猴車驅(qū)動(dòng)輪軸變形斷軸保護(hù)安全技術(shù)研究

孫巖，武成栓，賀永平，常有，李美梅

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司曙光煤礦，山西孝義032300）

引言

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第383條規(guī)定，在猴車主驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)輪軸中心的正下方必須安裝斷軸保護(hù)裝置，為了進(jìn)一步規(guī)范猴車運(yùn)行管理制度，保障猴車安全運(yùn)行，在猴車已裝有機(jī)頭機(jī)尾越位保護(hù)、欠速過速保護(hù)、重錘下限位保護(hù)、全線緊急停車保護(hù)、乘人間距控制保護(hù)、上變坡點(diǎn)吊繩捕繩停車保護(hù)、吊椅防過擺保護(hù)、系統(tǒng)防靜電保護(hù)、頭尾輪入省口安全防護(hù)裝置、減速機(jī)油溫保護(hù)、制動(dòng)器動(dòng)作失效保護(hù)、機(jī)頭機(jī)尾信號(hào)中斷保護(hù)、驅(qū)動(dòng)裝置二級(jí)制動(dòng)保護(hù)等13項(xiàng)保護(hù)的情況下，結(jié)合猴車技術(shù)發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)，主驅(qū)動(dòng)輪軸斷軸保護(hù)裝置必須得以安裝，并且要求結(jié)構(gòu)簡單，安全牢固，加工安裝方便、設(shè)計(jì)科學(xué)合理、使用安全穩(wěn)定等性能。

1 猴車驅(qū)動(dòng)輪軸的運(yùn)轉(zhuǎn)特性

根據(jù)巷道的設(shè)計(jì)特性，在巷道入口處把猴車機(jī)頭安裝點(diǎn)的上方固定槽鋼、橫向穩(wěn)定連接好，然后把猴車驅(qū)動(dòng)裝置總成安裝在已裝好、固定牢靠的槽鋼上，這樣既能架空猴車總成，保證猴車座椅的高度，又能落地安裝各種適用的保護(hù)裝置[1]。安裝好抱索器總成，并且G型抱索器可以繞驅(qū)動(dòng)輪和尾輪運(yùn)行。

2 力矩的分布規(guī)律設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 巷道參數(shù)

巷道總長L=3 250 m；最大坡度α1=28°；平均坡度α2=24.5°。

2.2 主要參數(shù)的確定

1）驅(qū)動(dòng)輪直徑D=1.6 m。

2）選減速機(jī)速比i=63；鋼絲繩運(yùn)行速度υ=K（π D/60）N/i=0.96 m/s。其中：K為鋼絲繩運(yùn)行時(shí)蠕動(dòng)系數(shù)，取K=0.98，N為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，740 r/min。

3）設(shè)定乘坐間距λ1=10 m，則運(yùn)輸效率Qr=32 500υ/λ1=3120人次/h。

4）預(yù)選鋼絲繩直徑Φ=26 mm，每米質(zhì)量q0=2.49 kg/m，抗拉強(qiáng)度為1 670 MPa，鋼絲繩鋼絲破斷拉力總和為452 kN。

5）驅(qū)動(dòng)輪繩槽與牽引鋼絲繩的摩擦系數(shù)μ=0.25；鋼絲繩與托輪間阻力系數(shù)ω，動(dòng)力運(yùn)行時(shí)取ω=0.02，制動(dòng)運(yùn)行時(shí)取ω=0.012。

6）牽引繩在驅(qū)動(dòng)輪上的圍包角α=180°。

2.3 牽引鋼絲繩張力的計(jì)算

2.3.1 最小點(diǎn)張力

式中：C為鋼絲繩的抗撓度系數(shù)，取值范圍為650～1 000；g為重力加速度，g=9.8 m/s2。

將數(shù)據(jù)代入式（1）計(jì)算得Fmin=24 402 N。

2.3.2 各特征點(diǎn)張力的計(jì)算

2.3.2.1 動(dòng)力運(yùn)行狀態(tài)

當(dāng)下放側(cè)無人乘座而上升側(cè)滿員時(shí)（動(dòng)力運(yùn)行狀態(tài)）：

線路運(yùn)行阻力

各特征點(diǎn)張力

式中：F1為驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)繩側(cè)鋼絲繩張力；F2為驅(qū)動(dòng)輪出繩側(cè)鋼絲繩張力；F3為迂回輪進(jìn)繩側(cè)鋼絲繩張力；F4為迂回輪出繩側(cè)鋼絲繩張力，F(xiàn)4=1.01F3；Q1為人和物總重量,取95 kg（AQ規(guī)定，人重75 kg、物重20 kg）；Q2為吊椅重量，取15 kg；L為巷道總長。

將數(shù)據(jù)代入式（2）（3）（4）（5），計(jì)算得：f上=37199N，f下=-10 077 N；F3=24 402 N，F(xiàn)1=61 845 N。

2.3.2.2制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)

當(dāng)下放側(cè)滿員乘坐而上升側(cè)無人乘坐時(shí)（制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)）：

線路運(yùn)行阻力

各點(diǎn)張力

3 行人巷道的布局特點(diǎn)

專用行人巷道埋藏深度為497～597 m，地面標(biāo)高為＋980～+1 030 m。地面全部為紅、黃土覆蓋，地勢為南高北低，東高西低。專用行人巷在山西組中下部2號(hào)煤層中掘進(jìn)，2號(hào)煤層走向大致為南北走向，傾角一般0°～10°，局部傾角可能增大[2]。2號(hào)煤層平均厚度為2.5 m。本井田為低瓦斯礦井，但須按高瓦斯礦井管理。掘進(jìn)時(shí)應(yīng)做好通風(fēng)、降溫、滅塵工作。行人巷道設(shè)計(jì)施工要求見表1[3]。

