无极绳连续牵引系统中钢丝绳受力特性分析.pdf

第35卷2007年第12期 MiningProcessingEquipment 铲 装 运 46 上接第 45 页 的使用寿命。预计每年可节约电费 15 万元，减少更换轮衬和钢丝绳费用 10 万元，共计 25 万元。 3 减少了运人环节 该装置的应用，使工人少爬 一条斜井，少走 1 690 m 平巷，方便了出入井，节省了 时间，同原路线相比单程可节省 40 min 左右，减少了 体力消耗，使工人能够保持充沛的精力进行工作。 4 消除了安全隐患 过去乘坐汽车走山路的安全 隐患彻底消除，架空乘人装置操作简单，乘坐舒适， 上下方便，相比斜井人车等其它运人方式而言，架空 乘人装置更加安全可靠。 5 填补了矿井辅助运输的一项空白 该设备属国 内首创，解决了多年来辅助运输的难题，对煤矿辅助 运输设备的进一步发展起到了积极的推动作用。 8 结束语 随着这种新型抱索器及转弯装置的问世，使采 用固定抱索器架空乘人装置通过水平转弯技术实现了 零的突破，其产品性能和使用范围有了新的拓展，与 国外同类产品相比，具有造价低、构造简便、安装方 便、便于管理维修等特点，开创了矿井复杂巷道条件 下运人系统使用固定抱索器架空乘人装置实现倾斜、 水平转弯连续运送的先例，起到了很好的示范作用， 具有广阔的推广应用前景。□ 收稿日期2007-04-05 修改稿日期2007-06-15 论文编号1001-3954200712-0046-048 无极绳连续牵引系统中 钢丝绳受力特性分析 吴 涛1 马步伟2 王眉林3 1北京神华国际技术有限责任公司 北京 100011 2平顶山工学院化学化工系 3中国矿业大学机电学院 摘要对矿用无极绳连续牵引系统中钢丝绳受力进行了分析，并在无极绳绞车和绳牵引卡轨车基本 计算的基础上，利用欧拉公式和挠性体摩擦理论等提出了适合钢丝绳的计算方法，为各部件的选型 提供了理论依据，提升了技术性能，形成了 22～110 kW 系列化产品。 叙词梭式矿车 无极绳 连续牵引系统 钢丝绳受力 特性分析 作 为煤矿辅助运输设备的无极绳连续牵引车，属 于绳牵引轨道运输系统，它采用摩擦绞车牵引 实现往返式运输，由钢丝绳与滚筒之间产生摩擦力而 形成牵引能力。无极绳运输具有运输能力与运输距离 无关的优点，运输方式分为上行式 钢丝绳在矿车的上 方 和下行式 钢丝绳在矿车的下边 两种。上行式虽运 行阻力小，但在线路上需设置许多托绳轮和支架，消 耗材料多，且由于钢丝绳搁在矿车上，两者磨损都很 大，在起伏的底板上，矿车运行欠稳定。因此，上绳 式已淘汰[5]。本文主要分析下行式钢丝绳。 1 钢丝绳运行阻力 钢丝绳运行阻力主要是钢丝绳沿线路直线段和曲 线段运行时，在各种托绳轮、压绳轮及导向轮上所受 的各项阻力。 1.1 绳牵引卡轨车 计算方法 钢丝绳运行阻力 见图 1 在绳牵引卡 轨车计算中，一般是 按线路效率计算的， 线路效率由试验得到。通常按下式计算[2] . . 08 15 001 L-ha 式中 ηL线路效率 0.8直线运行效率 α水平弯道转角， 一般水平弯道平均每转 15，效率降低 1。 该计算方法未考虑运输距离对钢丝绳运行阻力的 影响，钢丝绳在直线段运行阻力取效率固定值 0.8。但 在当前煤矿井下，运距一般为 1 000～3 000 m，在如此 大的运距变化中钢丝绳运行阻力按相同效率计算，显 然不合理。 1.2 无极绳运输计算方法 [4] 在无极绳运输计算中，由于沿途钢丝绳始终牵引车 辆，钢丝绳运行阻力不再单独计算，而是直接把钢丝绳 重量和矿车重量加在一起统一计算矿车运行阻力。 水平巷道运输时通常按下式计算 WL＝1000ZGZiqRLgā N 式中 WL重股或空股运行阻力，N GZi各组成车辆单车总重量，t Z牵引矿车数量 qR钢丝绳单位长度的重量，kg/m 图1 直线段钢丝绳运行阻力计算图 无极绳连续牵引系统中钢丝绳受力特性分析 第35卷2007年第12期 MiningProcessingEquipment 铲 装 运 47 L运输距离，m 坡道阻力系数 �矿车运行阻力系数，一般取 0.015～0.03 上下山巷道运输时通常按下式计算 WL＝1000ZGZiqRLg�cos�maxsin�max N 式中 �max运行坡道最大倾角， 该计算方法属于上绳式无极绳运输计算，沿途 钢丝绳与车辆连接，钢丝绳通常没有空绳存在，计算 时只按照水平运输、上山运输及下山运输三种工况考 虑。