轨道-绳牵引方式搬运超大型液压支架试验研究

轨道-绳牵引方式搬运超大型液压支架试验研究

随着煤矿同时开采的高技术进步，大型机械化高架结构的使用越来越多。支架最大支撑高度达到7.2m，最大工作阻力达到80000kg，单台故障尹的质量达到68吨。但由于支架体积大,立井罐笼尺寸小,支架不能整体下井,需解体后在井下组装,同时工作面液压支架整体搬运困难。目前液压支架整体搬运常采用无轨胶轮车,煤炭科学研究总院太原研究院已经研制出载重80t的支架搬运车,但支架搬运车对井下空间和地面要求较高,很多矿井不能满足搬运条件。而采用传统的轨道-绳牵引方式搬运大采高液压支架,国内尚未见报道。赵固二矿大采高工作面即将开采完毕,工作面设备需从11050工作面搬迁至11030工作面,搬运距离约2100m。需搬运的主要设备有:采煤机、刮板输送机、液压支架、转载机、破碎机以及液压泵站等,其中ZY18000/30/65D型液压支架82架,每架重约65t,是搬迁中工作量最大、难度最大的环节。由于赵固二矿矿压明显,底鼓严重,回撤空间不好维护,不适用无轨胶轮车整体搬运。为尝试和探索轨道-绳牵引方式搬运超大型液压支架的可行性与可靠性,课题组在地面搭建了试验平台,对液压支架搬运进行了常规重载试验和极端工况重载试验,采集了充足的数据,为井下实际运输提供了第一手数据和技术支持。本文仅对试验中出现的一次跑车事故进行分析,希望对使用轨道-绳牵引方式运输特重型物料的煤矿有参考价值。1事故描述1.1轨道轮组的安装整架运输试验平台如图1所示,液压支架重约65t,使用平板车在轨道上运输,轨道长约90m,图中1号到6号为上坡加转弯,局部最大坡度约7°,平均坡度约5°,其余为水平轨道,轨道内安装无极绳绞车专用的压绳轮组和转向轮组。试验使用载重80t的平板车作为液压支架载体,以无极绳绞车和回柱绞车为动力,液压支架拆装机为超大型液压支架的组装和解体服务,试验并配有拉力计与电流表等测量设备。1.2弯车过程中拉断梭车牵引重载平板车下运试验由9号开始,到1号结束。试验开始到6号运行正常,由6号转入下坡转弯段时紧边钢丝绳异常抖动,随即令无极绳绞车制动抱闸,但绞车制动后梭车及平板车并未停止运行,松边钢丝绳从梭车抽出,梭车和装载液压支架的重载平板车失去控制,重载车推梭车从坡道上一路溜下。溜坡过程中,绞车已抱闸,梭车前端牵引钢丝绳处于静止状态并在压绳轮中间,因此牵引钢丝绳随梭车运动将压绳轮兜住并拉断。之后梭车继续下行,兜住另一个压绳轮及轨枕,将轨枕及下方石子拖动3m左右,多根轨枕被拉到一处。此时重载车并未停下,拉断压绳轮继续前行,断裂的压绳轮飞出15m左右。梭车和重载车最终撞到轨道末端挡车板减速,梭车脱轨,重载车停止。2钢板变松事故事故发生时,无极绳绞车紧边钢丝绳首先发生了上下晃动,即紧边钢丝绳变松;事故发生后,梭车上楔块中楔形环槽内出现钢丝绳抽出时摩擦发热变红的痕迹。可以看出,引发跑车事故的直接原因是钢丝绳从梭车上楔块内抽出,而事故发生的根本原因可从以下3个方面分析。2.1电动功率计算即绞车牵引重载车下运时,重载车下滑力大于系统阻力引起重载车加速运动,绞车电动机由电动状态进入发电制动状态。此时,如果电动机功率小于所需功率,则需要合适的制动措施,否则速度因失控而持续升高,导致飞车。为验证系统是否发生飞车,特对下运时绞车功率验算。