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一種能自動(dòng)排繩的礦井救援絞車設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)
繆輝琴 2022/5/24 8:33:58
（南通科威瀚醫(yī)療科技有限公司，江蘇如東 226400）
摘要：為了給予礦井安全事故救援更高保障，提高救援工作開展效率，從礦井排繩控制角度出發(fā)，提出一種支持自動(dòng)排繩控制的救援絞車設(shè)計(jì)研究。該設(shè)計(jì)方案以液壓控制方式為主，通過添加計(jì)深傳感器自重測量元件等裝置，改善救援絞車結(jié)構(gòu)。通過仿真測試，對設(shè)計(jì)方案可靠性進(jìn)行檢驗(yàn)。仿真結(jié)果顯示，當(dāng)前設(shè)計(jì)的救援絞車能夠有效改善絞車操控性能，可以作為礦井救援工作開展重要工具。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)排繩；救援絞車；仿真模型 ；自動(dòng)化；實(shí)時(shí)監(jiān)測
0引言
煤炭資源開采環(huán)境較為復(fù)雜，隨著深度的增加，開采難度越高，伴隨的安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)將隨之提升[1]。雖然我國在礦井設(shè)計(jì)上已經(jīng)做了優(yōu)化，在一定程度上降低了安全事故發(fā)生頻率，但是煤礦井下不確定因素較多，仍然存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)[2]。一旦發(fā)生事故，很難在第一時(shí)間完成救援任務(wù)。通常情況下，創(chuàng)建地面物質(zhì)與救援井之間的聯(lián)系，而后利用絞車救援井下被困人員[3]。繩索作為礦井救援絞車的重要組成部分，如果實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操控，根據(jù)救援需求自動(dòng)排繩，那么可以為救援爭取更多時(shí)間[4]。目前，大部分礦井救援絞車不支持自動(dòng)排繩，自動(dòng)化控制能力薄弱，本文針對此方面問題展開深入探究。
1礦井救援絞車結(jié)構(gòu)
救援絞車作為礦井安全事故救援重要裝置之一，要求裝置結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠盡可能增加載荷量，維修簡單，從而為井下救援創(chuàng)造便利條件。一般情況下，采用自移式盤底進(jìn)行搬運(yùn)，在絞車移動(dòng)方面提高了作業(yè)效率[5]。從排繩角度來分析，大部分絞車操作需要根據(jù)多年救援操作經(jīng)驗(yàn)，自行根據(jù)礦井深度進(jìn)行排繩控制，并且缺少自動(dòng)稱重功能。對面此情況，對操作人員的技術(shù)水平要求極高，不排除操作失誤情況[6]。另外，人工控制鋼絲繩索排入井底，操作速度、繩索排列順序，都很難達(dá)到勻速和有序要求，在未能達(dá)到要求情況下，排繩期間繩索將發(fā)生不均勻磨損，很有可能發(fā)生鋼絲繩亂纏情況，延誤救援，甚至加大安全事故嚴(yán)重性[7]。本文在以往研究基礎(chǔ)上，提出一種支持自動(dòng)排繩的絞車裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1-絞車支架；2-底座；3-液壓馬達(dá)；4-行星輪支架摩擦盤；5-行星輪系；
6-位于卷筒左側(cè)立板；7-雙向紅杠；8-壓繩輪；9-卷筒；10-編碼器；
11-輸出軸；12-剎車；13-排繩輪；14-鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
圖1 絞車結(jié)構(gòu)布局圖
該裝置能夠有序控制鋼絲繩排序，通過自動(dòng)控制，使得繩索得以有序排列在卷筒上。繩索下降過程中，產(chǎn)生的磨損比較均勻，能夠避免局部出現(xiàn)磨損嚴(yán)重問題，相比之下，大面積繩索磨損嚴(yán)重比較容易查驗(yàn)。另外，該裝置支持自動(dòng)計(jì)算深度功能，能夠更為精準(zhǔn)地判斷救援位置，相關(guān)數(shù)據(jù)通過顯示屏得以顯示。關(guān)于稱重功能的添加，主要是針對鋼絲繩受力情況的分析，具有實(shí)時(shí)特性，當(dāng)繩索受力時(shí)，裝置可以及時(shí)且準(zhǔn)確地更新受力數(shù)據(jù)，有助于絞車提升作業(yè)操控。
2礦井救援絞車功能
2.1主軸控制功能
關(guān)于絞車主軸控制功能，按照結(jié)構(gòu)組成來看，可以分為液壓馬達(dá)控制功能、卷筒離合器控制功能、行星輪減速機(jī)控制功能、卷筒承力功能、剎車自動(dòng)控制功能。
（1）液壓馬達(dá)控制。該部分功能主要用來控制卷筒轉(zhuǎn)速，為了避免鋼絲繩亂纏，適當(dāng)下調(diào)作業(yè)速度。另外，考慮到絞車負(fù)載力的需求，選取轉(zhuǎn)矩較大的徑向柱塞馬達(dá)作為驅(qū)動(dòng)裝置，以滿足負(fù)載需求。
（2）卷筒離合器控制功能。該功能主要控制液壓馬達(dá)與卷筒之間的接通/斷開，通過布設(shè)多個(gè)摩擦片，增加操作期間鋼絲繩與卷筒之間的平穩(wěn)性能，避免產(chǎn)生剛性沖擊問題。
（3）行星輪減速機(jī)控制功能。本裝置將部分功能設(shè)置為內(nèi)藏式，在卷筒內(nèi)部安裝減速機(jī)，從結(jié)構(gòu)來看，這種布置方式更加緊湊，滿足小傳動(dòng)范圍內(nèi)的操控需求。關(guān)于傳動(dòng)形式的設(shè)計(jì)，行星架的固定采用倒轉(zhuǎn)式布設(shè)手法，輸入采用減速式布設(shè)手法。
（4）卷筒承力功能。此部分裝置主要起到承受鋼絲繩載荷作用，采用焊接手法，加強(qiáng)卷筒與機(jī)身之間連接的穩(wěn)定性。
（5）剎車自動(dòng)控制功能。按照操作需求不同，此部分功能劃分為兩種，分別是輔助剎車、主剎車，后者主要采用液壓鉗盤式進(jìn)行制動(dòng)，作業(yè)比較靈敏。
2.2壓繩功能
壓繩輪作為壓繩裝置的重要組成部分，采用滾動(dòng)式接觸方式，對鋼絲繩和壓絲繩的接觸進(jìn)行控制，為了保證排繩的有序進(jìn)行，本設(shè)計(jì)添加了速度比控制功能。通過拉近彈簧，從而沿著鋼絲繩的徑向產(chǎn)生壓力，使其作用在鋼絲繩上，保證其在卷筒上得以排列有序。
2.3自動(dòng)排繩功能（未完，下一頁）
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