煤礦井下極化牽引運輸系統(tǒng)的動力分析_第1頁
煤礦井下極化牽引運輸系統(tǒng)的動力分析_第2頁
煤礦井下極化牽引運輸系統(tǒng)的動力分析_第3頁
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煤礦井下極化牽引運輸系統(tǒng)的動力分析

0軌道上循環(huán)來復牽引礦車非繩索運輸是礦山輔助運輸?shù)闹匾M成部分。這是一種利用繩索在水平或傾斜的軌道上循環(huán)的新有效安全輔助運輸,以引導礦車或增加容器沿軌道移動。主要用于煤礦井下材料、設備及人員的運輸。因其安裝方便、操作簡單、運輸距離長及具有運輸連續(xù)性等優(yōu)勢,在煤礦生產(chǎn)中起著十分重要的作用。1連續(xù)牽引(1)系統(tǒng)組成(見圖1)該系統(tǒng)是通過鋼絲繩將各部件組合成一套完整的運輸系統(tǒng)的。系統(tǒng)可以根據(jù)巷道的起伏變化、不同的轉(zhuǎn)彎角度及其他工況條件,進行不同的配置。(2)無極繩連續(xù)牽引車工作原理如圖2,鋼絲繩一端經(jīng)過張緊裝置3后,經(jīng)過分繩輪組2,再繞過尾輪固定在梭車7上,另一端繞過絞車的摩擦輪,經(jīng)過張緊裝置3,繞過分繩輪組4和尾輪,固定在梭車上,鋼絲繩固定好后,由張緊裝置將鋼絲繩拉緊,使鋼絲繩具有一定的初張力。系統(tǒng)工作時,啟動電機,帶動驅(qū)動滾筒運轉(zhuǎn),驅(qū)動牽引絞車的摩擦輪運轉(zhuǎn),進而使系統(tǒng)中無極繩和連接在鋼絲繩上的梭車做往復運動,帶動車輛系統(tǒng)運行。鋼絲繩做的是往復運行,通過梭車上的鋼絲繩儲繩筒可以調(diào)節(jié)鋼絲繩的長度,進而調(diào)節(jié)系統(tǒng)運輸距離。2連續(xù)牽引內(nèi)容彈性特征鋼絲繩作為連續(xù)牽引車牽引力的傳遞介質(zhì),通過張緊實現(xiàn)力的傳遞,使連續(xù)牽引車牽引力傳遞具有鋼絲繩的彈性特征。因此,鋼絲繩是影響系統(tǒng)穩(wěn)定的主要因素,其中竄動和跳起是鋼絲繩對系統(tǒng)影響的主要體現(xiàn)。2.1絲繩張緊程度對比梭車在礦井運行中會出現(xiàn)一快一慢的現(xiàn)象,稱為竄動現(xiàn)象。對梭車進行平巷運行,上山運行,下山運行3種運動狀態(tài)的動力分析:平巷運行時,水平方向的運行阻力主要是梭車和軌道之間的摩擦力,梭車前后鋼絲繩張緊程度差別不大,如圖3(a);在上山運行時,牽引力方向與速度方向一致,運行阻力除了梭車和軌道之間的摩擦力,還包括梭車自重沿斜坡方向上的分力,梭車前端鋼絲繩張緊,后端鋼絲繩松弛,如圖3(b);下山運行時,牽引力方向與速度方向相反,運行阻力除了梭車和軌道之間的摩擦力,還包括梭車的牽引力,梭車自重的斜坡分力和速度方向相同,梭車后端鋼絲繩張緊,前端松弛,如圖3(c)所示。通過分析,梭車在礦井復雜的運行線路中,巷道底板起伏不定,運行阻力不斷變化。這種變化會造成鋼絲繩張緊、松弛的反復變化,從而造成梭車的竄動??梢詮匿摻z繩和壓繩機構(gòu)2個方面減輕梭車的竄動。2.1.1拉伸伸長線(1)鋼絲繩的計算基于振動理論和沖擊理論,并結(jié)合運輸原理圖,建立運輸過程張力4側(cè)鋼絲繩多自由度離散動力學模型如圖4所示。根據(jù)圖4,運用Hamilton原理可得到離散鋼絲繩的控制方程為在梭車處的方程滿足運行阻力式中l(wèi)———鋼絲繩的長度;k1———鋼絲繩的剛度;m———最大運輸質(zhì)量;m0———梭車質(zhì)量;n———鋼絲繩離散化后的段數(shù);μc———鋼絲繩內(nèi)阻尼因數(shù);μr———鋼絲繩與輪組之間的摩擦阻力因數(shù);ρ———單位長度鋼絲繩質(zhì)量;gn———重力加速度。從而可得到張力4側(cè)的載荷若系統(tǒng)勻速,則式(4)簡化為式中μs———滾動摩擦因數(shù)。