双绳无极绳连续牵引车驱动系统优化研究

双绳无极绳连续牵引车驱动系统优化研究

张伟

安徽皖北煤电集团有限公司任楼煤矿   235000

摘要：对双绳无极绳连续牵引车的摩擦式及缠绕式运行方式进行力学分析对比，优化原摩擦动力系统为缠绕式动力系统，通过任楼煤矿Ⅱ2辅助斜巷轨道的应用实例，阐述了双绳无极绳连续牵引车如何提高牵引车运行安全性及可靠性，延长钢丝绳使用寿命。为双绳无极绳连续牵引车性能优化提供借鉴，具有很大推广价值。

关键词：无极绳连续牵引车；力学分析；优化；安全性；可靠性；

正文：

一、项目简介：

我矿使用的SQ-160/250PSC型双绳无极绳连续牵引车，绞车动力系统，采用钢丝绳与滚筒绳衬之间的摩擦力使钢丝绳运动，该力对滚筒的挤压应力和摩擦力不足，牵引车重载提升时，易出现打滑情况，为避免钢丝绳打滑，只能依靠增加主、辅绳配重，提高张紧力来解决，由此钢丝绳长期大张力运行，易出现疲劳断丝，且滑动摩擦对钢丝绳损伤极大，严重影响钢丝绳使用寿命，导致钢丝绳使用寿命平均仅为4～5月。为提高牵引车运行安全性及可靠性，延长钢丝绳使用寿命，对双绳无极绳连续牵引车动力系统进行优化改进。

二、优化研究方案：

双绳无极绳连续牵引车是煤矿井下巷道以钢丝绳牵引的一种普通地面轨道运输设备，适用于长距离、大倾角、多变坡、大吨位工况条件下的工作面顺槽、采区上（下）山和集中轨道巷等材料、设备的不经转载的直达运输。牵引车由绞车滚筒、张紧装置、梭车、尾轮、沿途轮组通过钢丝绳组成一个完整的运输系统。绞车滚筒是牵引车的关键部件，其主要作用是缠绕钢丝绳，并提供摩擦牵引力，运动的钢丝绳带动梭车牵引车列，从而达到牵运重物的目的。

双绳无极绳连续牵引车示意图

从双绳无极绳连续牵引车动力系统的结构和工作原理可知，在滚筒表面上，滚筒所受力随着缠绕圈数和滑动摩擦力变化而变化。分析钢丝绳对滚筒的作用力主要有以下两个方面：

（一）已缠到滚筒上的钢丝绳绳圈对滚筒表面的径向压力和弯曲形变压力。径向压力与滚筒表面垂直，在该力的作用下除对滚筒产生圆周方向的挤压应力外，还将引起滚筒局部弯曲应力，挤压应力和弯曲应力则是影响滚筒与钢丝绳运行的决定因素。假设钢丝绳对滚筒的压力分布是均匀的，则滚筒受力条件如图所示：

滚筒单元受力分布图

钢丝绳的拉力T与滚筒对钢丝绳反作用力的垂直单元力相平衡，根据材料力学滚筒壁厚计算公式：

演算出：/m2

式中Pr：滚筒受到的径向压力（N/m2）；

T：钢丝绳受到的拉力（N）；

b：滚筒外半径（m）；

d：钢丝绳直径（m）；

当滚筒缠绕钢丝绳后的滚筒受到的弯曲形变压力1、滚筒直径变形量u1、钢丝绳圆环周长L1、钢丝绳圆环增加量1，根据虎克定律可得：

；；；;

当滚筒缠绕钢丝绳第一圈后，第二圈及第三圈的弯曲形变压力，可根据虎克定律求得：

由于、等计算为二元一次方程组，若按常规方法对上式计算难度较大，可根据EXCEL运算库查表得：

当滚筒缠绕钢丝绳2.5圈（取整按照3圈来计算）后弯曲形变压力为32.9MPa=329KN/m2。

钢丝绳在滚筒上的总围包角为900°，由此可以计算出钢丝绳与滚筒总接触面积为：0.8m2，滚筒总缠绕力为：（8333+329）*0.8=6929KN。

（二）使用摩擦式滚筒时，滚筒上的摩擦力主要依靠钢丝绳的拉力提供。该力使滚筒产生同样产生径向压力和弯曲形变压力，但是由于滚筒截面惯性矩较大，此载荷下引起滚筒的径向压力和弯曲应力都相对很小，因此计算时可将其载荷忽略不计。