表1 行人巷道設(shè)計(jì)施工要求

4 行人巷道猴車機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的力模擬（見圖1）

圖1 行人巷道猴車機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的力模擬

5 猴車主驅(qū)動(dòng)輪軸變形斷軸保護(hù)裝置的特性

驅(qū)動(dòng)輪在斷軸后向下移動(dòng)500 mm，中心坐落在三級(jí)橫擋系統(tǒng)的O型旋轉(zhuǎn)盤內(nèi)，在盤式軸承支撐力的作用下，能夠繼續(xù)正常旋轉(zhuǎn)，起到緩慢停止的作用；當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪在軸斷裂下移時(shí)，在鋼絲繩張力作用下向前移動(dòng)，三級(jí)橫擋系統(tǒng)總成能夠及時(shí)防止驅(qū)動(dòng)輪前移，同時(shí)斷軸保護(hù)裝置的電子報(bào)警系統(tǒng)開始工作，并能在第一時(shí)間切斷電源[4]。

5.1 上壓防倒系統(tǒng)

上壓防倒系統(tǒng)主要包括U型固定卡、連接螺栓、調(diào)整安裝蹄及防火星摩擦片，它是在驅(qū)動(dòng)軸斷裂后，驅(qū)動(dòng)輪在鋼絲繩張力的作用下，乘坐人員和物的重量向前拉力的作用下，迫使驅(qū)動(dòng)輪翻翹前移，容易造成惡性事故。為了防止此類事故的發(fā)生，上壓防倒系統(tǒng)顯得更為重要。

5.2 驅(qū)動(dòng)軸變形斷裂電子報(bào)警系統(tǒng)

此系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)軸在疲勞變形時(shí)，能夠第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)，告訴猴車司機(jī)，軸已變形，驅(qū)動(dòng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)已經(jīng)不平穩(wěn)，需要及時(shí)更換。若不更換就會(huì)出現(xiàn)斷軸，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。

5.3 中央支撐三級(jí)橫擋系統(tǒng)

中央支撐是在猴車驅(qū)動(dòng)軸的正下方用挖坑、混凝土澆筑錨桿來固定，它是通過固定底板、可調(diào)行伸縮管架、組合式穩(wěn)定裝置組成，主要是支撐猴車斷軸保護(hù)器的全部重量，保證猴車驅(qū)動(dòng)軸斷裂后能夠承受各種力矩，確保乘坐人員不受傷害，機(jī)械設(shè)備不受損壞[5]。

6 斷軸后覆滅性試驗(yàn)

6.1 安裝位置概況

猴車斷軸保護(hù)裝置安裝在猴車機(jī)頭位置，猴車總驅(qū)動(dòng)由四根工字鋼橫梁支撐，橫梁離地面的距離為2.5 m，猴車機(jī)頭寬度為4 m。專用行人巷道的永久支護(hù)采用“錨、網(wǎng)、索、噴”聯(lián)合支護(hù)。所有錨桿全部使用300 mm的“一字”鋼帶，“一字”鋼帶全部順巷道方向安裝，要求緊貼網(wǎng)面與巷道輪廓面，巷道斷面為半圓拱形永久支護(hù)。

6.2 設(shè)備的布置

猴車斷軸保護(hù)裝置安裝在行人巷道最南端50 m處，猴車總成安裝在固定橫梁的上方，驅(qū)動(dòng)軸垂直向下方，驅(qū)動(dòng)軸末端安裝有驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)鋼絲繩和猴車座椅運(yùn)行，為了防止驅(qū)動(dòng)軸扭曲、變形、斷裂造成傷人事故和機(jī)械設(shè)備的損壞，必須在驅(qū)動(dòng)軸的正下方安裝斷軸保護(hù)[6]。

6.3 試驗(yàn)效果

猴車斷軸保護(hù)裝置在模擬主驅(qū)動(dòng)盤軸斷裂后，產(chǎn)生的各種力在100 000 N的沖擊下，猴車斷軸保護(hù)裝置固定支撐調(diào)整系統(tǒng)沒有損壞和變形。三級(jí)橫擋系統(tǒng)的支撐連接鐵板沒有變形和斷裂，其他各種保護(hù)系統(tǒng)能夠在第一時(shí)間內(nèi)起到作用，保護(hù)乘坐人員不受傷害，機(jī)械設(shè)備和機(jī)電設(shè)備不受損壞[7]。從根本上消滅了猴車運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)斷軸的安全隱患，從實(shí)際上夯實(shí)了安全基礎(chǔ)。

7 結(jié)語

針對礦用猴車驅(qū)動(dòng)軸發(fā)生突然斷軸的一項(xiàng)保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)了猴車在運(yùn)行過程中驅(qū)動(dòng)軸發(fā)生斷軸時(shí)，對乘坐猴車的人以及機(jī)械設(shè)備起到保護(hù)作用，也是一個(gè)更加科學(xué)、安全的保護(hù)裝置。猴車斷軸保護(hù)裝置的運(yùn)用更大程度地降低了機(jī)械設(shè)備的損壞，防止惡性事故的發(fā)生。

[1]朱龍根.簡明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦安全規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2001.

[3]紀(jì)名剛.礦井輔助運(yùn)輸?shù)挠?jì)算和設(shè)備選擇[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2011.

[4]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)研究室.理論力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2002.

[5]孫恒，陳作模.機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社；2010.

[6]程居山.礦山機(jī)械[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[7]中國紡織大學(xué)工程圖學(xué)教研室.畫法幾何及工程制圖[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1997.