煤矿架空乘人装置的设计体会

煤矿架空乘人装置的设计体会

采矿高架装置（俗称猴车）具有良好的边坡防护能力、远距离运输、低投资、运营和维护管理简单、人员安全、拆卸方便等特点。近年来，它在我国长距离铁路工业中得到了广泛应用和使用，尤其是在低山、狭窄、变倾斜和曲线多的地下道路上，表现出了更多的优越性。煤矿架空乘人装置虽然应用越来越广泛,但是有关的设计计算资料介绍确实很少,只有有关的旅游索道及货运索道的资料介绍,而有关猴车平面转弯装置方面的资料介绍就更少,尽管平面转弯装置国外已有应用,但在国内还是空白。如果在多弯道的井下猴车能够实现水平面内不摘座椅而直接转弯运行,那么它就能减轻上下井工人的劳动强度,使其能够在多个转弯的巷道中直接运行到终点,而且还能节约设备投资,即多个弯道的运行只须一套驱动装置,因此平面转弯装置能在矿井内广泛推广应用,将使猴车更上一个新台阶。为了技术上能够和大家一起进行切磋,现谈谈我公司在设计水平转弯装置中的一点体会,以供商榷。1抱索器水平偏转装置的结构特点在设计水平转弯装置时,我们受到零速度上下车装置的启发。零速度上下车装置的工作原理如图1所示。零速度上下车装置的导轨是由两段互成一定倾角的斜面构零速度上下车装置所需要采用的抱索器如图2所示,它带有4个滚轮,左右各2个,顶部内侧装有橡胶垫,如果抱索器在钢丝绳上,橡胶垫就与钢丝绳接触,由于重力G的作用使它们之间产生较大的摩擦力,抱索器就在摩擦力的作用下随运动的钢丝绳一同前行,如果抱索器落在轨道上,则抱索器两边的滚轮与轨道面接触,而在轨道上滚动。当下井人员要上车时,首先将抱索器放在导轨上,由于导轨是倾斜的,人坐上吊椅后,重力G在斜面上的分力F克服摩擦力P使其下滑(见图1),抱索器在导轨上作加速运动,当抱索器从导轨上滑到钢丝绳上时,抱索器与钢丝绳接触,抱索器在钢丝绳上受到重力G的作用压力逐渐增大,当达到一定值时抱索器就由钢丝绳带动前进,行到终点,抱索器在惯性力的作用下冲下零速度下车装置导轨,与上车时相反,抱索器在导轨上作减速运动,直到停止。根据这个思路,我们设计了结构简单、占地空间小、使用效果好的水平转弯装置,这套装置适用于井下平面内多个转弯巷道的猴车运行。我们将水平转弯装置前后两段导轨模仿上下车装置设计成直线段,中间开槽,以便能让钢丝绳穿过,中间导轨设计成与巷道转弯夹角、半径相等的弧线段,然后将前后导轨与中间导轨连成一体,如图3所示。水平转弯装置虽然模仿了零速度上下车装置,但在安装上却与零速度上下车装置不同,见图4。水平转弯装置的导轨在安装时,必须将钢丝绳与导轨分离,即绳轨分离,而导轨的前后两端必须低于钢丝绳,则导轨中间段钢丝绳又必须低于导轨,这样抱索器才能从钢丝绳上顺利进入导轨,又能从导轨上顺利爬上钢丝绳。要达到这一目的,第一,必须根据导轨的弧长将导轨设置成一定的倾角,且倾斜方向与运运方向一致;第二,必须在导轨的前后端用托轮将钢丝绳托起,在中段转弯前后用压轮将钢丝绳压下,使其穿过导轨,在导轨下方转弯处用一组抗绳轮使钢丝绳换向,这样一来就达到了绳轨分离的目的。如图4所示,抱索器带着人随钢丝绳运行到弯道时,抱索器从钢丝绳上滑入导轨,当抱索器上的滚轮落到导轨上后,在导轨上滚动,完成转弯后进入钢丝绳随绳一起运行。抱索器在弧形轨道上运行时,抱索器受到重力、摩擦力、离心力及导轨面给它的反作用力等合力的影响,有其向弯道内侧偏转的倾向。2抱索器在轨道上的受力分析我们把抱索器左右两边的滚轮分别作为一个整体来作为分析对象,如图5所示。左边轨道上的滚轮主要受到重力沿长度方向的分力W/2、离心力T、摩擦力P以及导轨面给它的支撑反力的作用,重力W/2在斜面上可分解成两个力,即正压力N和下滑力F,离心力T也可分解成两个力,即正压力Q和上滑力M。由图5a可知离心力右边轨道上的滚轮主要受到重力W/2、离心力T′、摩擦力P′以及导轨面给它的支撑反力的作用,重力W/2在斜面上可分解成两个力,即正压力N′及下滑力F′;离心力T′也可分解成两个力,即正压力Q′和下滑力M′。由图5a可知离心力左边导轨上所受的正压力之和沿导轨横向斜面上所受的下滑力之和右边导轨上所受的正压力之和沿导轨横向斜面上所受的下滑力之和由图5b可知抱索器在导轨上运行时沿切线方向的速度为vt及v′t,它的大小与钢丝绳带给它的初速度(大小与方向同钢丝绳的运行速度一致)、重力、摩擦力以及导轨在运行方向的倾斜程度等因素有关。从以上分析的情况看,由于离心力的作用,抱索器在弧形导轨上运行时左右两边的滚轮所受力情况是不同的,离心力的大小直接影响抱索器在轨道上运行的稳定性,它有使抱索器一边轮子翻出轨道的可能。由离心力的公式可以看出,它的大小与质量m、速度的平方vt2成正比,与转弯半径R成反比,也就是说要想抱索器在轨道上能平稳运行,可以调整抱在轨道上滑行的速度,也可以调整转弯半径的大小。由于抱索器在轨道上滑行的速度要求与索道速度保持一致(否则抱索器从轨道上进入索道时由于惯性力的作用就会产生冲击,人坐在吊椅上会产生晃行的速度要求与索道速度保持一致(否则抱索器从轨道上进入索道时由于惯性力的作用就会产生冲击,人坐在吊椅上会产生晃动)。所以在设计轨道许可的条件下尽可能加大转弯半径。上面已经谈到抱索器在轨道上滑行的速度要求与索道速度保持一致,如何达到这一要求,简便的方法就是调整导轨的倾斜程度,见图6。式中P──摩擦力f──摩擦系数H──运行方向的下滑力要使抱索器在导轨上保持匀速运动,那么就要使H等于P,即取α为45°,那么cotα为1,即f=tanβ。摩擦系数f与导轨面的光滑程度及轴承的灵活程度有关,根据实际经验,一般取f=0.02~0.03。3煤和m的大小差