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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
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自動(dòng)排繩功能是本絞車控制裝置的重要功能，利用雙向螺桿，沿著支架軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而完成自動(dòng)排繩操作。為了保證排繩作業(yè)的穩(wěn)定性，本裝置在雙向螺桿上安裝了滑塊。排繩作業(yè)期間，受滑塊限制，螺旋槽固定不動(dòng)。在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過調(diào)節(jié)螺旋升角，將軸向壓力分量施加在滑塊上，從而實(shí)現(xiàn)滑塊的靈活控制。當(dāng)螺旋槽端檢測(cè)到滑塊運(yùn)動(dòng)到此處時(shí)，改變螺旋方向，此項(xiàng)操作具有同時(shí)改向作用，即滑塊的軸向作業(yè)方向也將改變。按照這種控制方式，令雙向螺桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)期間鋼絲繩排入礦井，以勻速作業(yè)。
關(guān)于自動(dòng)排繩功能的設(shè)計(jì)，借助鏈條鏈輪作用，對(duì)雙螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采取分動(dòng)控制。在此期間，小鏈輪在卷筒作業(yè)帶動(dòng)下產(chǎn)生一定轉(zhuǎn)速，以鏈條作為傳動(dòng)媒介，將此部分轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)作用在大鏈輪上，從而帶動(dòng)大鏈輪作業(yè)。而后雙向螺桿在大鏈輪的帶動(dòng)下開始作業(yè)，排繩輪在此控制下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排繩控制功能。如圖2所示為排繩輪結(jié)構(gòu)及繞繩示意圖。
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1-排繩輪（編號(hào)為1）；2-排繩輪（編號(hào)為2）；3-排繩輪（編號(hào)為3）；4-鋼絲繩；
5-卷筒筒殼；6-排繩輪支架；7-軸承端蓋
圖2排繩輪結(jié)構(gòu)及繞繩示意圖
2.4實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能
為了提高井下救援安全性，實(shí)時(shí)掌握絞車作業(yè)狀態(tài)顯得尤為重要。根據(jù)當(dāng)前絞車各部件受力等情況信息，結(jié)合當(dāng)前井下救援需求，及時(shí)調(diào)整救援作業(yè)方案。以往開發(fā)的絞車裝置大部分借助銷軸和拉力傳感器，根據(jù)傳感器顯示數(shù)據(jù)，對(duì)絞車作業(yè)進(jìn)行監(jiān)測(cè)[8]。由于這些監(jiān)測(cè)方案的傳感器布設(shè)位置不合理，需要監(jiān)測(cè)儀表顯示數(shù)據(jù)，導(dǎo)致兩種傳感器的量程不同，降低了監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)度。為了彌補(bǔ)以往傳感器位置布設(shè)的不足，本研究提出基于受力分析的傳感器布設(shè)位置調(diào)整策略。該策略將傳感器布設(shè)在排繩機(jī)構(gòu)，通過分析排繩輪結(jié)構(gòu)及受力情況，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案可靠性。另外，增加自動(dòng)計(jì)深元件，利用該元件測(cè)試井下深度，同時(shí)測(cè)量鋼絲繩下降速度。綜合考慮井下特殊環(huán)境，選擇光電類型增量式編碼器作為此項(xiàng)功能的核心元件，采用彈性軟接手法，與剎車輪軸連接到一起，減少作業(yè)環(huán)境對(duì)此裝置造成的干擾。
3礦井救援絞車功能實(shí)現(xiàn)
3.1系統(tǒng)仿真模型的構(gòu)建
關(guān)于救援絞車功能的實(shí)現(xiàn)，本研究采用構(gòu)建系統(tǒng)仿真模型的方式，對(duì)絞車裝置功能進(jìn)行模擬測(cè)試，通過觀察模擬測(cè)試結(jié)果，判斷設(shè)計(jì)方案可靠性。本次模擬測(cè)試選用AMESim軟件作為仿真環(huán)境搭建工具，設(shè)計(jì)如圖3所示的系統(tǒng)仿真模型。
1-大泵；2-二泵；3-大泵控制下的通斷閥；4-二泵控制下的通斷閥；5-主油路蓄能器；
6-升降自動(dòng)化操控主控閥；7-液壓作業(yè)馬達(dá)；8-先導(dǎo)泵；9-馬達(dá)制動(dòng)器；
10-卷筒離合器；11-內(nèi)藏式行星減速機(jī)；12-制動(dòng)鉗；13-制動(dòng)器（減速作業(yè)控制）；
14-制動(dòng)鉗；15-卷筒；16-升降鋼絲繩；17-重物提升控制機(jī)制
圖3 系統(tǒng)仿真模型
3.2救援絞車作業(yè)控制方法及動(dòng)作邏輯關(guān)系設(shè)置
本系統(tǒng)仿真模型主要由兩部分構(gòu)成，分別是液壓動(dòng)力系統(tǒng)、液壓制動(dòng)系統(tǒng)。其中，動(dòng)力系統(tǒng)作業(yè)驅(qū)動(dòng)力的供給，利用雙聯(lián)泵進(jìn)行作業(yè)，根據(jù)作業(yè)需求設(shè)置流量和壓力參數(shù)。關(guān)于液壓制動(dòng)系統(tǒng)的作業(yè)，選取溢流閥、先導(dǎo)泵作為主要作業(yè)裝置，在這兩種構(gòu)件的作用下產(chǎn)生壓力，作用在壓力油上，以此產(chǎn)生制動(dòng)力矩，從而保證絞車機(jī)械部分功能得以實(shí)現(xiàn)，包括離合、制動(dòng)、剎車。
本研究設(shè)計(jì)的絞車輸入動(dòng)力為液壓馬達(dá)，該裝置產(chǎn)生的作用力帶動(dòng)減速機(jī)，控制轉(zhuǎn)矩輸出參數(shù)范圍，作用在卷筒上，從而有效控制卷筒定軸轉(zhuǎn)動(dòng)速率。根據(jù)井下救援需求，調(diào)節(jié)輸入動(dòng)力參數(shù)數(shù)值，以此控制絞車下放和提升動(dòng)作速度。關(guān)于絞車裝置功能控制的各項(xiàng)邏輯關(guān)系的設(shè)計(jì)，如表1所示。
表1 救援絞車動(dòng)作邏輯關(guān)系
制動(dòng)部件 制動(dòng)鉗A 制動(dòng)鉗B 馬達(dá)控制器 卷筒離合器 減速機(jī)制動(dòng)器
停止作業(yè) 1 0 1 0 1
提升作業(yè) 0 1 0 1 0
剎車制動(dòng) 1 0 0 1 0
平衡限速 1 1 0 1 0
自由拋鉤 0 0 1 0 0
3.3功能測(cè)試結(jié)果分析
本次測(cè)試以鋼絲繩勻速作業(yè)、自動(dòng)排繩、礦井深度測(cè)量誤差、制動(dòng)部件作業(yè)功能、模擬救援效率提升情況作為功能測(cè)試指標(biāo)，組織4組模擬測(cè)試，統(tǒng)計(jì)組測(cè)試結(jié)果，將總體測(cè)試結(jié)果匯總至表2。
表2 功能測(cè)試結(jié)果
測(cè)試編號(hào) 測(cè)試項(xiàng)（未完，下一頁）
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