煤矿井下极化牵引运输系统的动力分析

煤矿井下极化牵引运输系统的动力分析

0轨道上循环来复牵引矿车非绳索运输是矿山辅助运输的重要组成部分。这是一种利用绳索在水平或倾斜的轨道上循环的新有效安全辅助运输，以引导矿车或增加容器沿轨道移动。主要用于煤矿井下材料、设备及人员的运输。因其安装方便、操作简单、运输距离长及具有运输连续性等优势,在煤矿生产中起着十分重要的作用。1连续牵引(1)系统组成(见图1)该系统是通过钢丝绳将各部件组合成一套完整的运输系统的。系统可以根据巷道的起伏变化、不同的转弯角度及其他工况条件,进行不同的配置。(2)无极绳连续牵引车工作原理如图2,钢丝绳一端经过张紧装置3后,经过分绳轮组2,再绕过尾轮固定在梭车7上,另一端绕过绞车的摩擦轮,经过张紧装置3,绕过分绳轮组4和尾轮,固定在梭车上,钢丝绳固定好后,由张紧装置将钢丝绳拉紧,使钢丝绳具有一定的初张力。系统工作时,启动电机,带动驱动滚筒运转,驱动牵引绞车的摩擦轮运转,进而使系统中无极绳和连接在钢丝绳上的梭车做往复运动,带动车辆系统运行。钢丝绳做的是往复运行,通过梭车上的钢丝绳储绳筒可以调节钢丝绳的长度,进而调节系统运输距离。2连续牵引内容弹性特征钢丝绳作为连续牵引车牵引力的传递介质,通过张紧实现力的传递,使连续牵引车牵引力传递具有钢丝绳的弹性特征。因此,钢丝绳是影响系统稳定的主要因素,其中窜动和跳起是钢丝绳对系统影响的主要体现。2.1丝绳张紧程度对比梭车在矿井运行中会出现一快一慢的现象,称为窜动现象。对梭车进行平巷运行,上山运行,下山运行3种运动状态的动力分析:平巷运行时,水平方向的运行阻力主要是梭车和轨道之间的摩擦力,梭车前后钢丝绳张紧程度差别不大,如图3(a);在上山运行时,牵引力方向与速度方向一致,运行阻力除了梭车和轨道之间的摩擦力,还包括梭车自重沿斜坡方向上的分力,梭车前端钢丝绳张紧,后端钢丝绳松弛,如图3(b);下山运行时,牵引力方向与速度方向相反,运行阻力除了梭车和轨道之间的摩擦力,还包括梭车的牵引力,梭车自重的斜坡分力和速度方向相同,梭车后端钢丝绳张紧,前端松弛,如图3(c)所示。通过分析,梭车在矿井复杂的运行线路中,巷道底板起伏不定,运行阻力不断变化。这种变化会造成钢丝绳张紧、松弛的反复变化,从而造成梭车的窜动。可以从钢丝绳和压绳机构2个方面减轻梭车的窜动。2.1.1拉伸伸长线(1)钢丝绳的计算基于振动理论和冲击理论,并结合运输原理图,建立运输过程张力4侧钢丝绳多自由度离散动力学模型如图4所示。根据图4,运用Hamilton原理可得到离散钢丝绳的控制方程为在梭车处的方程满足运行阻力式中l———钢丝绳的长度;k1———钢丝绳的刚度;m———最大运输质量;m0———梭车质量;n———钢丝绳离散化后的段数;μc———钢丝绳内阻尼因数;μr———钢丝绳与轮组之间的摩擦阻力因数;ρ———单位长度钢丝绳质量;gn———重力加速度。从而可得到张力4侧的载荷若系统匀速,则式(4)简化为式中μs———滚动摩擦因数。若在运行线路中具有最大坡度,则最大载荷为式(5)的β改为βmax即可。若运行线路水平时,令β=0。无极绳牵引运输系统是依靠驱动轮与钢丝绳之间的摩擦力带动系统工作。因此,根据挠性体摩擦理论和欧拉公式,牵引绞车两端的力需满足式中α———钢丝绳在摩擦轮上的围包角;μ———钢丝绳与摩擦轮之间的摩擦系数。无极绳牵引运输系统的牵引力全部是由钢丝绳承担的,为了实现连续运输,牵引车的运输距离一般比较长,因此,钢丝绳的寿命直接影响运输效率与生产成本。磨损、弯曲疲劳和内部腐蚀是影响其寿命的主要因素。钢丝绳的每个往复都要通过多个轮组,经过多次的弯曲,还要承受系统的横向振动与冲击。同时,由于井下恶劣的工作环境,钢丝绳很快地会因疲劳而断丝。因此正确地选择合理的钢丝绳的结构、尺寸对提高其寿命有很大的意义。(3)钢丝绳的强度校核通过运行阻力和各点张力的计算,可以得到最大张力值。验算牵引钢丝绳的安全系数式中Qz———钢丝绳破断拉力的总和,kg;Smax———钢丝绳最大张力,kg;[n]———钢丝绳许用安全系数,《煤矿安全规程》规定,运料[n]=5~0.001L,但不得<3.5;L———运距m。计算出的安全系数>3.5为合格,否则重新选择及校核。2.1.2解决拉伸松弛通过分析,窜动的现象发生在梭车上山和下山。这是因为在梭车自重的影响下,梭车总是有一端的钢丝绳处于松弛状态。通过安装如图5的压绳装置可以有效地解决钢丝绳的松弛状态。这种压绳装置可以结合张紧装置自动调整张紧力,吸收坡度变化及钢丝绳弹性变形的伸长量,使梭车两端的钢丝绳在上、下山都能处于张紧状态,减缓了梭车的窜动现象;同时,能够防止钢丝绳上漂导致拉棚现象,从而有效地防止车辆掉道。此外,系统采用这种压绳装置可以降低系统对巷道坡度的要求。2.2采用水平弯曲护轨装置的梭车跳起控制在上山、下山的变化点,牵引力的大小、方向在垂直平面会发生变化,会造成梭车的受力端突然转换,同时在水平的拐弯点,牵引力的大小、方向在水平平面会发生变化也会造成梭车的受力端突然转换。因此,在变化点,梭车的运行方向由于惯性总会与钢丝绳牵引方向存在一定的角度,造成梭车轮受力跳起,离开轨道面,发生梭车车轮跳起现象。梭车在跳起落下的瞬间产生很大的冲击力,对连续牵引车绞车、轨道、钢丝绳、梭车都会造成一定损坏。在上山、下山变化点的跳起现象,通过上文的钢丝绳选型和压绳装置能得到有效的控制。采用水平拐弯功能的弯道护轨装置可以实现梭车的拐弯功能,解决梭车在水平拐弯时跳起现象,如图6。水平拐弯功能的弯道护轨装置中间的导向轮可以实现主绳和副绳的自动导向,两边的护轨挡板可以有效地防止由于速度过快、牵引力过大引起梭车的掉道问题。同时,可以根据具体的巷道要求,进行转弯角度的调整,降低了辅助运输系统对巷道的要求,解决了拐弯造成的轨道运输不连续的问题,减少了转运环节,提高了运输效率。3采区型采空挡墙体的安全生产本文分析了钢丝绳对牵引力的影响,提出了适合无极绳连续牵引车张紧装置