虽然考虑了运距对钢丝绳阻力的影响，但仅把钢 丝绳与车辆的重量加在一起来考虑运行阻力系数，也 不完全适合无极绳连续牵引车的设计计算。另外，传 统无极绳运输不能实现水平弯道运行，因此在进行钢 丝绳运行阻力计算时没有考虑弯道阻力。 1.3 有极绳曲线段 钢丝绳阻力计算 [4] 有极绳牵引通过 水平弯道时 如图 2， 假设导向轮组密集排 列，钢丝绳通过导向 轮组的阻力可近似用 欧拉公式计算。导向 轮组的中心角为 α1， 钢丝绳在导向轮组相 遇点和分离点的张力 分别为 Sn 和 Sn1，那 么，导向轮组的阻力 Wr＝Sn1-Sn。 根据欧拉公式， 得出 Sn1＝Sneλα1 式中 λ导向轮的阻力系数，λ＝fd2k/Dr f导向轮轴颈的摩擦系数 k滚动摩擦系数 d导向轮轴颈的直径，m Dr导向轮的直径，m 1.4 无极绳连续牵引车计算方法 根据上述无极绳、有极绳和绳牵引卡轨车运输的 计算方法，分析了无极绳连续牵引车的运行状况，提 出无极绳连续牵引车钢丝绳运行阻力计算方法如下 直线段钢丝绳运行阻力 WSZ＝2qRf1�Licosβi 1 式中 f1钢丝绳与托绳轮的滚动摩擦系数，f1＝ 0.15～0.35 βi巷道不同坡段坡度， Li不同坡度对应坡段的长度，m 曲线段钢丝绳运行阻力 . WW 15 001 SWSZ a N 2 实际计算时，由于井下巷道坡度变化较多，按照 该计算方法计算时需提供详细巷道剖面图，了解巷道 坡度变化情况，如果是多变坡巷道，计算比较复杂。 一般情况下，巷道起伏变化不太多时可按照式 2 进行 钢丝绳阻力准确计算，如巷道起伏变化较多，建议采 用式 3 进行计算 WS＝WSZWSW＝2qRf2gL . 1 15 001 abl N 3 式中 WS钢丝绳运行阻力，N f2钢丝绳与沿途导向轮组摩擦系数，f2＝0.2 2 钢丝绳张力计算 无极绳牵引运输系统依靠驱动轮与钢丝绳之间的 摩擦力带动系统工作。因此，挠性体摩擦理论完全适 用于钢丝绳的张力计算；牵引钢丝绳各点张力用逐点 计算方法计算。 如图 3 所示，一方面，在连续牵引车牵引运输 时，钢丝绳的最大张力点在 4 点处，即与牵引绞车摩 擦轮的相遇点处的张力 F4，由逐点计算式知，为克服 运行阻力，牵引绳相遇点最大张力 S4 与绞车摩擦轮分 离点 1 处的张力 S1 有下列关系[6] S4＝WLS3， S3＝kS2， S2＝WSS1 则 S4＝kWSS1WL 4 式中 k钢丝绳通过尾轮及张紧装置导向轮时张力 增加系数，k＝1.05～1.07 WL矿车运行阻力 WL＝1 000gG0�Gωcosβmaxsinβmax[2] G0梭车自重，t �G有效牵引重量，t 图3 无极绳连续牵引车原理图 另一方面，钢丝绳与牵引绞车为摩擦传动，S4 与 S1 还应满足挠性体摩擦传动的欧拉公式 S4＝S1eα，同 时考虑一定备用摩擦力，防止摩擦轮与牵引钢丝绳之 间打滑，S4 与 S1 有下列关系 S4-S1＝S1eα-1/n 5 式中 n摩擦力备用系数 或称防滑安全系数，n ＝1.1～1.2 α钢丝绳在摩擦轮上的围包角， 钢丝绳与摩擦轮间的摩擦系数，其值视驱 动轮绳衬材料而定，采用 PVC 或 GM-3 绳衬取 0.3，铸铁绳衬取 0.15～0.18[7] 则 S4＝S1[1eα-1/n] 6 联立式 4 和式 6，可求出 S1、S2、S3 和 S4。 3 结论 因无极绳连续牵引车的工作原理类似于无极绳绞 车和绳牵引卡轨车，而后两者的基本计算已有公开文 献报道[1]，本文在无极绳、有极绳和绳牵引卡轨车运输 计算方法的基础上，提出了适合无极绳连续牵引系统 钢丝绳受力的计算方法，为钢丝绳、电机等系统各部 件的选型提供了理论依据，提升了技术性能，拓宽了 无极绳连续牵引车的使用范围，形成 下转第 48 页 a 弯道轨道实图 b 曲线段钢丝绳运行阻力计算图 图2 弯道系统图 无极绳连续牵引系统中钢丝绳受力特性分析 第35卷2007年第12期 MiningProcessingEquipment 铲 装 运 48 上接第 47 页 了 22～110 kW 系列化产品。 