若在運行線路中具有最大坡度,則最大載荷為式(5)的β改為βmax即可。若運行線路水平時,令β=0。無極繩牽引運輸系統(tǒng)是依靠驅(qū)動輪與鋼絲繩之間的摩擦力帶動系統(tǒng)工作。因此,根據(jù)撓性體摩擦理論和歐拉公式,牽引絞車兩端的力需滿足式中α———鋼絲繩在摩擦輪上的圍包角;μ———鋼絲繩與摩擦輪之間的摩擦系數(shù)。無極繩牽引運輸系統(tǒng)的牽引力全部是由鋼絲繩承擔的,為了實現(xiàn)連續(xù)運輸,牽引車的運輸距離一般比較長,因此,鋼絲繩的壽命直接影響運輸效率與生產(chǎn)成本。磨損、彎曲疲勞和內(nèi)部腐蝕是影響其壽命的主要因素。鋼絲繩的每個往復都要通過多個輪組,經(jīng)過多次的彎曲,還要承受系統(tǒng)的橫向振動與沖擊。同時,由于井下惡劣的工作環(huán)境,鋼絲繩很快地會因疲勞而斷絲。因此正確地選擇合理的鋼絲繩的結(jié)構(gòu)、尺寸對提高其壽命有很大的意義。(3)鋼絲繩的強度校核通過運行阻力和各點張力的計算,可以得到最大張力值。驗算牽引鋼絲繩的安全系數(shù)式中Qz———鋼絲繩破斷拉力的總和,kg;Smax———鋼絲繩最大張力,kg;[n]———鋼絲繩許用安全系數(shù),《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定,運料[n]=5~0.001L,但不得<3.5;L———運距m。計算出的安全系數(shù)>3.5為合格,否則重新選擇及校核。2.1.2解決拉伸松弛通過分析,竄動的現(xiàn)象發(fā)生在梭車上山和下山。這是因為在梭車自重的影響下,梭車總是有一端的鋼絲繩處于松弛狀態(tài)。通過安裝如圖5的壓繩裝置可以有效地解決鋼絲繩的松弛狀態(tài)。這種壓繩裝置可以結(jié)合張緊裝置自動調(diào)整張緊力,吸收坡度變化及鋼絲繩彈性變形的伸長量,使梭車兩端的鋼絲繩在上、下山都能處于張緊狀態(tài),減緩了梭車的竄動現(xiàn)象;同時,能夠防止鋼絲繩上漂導致拉棚現(xiàn)象,從而有效地防止車輛掉道。此外,系統(tǒng)采用這種壓繩裝置可以降低系統(tǒng)對巷道坡度的要求。2.2采用水平彎曲護軌裝置的梭車跳起控制在上山、下山的變化點,牽引力的大小、方向在垂直平面會發(fā)生變化,會造成梭車的受力端突然轉(zhuǎn)換,同時在水平的拐彎點,牽引力的大小、方向在水平平面會發(fā)生變化也會造成梭車的受力端突然轉(zhuǎn)換。因此,在變化點,梭車的運行方向由于慣性總會與鋼絲繩牽引方向存在一定的角度,造成梭車輪受力跳起,離開軌道面,發(fā)生梭車車輪跳起現(xiàn)象。梭車在跳起落下的瞬間產(chǎn)生很大的沖擊力,對連續(xù)牽引車絞車、軌道、鋼絲繩、梭車都會造成一定損壞。在上山、下山變化點的跳起現(xiàn)象,通過上文的鋼絲繩選型和壓繩裝置能得到有效的控制。采用水平拐彎功能的彎道護軌裝置可以實現(xiàn)梭車的拐彎功能,解決梭車在水平拐彎時跳起現(xiàn)象,如圖6。水平拐彎功能的彎道護軌裝置中間的導向輪可以實現(xiàn)主繩和副繩的自動導向,兩邊的護軌擋板可以有效地防止由于速度過快、牽引力過大引起梭車的掉道問題。同時,可以根據(jù)具體的巷道要求,進行轉(zhuǎn)彎角度的調(diào)整,降低了輔助運輸系統(tǒng)對巷道的要求,解決了拐彎造成的軌道運輸不連續(xù)的問題,減少了轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié),提高了運輸效率。3采區(qū)型采空擋墻體的安全生產(chǎn)本文分析了鋼絲繩對牽引力的影響,提出了適合無極繩連續(xù)牽引車張緊裝置

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