连续牵引车钢丝绳对摩擦滚筒上的作用力可分析为：由于钢丝绳与摩擦衬垫相互作用，钢丝绳与滚筒表面的螺旋升角较小，且螺旋升角对钢丝绳的牵引力影响较小，所以为简化计算，将滚筒表面的钢丝绳螺旋绳圈视为封闭圆环，且每一圈的钢丝绳各点对摩擦衬垫作用力均相等，压力沿钢丝绳与摩擦滚筒接触面均匀分布。我矿使用的SQ-160/250PSC型双绳无极绳连续牵引车滚筒与钢丝绳的接触面为3.5圈，再此取整按照4圈来计算。根据欧拉公式，每圈钢丝绳与摩擦衬垫接触表面受力是：

式中：Smax：滚筒重载侧拉力（N）；Smin：滚筒轻载侧拉力（N）；

根据机构检验实测报告，我矿牵引车Smax=174.77KN，Smin=14.77KN，带入公式计算可得：滚筒总拉力为：1595+2513+1507+510=6125KN。

（三）通过对缠绕式滚筒和摩擦式滚筒的受力分析可以看出：6929KN＞6125KN，在双绳无极绳连续牵引车滚筒及钢丝绳主要参数不变的情况下，缠绕式滚筒比摩擦式滚筒力学性能更加优秀。

为优化双绳无极绳连续牵引车驱动系统力学性能，保障运行安全性及可靠性，延长钢丝绳使用寿命，任楼煤矿对Ⅱ2辅助斜巷轨道双绳无极绳连续牵引车驱动系统进行了优化：

1、拆除原36块带有导绳槽的GDM326材质摩擦衬垫拆除，根据原衬垫高度和曲率，自行制作抛物线式平衬垫。该衬垫采用单叶双曲面设计，既保证力学性能，又保证在运行中不会出现爬绳、缠绳现象；

2、对滚筒开孔尺寸进行测绘，在抛物线式平衬垫上加工沉孔；

3、安装新型抛物线式平衬垫；

4、将钢丝绳缠绕在抛物线滚筒上，由原绕绳3.5圈改为2.5圈；

5、调整导向轮组及导绳轮位置及角度，调节钢丝绳张紧力；

三、客观评价：

对SQ-160/250PSC型双绳无极绳连续牵引车动力系统进行优化后，将原滚筒摩擦绳衬改进为滚筒衬垫，改变原摩擦动力系统为缠绕式动力系统。通过使用证明，优化改进后牵引车在高速重载中刹车性能优异，运行可靠稳定。牵引车主绳侧配重由1200Kg降至500Kg，副绳侧配重由1200Kg降至700Kg，在不改变滚筒和钢丝绳主要参数的情况下，既保证牵引车提升能力，又降低了钢丝绳拉力，有效提高钢丝绳使用寿命，使用摩擦绳衬运行时钢丝绳平均寿命4～5个月，系统优化后钢丝绳使用寿命提高至20个月。

四、应用情况及取得的效益

此次双绳无极绳连续牵引车动力系统优化，在保留了原有主要设备的情况下，以极小的投入，从根本解决了牵引车重载打滑的问题，延长钢丝绳使用寿命的同时又摒弃了摩擦绳衬这一高成本耗材，有效提高牵引车运行安全性及可靠性，降低材料成本，节约人力资源，具有很大推广价值。

参考文献：

[1]名称：机械设计手册（第六版）；ISBN编号:9787122260512；作者:成大先；出版社名称:化学工业出版社。

[2]名称：煤矿安全规程 2016；ISBN编号:9787502052270/TD；出版社名称:煤炭工业出版社。

[3]名称：无极绳连续牵引车使用说明书（2014年第1版）；编著单位：常州科研试制中心有限公司

1