该系列化 产品于 2000 年开始在兖矿集团、淮南张集煤矿、峰峰 梧桐庄矿推广应用，收到了良好的经济效益。 参 考 文 献 1 河北煤炭科学研究所编. MT/T885-2000 矿用无极绳调速机械绞车. 北京煤炭工业出版社，2001 2 洪晓华. 矿井运输提升. 徐州中国矿业大学出版社，2000 3 Fortune，J.A.B. Crawshaw，S.A.M. Developments in the application of underground battery vehicles in the UK coal mining industry. Mining Technology，v78，n902，.1996Oct 4 李树森. 矿井轨道运输. 北京煤炭工业出版社，1986 5 寇嘉年，罗金全. 矿井辅助运输. 北京煤炭工业出版社，1996 6 王 沛. 钢丝绳牵引卡轨车系统的设计计算方法. 煤矿自动化， 19871 7 中煤建设开发总公司. 现代矿井辅助运输设备选型及计算. 北京 煤炭工业出版社，1994 □ 收稿日期2007-05-23 修改稿日期2007-07-15 作者简介李国云，男，1965 年生，四川合江人，攀枝花学院机械 工程副教授。研究方向矿业工程，先进制造技术。 谭兴强，男，1971 年生，湖南茶陵人，攀枝花学院机电工程学院讲 师。研究方向工业测控，流体传动与控制。 论文编号1001-3954200712-0048-049 WK-4 B 型电动挖掘机 斗底装置技术改造 李国云 谭兴强 攀枝花学院机电工程学院 四川攀枝花 617000 摘要WK-4 B 型电动挖掘机的原斗底装置是分体式铆焊件，其使用寿命极低，裂纹后修复极其困 难。经分析导致斗底装置使用寿命低的主要原因是大范围焊接应力和材质不匹配引起的。为此选用 ZG45 铸钢对斗底进行整体铸造加以改造，使其受力状况大大改善，故障率显著降低，取得了良好的 经济效益。 叙词电动挖掘机 斗底装置 技术改造 电 动挖掘机 WK-4 B 型其斗底装置 俗称斗底门 是分体式铆焊结构件，斗底板较薄，采用 35 mm 厚的 16Mn 低合金钢板下料制作，在使用过程中，经 常开裂，故障率高，维修极其困难，寿命低，消耗量 大，生产中投入在斗底装置上的成本较大。因此，从 2002 年以来，我们陆续对攀枝花钢铁 集团 兰尖铁矿 8 台 WK-4 B 型电动挖掘机原斗底装置进行了技术改 造，使用至今，效果很好，取得了良好的经济效益和 社会效益。 1 原斗底装置的结构及缺陷 1.1 原斗底装置的结构 原斗底装置的结构如图 1 所示。它是由插销 斗 栓、弯梁、斗底等零部件构成，斗底是由斗底板、插 销库 斗栓导架、拆页座 耳环 等铆焊而成。弯梁上 端与铲斗体铰接，中间用 4 根销轴与斗底的拆页座铆 接，插销在开斗机构的作用下通过插销库的导向作用 实现开启和关闭斗底的功能。 1.2 原斗底装置使用过程中的缺陷 从 WK-4B 型电动挖掘机投入使用十多年来看， 斗底装置中的斗底极易裂纹，特别是在拆页座和插销 库的焊接处。一般来说，一副新斗底平均使用 4 个月 就出现裂纹，经过 焊接修复，最多使 用 7 个月就要更换 新斗底，而且故障 停机时间较长。主 要存在以下缺陷 1 斗底板较 薄，采用 35 mm 厚 的 16Mn 低合金钢 下料制作，使用周 期 9～12 个月就磨 损到限报废； 2 页座、 上插 销库、下插销库与 斗底板之间用 φ24100 mm 的铆钉铆接，生产作业过 程中易松动，不牢固，铆修故障处理时间频繁，约 3～ 4 周就要处理一次，维修强度高； 3 弯梁与拆页座孔用销轴联接，由于作业过程 中电动挖掘机的挖掘振动和回转作业过程中的晃动较 大，加剧了弯梁孔和拆页座孔的磨损，其配合间隙逐 渐变大，造成挖掘机司机在作业过程中关斗底门困 难；或者造成销轴脱落，导致弯梁单边受力折断； 4 上、下插销库断裂频繁，更换处理极不方便。 1.3 缺陷原因与解决措施 铲斗在挖掘过程中，矿岩冲击斗底，斗底在冲击 载荷的反复作用下，开始产生裂纹。而且斗底装置在 冲击载荷的作用下，以及在关闭过程中斗底的自重力 1.弯梁 2.开斗钢丝绳 3.上插销座 4. 拆页座 5.销轴 6.下插销座 7.斗底 板 8.插销 图1 原斗底装置结构示意图 WK-4 B 型电动挖掘机斗底装置技术改造