牵引车经过压绳轮设备时容易受到阻滞，严重时甚至会发生飞车事故，导致物料受损。笔者结合工作实践，对弹绳和脱绳问题进行研究，旨在提高生产效率和保障生产安全。

2 无极绳绞车原压绳装置受力情况

原来的压绳装置由四部分构成。一是弹簧，主要作用是复位压轮。二是机架，主要用于保障连接整体的强度。三是压轮，其和钢丝绳接触，主要用来压绳和导向，使钢丝绳摩擦力降低。四是轮轴，主要用以铰接。这里主要分析无极绳绞车压绳装置在两种情况下的受力，第一种是相同坡度的巷道，第二种是坡度变化较大的巷道。

2.1 原压绳装置在坡度相同巷道中运输的受力情况

如果巷道的坡度相同，则该装置安装不受相应弹力的影响，而且对钢丝绳产生导向功能，降低其摩擦力。此时，弹簧受到的平推力不大，能够及时复位。原压绳装置受力分析如图1所示，其中，[F]代表钢丝绳受力，[L]代表力臂长度，压绳轮之间的力矩为[M1=F1L1]，[M2=F2L2]，[M=FL-M1=FL-F1L1]或者[M=FL-M2=FL-F2L2]。

2.2 原压绳装置在坡度变化较大巷道中运输的受力情况

假设[α]代表巷道起伏坡度，[β]代表压绳偏角，[T]代表钢丝绳张紧力，则钢丝绳受力[F]=[T]sin[β]。巷道起伏坡度[α]与压绳偏角[β]成正比，[α]数值越大，则sin[β]、压绳偏角[β]就越大;反之，[α]数值越小，则sin[β]、压绳偏角[β]就越小。如果物料运输车质量较大，张紧力也大，[F]值也相对偏大，当物料运输车和巷道起伏坡度相同时，钢丝绳就会弹出。

3 无极绳绞车新型压绳装置原理

研究人员通过对原有无极绳绞车装置构造进行分析，研究出新型的压绳装置，主要改进之处是改变压绳轮的压绳方向，使其由之前的斜弹改为现在的平推。新型压绳装置的原理是，把压轮下方的转轴替换成两组跑道轮，通过滚动轴承加两侧轮的方式降低装置运行时的摩擦系数，确保不会掉道。可以使用卡片对轮轴对进行固定，保证压绳稳定运行，以免发生故障。通过弹簧实现及时还原，确保钢丝绳不弹出，使其产生的外向力转为向右的平推力。这时，向上的弹力受到约束，如果无极绳绞车运行，那么主压绳轮就会被撞开，不仅如此，还会向两侧平推，借助后弹簧片进行还原，保证钢丝绳不被弹出。

4 无极绳绞车新型压绳装置受力情况

无极绳绞车新型压绳装置的受力情况如图2所示，其中，[F]代表钢丝绳受力，[T]代表平推力，[L]代表力臂长度，压绳轮之间的力矩[M=TL]。因为受到两组跑道轮的影响，压轮转动不会发生偏转，这样就不会出现钢丝绳弹出现象。

5 避免压绳装置出现弹绳和脱绳的措施

5.1 降低巷道坡度的起伏程度

要合理降低巷道坡度的起伏程度，即增加巷道竖曲线的半径。首先，受煤层和断层倾角的影响，掘进操作面工作时不能出现在同一个坡度，所以巷道起伏变化会很大。需要注意的是，一定要联系实际情况，最大限度地降低巷道的坡度起伏程度，增加设备和设施的安全系数。其次，最大限度地增大巷道竖曲线半径，根据相关要求，无极绳绞车运输时的竖曲线半径不得低于20 m，但实际运行中，牵引车的质量较大，因此其竖曲线半径也应该实现最大化，使得相应的风险和压绳装置的数量降低。

