電液自動(dòng)排繩器的研制與應(yīng)用

郭艷軍 廉自生

（太原理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山西 太原 030024）

1 背景介紹

煤礦井下采區(qū)斜巷及采煤工作面巷道材料、設(shè)備及矸石的運(yùn)輸基本上是使用調(diào)度絞車。由于井下空間及環(huán)境的限制，安裝的調(diào)度絞車很多位置不正，部分調(diào)度絞車安裝在軌道一側(cè)，再加上調(diào)度絞車滾筒規(guī)格小，絞車在運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)排繩亂、擠繩現(xiàn)象，造成絞車提升鋼絲繩的使用壽命短，浪費(fèi)嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的安全問題。絞車在運(yùn)行過程中排繩亂的安全危害一方面表現(xiàn)在絞車在收繩時(shí)出現(xiàn)垛繩，當(dāng)垛繩到極限位置時(shí)，鋼絲繩突然塌下，極易造成斷繩跑車事故；另一方面表現(xiàn)在絞車在纏繩過程中擠壓鋼絲繩，破壞鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度，甚至產(chǎn)生余繩，嚴(yán)重影響絞車運(yùn)輸提升安全。因此，研制開發(fā)一種安全、可靠、有效的礦用調(diào)度絞車自動(dòng)排繩裝置，對(duì)于礦井的安全提升運(yùn)輸具有十分積極的意義。電液排繩裝置解決了調(diào)度絞車運(yùn)行時(shí)的排繩問題，傳動(dòng)平穩(wěn)，操作方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，承載力大，不易損壞。

2 設(shè)計(jì)原理

電液排繩裝置主要由液壓千斤頂、溢流閥、踩踏式三位四通換向閥、雙出桿液壓油缸等液壓元件以及棘輪和夾繩裝置等機(jī)械元件組成。本裝置主要通過夾繩裝置在固定導(dǎo)軌上往復(fù)撥繩的方式達(dá)到合理排繩的目的。絞車工作時(shí)，其撥繩所需的力呈周期變化，且隨鋼絲繩所在位置變化而變化。在滾筒停轉(zhuǎn)或退繩時(shí)夾繩裝置的位置應(yīng)隨鋼絲繩的位置而變化。裝置工作時(shí)要求有一個(gè)能實(shí)現(xiàn)調(diào)速、換向和限壓保護(hù)等功能但壓力和流量均不大的液壓源。因此，在絞車滾筒大齒輪一側(cè)安裝一臺(tái)齒輪油泵，并在油泵與滾筒間加裝一個(gè)棘輪。滾筒退繩時(shí)油泵不工作。在絞車操作人員腳下安裝一個(gè)踩踏式H型的三位四通換向閥，用來控制一個(gè)雙作用雙出桿液壓油缸的往復(fù)移動(dòng)，并帶動(dòng)夾繩裝置在固定導(dǎo)軌上往復(fù)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)往復(fù)撥繩，將鋼絲繩整齊的排列在滾筒上。

3 成果內(nèi)容

電液排繩裝置利用液壓千斤頂控制排繩架來回動(dòng)作，通過排繩架上的夾繩裝置在固定導(dǎo)軌上往復(fù)撥繩的方式達(dá)到合理排繩的目的，使鋼絲繩自動(dòng)有序地排列在絞車滾筒上，結(jié)束了以往一人開車、一人逼繩的存在的安全隱患，提高了巷道運(yùn)輸?shù)陌踩禂?shù)。

3．1 確定液壓系統(tǒng)方案

由于本裝置主要用于往復(fù)撥繩，其所需的力是周期變化的，系統(tǒng)實(shí)際壓力應(yīng)隨繩所在位置變化而變化，在電機(jī)停轉(zhuǎn)后，活塞桿能固定在原來位置，并能實(shí)現(xiàn)調(diào)速、限壓保護(hù)等要求。排繩機(jī)構(gòu)橫向移動(dòng)的動(dòng)力曾設(shè)想用電液推桿裝置驅(qū)動(dòng)，由操作人員按動(dòng)電液換向閥控制使排繩機(jī)構(gòu)橫向移動(dòng)。但其結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，而且需要額外電能消耗；鑒于調(diào)度絞車滾筒寬度不大，撥繩范圍小，也曾設(shè)想采用手動(dòng)的方式通過連桿機(jī)構(gòu)撥動(dòng)排繩器，但排繩器的位置不能按需隨意移動(dòng)；便設(shè)想由絞車提供動(dòng)力，對(duì)絞車進(jìn)行改動(dòng)。最后確定移動(dòng)排繩器的動(dòng)力由液壓缸提供，在滾筒大齒輪一側(cè)安裝齒輪泵，在絞車操作人員腳下安裝一個(gè)踏板。操作人員踩踏板，經(jīng)過三位四通換向閥轉(zhuǎn)化為排繩器左右移動(dòng)。經(jīng)過多次設(shè)計(jì)改進(jìn)，確定液壓系統(tǒng)方案。確定了液壓系統(tǒng)方案，電液排繩器主要由齒輪泵、三位四通換向閥、溢流閥、雙作用單活塞桿液壓缸等液壓元件和排繩器等機(jī)械元件組成。當(dāng)作用換向閥左端操作杠桿時(shí)，滑閥被推向左端。此時(shí)液壓油進(jìn)入液壓缸的左腔，活塞桿向左移動(dòng)。當(dāng)作用換向閥右端操作杠桿時(shí)，滑閥被推向右端，液壓油進(jìn)入液壓缸的右腔，活塞桿向右移動(dòng)。當(dāng)不作用換向閥的操作杠桿時(shí)，滑閥處于中位，液壓泵卸荷，液壓缸活塞桿處于浮動(dòng)狀態(tài)。