下运牵引力轴功率PA=Fv=48.3×0.55=26.6kW,电动机功率式中:G1为支架质量,G1=65t;G2为平板重载车质量,G2=5.4t;G3为梭车以及配重质量,G3=4t;b为坡道倾角,b=5°;k为平板车运行阻力系数,取k=0.02;μ为钢丝绳摩擦阻力系数,取μ=0.2;P为钢丝绳单位质量,P=1.96kg/m;L为钢丝绳沿轨道单程长,L=90m;Kd为备用功率系数,取Kd=1.2;η为传动效率,取η=0.95;ζ为电压降系数,取ζ=0.95;[PM]为无极绳绞车电动机额定功率,[PM]=55kW。由计算可知,绞车电动机功率小于额定功率,且试验中测量绞车电动机最大电流为40A,电压为660V,功率为26.4kW,远小于其额定功率。以往多次梭车推重载平板车下坡试验未出现事故,因此确定不是“飞车”。2.2锚点内压紧和可拉格工具的配合楔块工作原理是:钢丝绳受力越大,钢丝绳卡的越紧,越安全可靠。但事故中钢丝绳却被抽出,且楔形环上留有摩擦产生的痕迹,可以断定事故与楔块有关系。测量楔块中钢丝绳槽时发现,楔形环沟槽过深,钢丝绳不能被楔块压紧。为验证此问题,将楔形环和与之配合的卡绳块结合面都铣去1mm,增加其他安全措施后多次进行试验,钢丝绳未抽出。由此说明,钢丝绳从梭车抽出的原因是楔块与钢丝绳不匹配,导致钢丝绳受力时从楔块中抽出。2.3犯着车地面下张紧装置钢丝绳抽出与楔块有关,但仍不能解释试验中紧边钢丝绳变松的现象,因此存在如下疑问:钢丝绳是先从楔块中抽出而导致紧边钢丝绳松动,还是下运时紧边钢丝绳先松动才导致钢丝绳从楔块中抽出?如果是先抽出钢丝绳,那么只要保证钢丝绳和楔块的匹配即可。但考虑到钢丝绳在受拉力时出现弹性变形,变形量按6‰计算,那么试验中钢丝绳伸长可达1.08m。而整架运输2100m的距离,巷道中4200m的钢丝绳伸长量接近25m。特别是在巷道有起伏坡道的情况下(见图2),当梭车牵引车辆上行时,梭车一端钢丝绳的弹性变形量会较大,当下行时钢丝绳受力变小,伸长的钢丝绳收缩,如果钢丝绳不能被及时回收,将严重影响运输的安全性。观察试验中钢丝绳张紧装置(见图3(a)),该张紧装置属于液压张紧,紧边钢丝绳和松边钢丝绳都绕过张紧装置滑轮后直接绕在无极绳绞车滚筒上。这种张紧装置只能在滚筒转动的情况下实现张紧,且在钢丝绳受力变化时反应速度慢。而事故中紧边钢丝绳先松动即因下行时钢丝绳受力减小而张紧装置反应慢,不能及时收回多余的钢丝绳导致的。综合以上分析可知:下行时张紧装置不能及时张紧钢丝绳紧边,使紧边钢丝绳松弛打弯并兜住压绳轮,导致松边钢丝绳从有问题的楔块中抽出,最终发生跑车事故。而跑车事故的原因有:梭车上楔块与钢丝绳不匹配,楔块没有压紧钢丝绳;钢丝绳张紧装置未在钢丝绳受力减小时,将多余的钢丝绳收回。3张紧方式(1)针对楔块的问题,在运输时注意检查钢丝绳的型号是否与楔块型号匹配,以确保运输时楔块能压紧钢丝绳,使其不从楔块中抽出。(2)针对钢丝绳张紧问题,可改进其张紧方式。液压张紧反应慢,直接缠绕在无极绳绞车滚筒上张紧速度更慢。可改进的绕绳方式如图3b所示。钢丝绳不直接缠绕在滚筒上,增加了紧绳装置的反应速度。对于长距离运输,应根据需要使用1台或多台五轮重锤张紧装置,或液压张紧与五轮张紧装置联合使用,以保证钢丝绳的张紧。(3)运输过程中,增加防跑车制动装置。超大型液压支架质量大,发生跑车时阻拦困难,因此应在其“跑”起来之前将其阻止,可在梭车之前或平板车之后增加制动车,当制动车速度达到预设值时