5.2 采用重型压绳轮

使用重型压绳轮时，既要改进压绳轮，又要应用强度比较大的弹簧和机架，组成三组压绳轮。梭车经过第一组压绳轮时，梭子把弹簧打开，此时，第二组压绳轮和第三组压绳轮处于关闭状态，同理，经过第二组压绳轮时，第一组压绳轮和第三组压绳轮处于关闭状态，而在经过第三组压绳轮时，第一组压绳轮和第二组压绳轮处于关闭状态，这样可以确保钢丝绳一直处于一组压绳轮里，并且这三组压绳轮通过同一个机架形成一个整体，强度就会更高，其不容易产生变形，防止钢丝绳出现脱绳现象。

5.3 增加压绳轮组数量

如果仅采用一组压绳轮，其力量相对较弱，当坡度较大或者重车运输时，压绳难度加大，钢丝绳容易弹出。鉴于此，要在底弯段增加多组压绳设备，避免钢丝绳出现脱绳现象。

5.4 適当增加拉紧弹簧的数量

将无极绳绞车压绳轮的拉紧弹簧作为根本，另一个拉紧弹簧采用并联形式，加入原有装置，此时，根据累加原则，系统可产生的拉力是原拉力的两倍。在选择弹簧时，技术人员应当结合系统启动时钢丝绳可以产生的牵引力，并全面考量系统设置的安全系数，从而确定科学的弹簧弹性系数，并将其作为标准，科学选定合适的弹簧。同时，技术人员可以优化压绳装置位置，以取得更好的效果。不同的绞车位置均需要安装压绳装置，各个位置受力的情况也有较大的差异。所以，在进行具体的位置布置时，要从实际情况出发，综合进行考量。若某个位置整体的荷载较大，技术人员则可通过增加压绳装置的方式来改善这种情况。同时，技术人员也可以通过缩小两者之间距离的方式，对这种情况进行针对性的改善。相反，若某个位置整体的荷载较小或者没有荷载，技术人员就不需要在这个位置安装压绳装置，可以适当增加装置与装置之间的距离来应对这种情况。

5.5 将挡销插入设备中

在设备运行时，压绳装置下端容易出现螺母松动的问题，进而导致绳轮产生松动。为了更好地避免这种情况，在实际操作时，人们通常将挡销插入设备中，有效防止螺母松动，如图3所示。

5.6 改进轮绳结构

轮绳结构在长期使用中表现出部分缺陷，人们可以对其进行针对性的优化。在具体实施时，可以将铁道底边、固定板及压绳轮全部有效固定，改善固定点、压绳轮的具体运行情况，确保钢丝绳使用时径向受力且其他方向不受力，降低其他应力对其运行过程的影响，该种改进方式可以取得较好的效果。改装后，装置的压力点有较大的不同，可有效地防止弹绳问题。同时，若使用过程中出现部件损坏的情况，技术人员更换较为便捷。在使用的过程中，人们可以根据实际作业的需要，对弹簧强度进行调整。此外，装置改进后，受坡度的影响非常小，其可以进行自由安装，特别是对于压绳轮系的各种类型来说，其尺寸与强度可以根据实际需要进行调整。

6 结语

煤矿井下辅助运输离不开无极绳绞车装置，其具有连续运输的优势，而且安全性较高。本研究通过改进原压绳装置，把斜推力转变为平推力，增大了安全系数，避免了钢丝绳弹出和车辆脱轨，极大地提高了运输效率，尤其是在起伏较大的巷道中，无极绳绞车运输更加高效，为煤矿健康持续发展奠定了基础。

参考文献：

[1]郭海栋.论煤矿井下无极绳绞车压绳轮的改装[J].中国石油和化工标准与质量，2020（7）：151-152.

[2]罗笑.矿井无极绳绞车压绳装置改进及其应用[J].山东煤炭科技，2020（2）：109-110.

[3]冯宝梁.无极绳绞车压绳装置改进与应用[J].水力采煤与管道运输，2019（4）：135-136.

[4]郭鹏.矿用无极绳绞车压绳装置改进研究[J].石化技术，2019（9）：28-29.

[5]张喜平.无极绳绞车压绳装置的改进应用[J].矿业装备，2019（3）：174-175.

[6]黄天才.无极绳绞车压绳装置的改进探析[J].机电工程技术，2019（3）：181-183.