3．2 制作排繩架控制鋼絲繩的走向

滾筒正轉(zhuǎn)纏繩時(shí)油泵開始工作，當(dāng)踩下?lián)Q向閥時(shí)，油缸往復(fù)移動(dòng)，并帶動(dòng)夾繩裝置實(shí)現(xiàn)滾筒排繩。滾筒反轉(zhuǎn)退繩時(shí)，因棘輪的存在使油泵不工作。當(dāng)換向閥處于中間位置（復(fù)中）時(shí)油泵卸荷，油缸活塞桿處于浮動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)夾繩裝置的位置與鋼絲繩在滾筒上的移動(dòng)同步。由于本裝置僅用于纏繩過程的排繩，在退繩和滾筒停轉(zhuǎn)時(shí)泵可以不工作，因此為了保證夾繩裝置和鋼絲繩保持同步，同時(shí)考慮操作方便等因素，故選取踩踏式中位機(jī)能為H型的三位四通換向閥。系統(tǒng)的限壓和保護(hù)選用普通溢流閥。夾繩裝置采用一對(duì)滑輪，兩滑輪裝于同一框架上，并能在固定導(dǎo)軌上左右移動(dòng)，鋼絲繩從兩滑輪中間的凹槽穿出。固定導(dǎo)軌和雙作用雙出桿液壓油缸均固定于絞車正前方的導(dǎo)軌支架上。

3．3 采用腳踏式液壓控制閥控制排繩裝置，解放了司機(jī)的雙手，使得調(diào)度絞車開車更為安全

由于本裝置僅用于把纏繩過程中液壓系統(tǒng)提供的動(dòng)力化為排繩器的左右移動(dòng)，因此為了保證夾繩裝置和鋼絲繩保持同步，同時(shí)考慮操作方便等因素，故選取踩踏式中位機(jī)能為H型的三位四通換向閥，使司機(jī)在操作小絞車時(shí)可以方便的控制排繩器，實(shí)現(xiàn)小絞車有序排繩。

4 應(yīng)用情況及經(jīng)濟(jì)價(jià)值

電液排繩裝置解決了調(diào)度絞車在運(yùn)行時(shí)的排繩問題，投入使用以來，運(yùn)行效果良好，方便司機(jī)操作，承載力大，傳動(dòng)平穩(wěn)，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，操作方便簡(jiǎn)單，可隨意調(diào)整夾繩裝置與鋼絲繩的相對(duì)位置，未出現(xiàn)鋼絲繩與裝置的卡死現(xiàn)象，非常適應(yīng)煤礦井下的工作環(huán)境。

電液排繩裝置的使用，結(jié)束了一人開車、一人逼繩的存在的安全隱患，提高了巷道運(yùn)輸?shù)陌踩禂?shù)。與購買的排繩裝置相比，結(jié)構(gòu)更為合理、性能更加穩(wěn)定。外購一臺(tái)需資金3萬余元，自制一臺(tái)成本僅需1萬余元，每自制生產(chǎn)一臺(tái)可節(jié)省資金約2萬元，全礦41部絞車全部安裝，可節(jié)約資金80余萬元。

5 結(jié)語

電液自動(dòng)排繩裝置的成功研制與應(yīng)用為我們?cè)谥卫淼V山安全隱患方面提供了新的思路，相比較與外購產(chǎn)品，我們自己研制的設(shè)備在解決安全隱患方面更加貼合自身實(shí)際，今后的使用維護(hù)成本也較外購設(shè)備低很多。這也是在當(dāng)前煤炭行業(yè)大環(huán)境下的一條節(jié)制降耗，壓縮成本又不降低安全標(biāo)準(zhǔn)的新路子。

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