梁 龙

（晋能控股煤业集团四老沟矿， 山西 大同 037025）

引言

带式输送机、刮板输送机、无极绳绞车等为煤矿生产运输系统的组成部分，运输系统分为辅助运输系统和主运输系统。随着工作面生产能力的增加，传统辅助运输设备主要存在运输效率低、安全性偏低的问题。同时，传统辅助运输对人员的劳动强度较大，与当前现代化综采的要求不符。以无极绳绞车为核心的单吊轨设备极大提升了大型设备的运输效率，而且减少了工人的劳动强度[1]。为进一步提升无极绳绞车单吊轨运输效率和运输安全性，本文将重点开展无极绳绞车制动装置关键结构及液压系统的设计。

1 无极绳绞车制动装置的总体设计

无极绳绞车制动装置是保证设备安全、稳定运行的基础部件，为保证其能够满足制动性能，要求所设计的制动装置满足如下要求：

1）要求所设计的制动装置可实现手动和自动两种控制模式；

2）要求无极绳绞车的实时运行速度超过其额定运行速度的15%时，制动装置可及时发挥作用完成施闸制动功能；

3）要求无极绳绞车在制动过程中其空动时间不得超过0.7 s；

4）要求无极绳绞车制动装置的液压系统的内部压力大于其额定压力25%时，系统在5 min 内具备保压功能且不得发生液压介质的渗透现象；同时，液压系统内部压力在额定压力保压36 h 后仍可提供正常制动闸块开启的所需压力值[2]。

针对无极绳绞车制动装置以制动小车为载体实现制动功能，其可采用的制动结构包括有弹簧钳式摩擦制动、钳式液压结构和两杆式钳式液压制动结构等。其中，以弹簧钳式摩擦制动方式目前已经逐步被煤矿弃用；钳式液压制动结构由于其本身结构连接耳座，导致制动臂存在应力集中现象。因此，最终选用两杆式液压制动结构实现无极绳绞车的制动功能，该种结构在销轴和制动杆之间存在一定间歇，解决了制动杆和制动臂在垂直方向的约束问题[3]。

结合无极绳绞车的工况，无极绳绞车液压制动系统主要包括有紧急制动回路和超速保护制动回路等。

2 制动小车关键结构设计

根据《煤炭安全规程》中针对无极绳绞车制动性能的规定：要求设备在紧急制动工况时其制动力为设备牵引力的1.5～2 倍。本文所设计的制动装置应用的无极绳绞车的牵引力为160 kN，故要求制动装置的制动力应控制在240～320 kN 之间。

本小节将在上述基础上重点完成制动装置关键部件包括制动弹簧、离心限速器以及推杆装置的结构设计。

2.1 制动弹簧的选型设计

根据初始设计值，无极绳绞车制动装置设计的制动力为240 kN，即制动小车的制动力为240 kN，则可以得出一对闸瓦对工字钢施加的正压力为240/4=60 kN；已知闸瓦对工字钢的摩擦系数为0.35，则可得出单侧闸瓦对工字钢施加的正压力为60/（0.35×2）=85.7 kN。

已知制动小车制动臂的杠杆比例为1∶3.5，则可以得出制动闸闸紧时弹簧力为85.7/3.5=24.485 kN，此时根据前期设计对应弹簧长度为637 mm；而当弹簧压缩量最大时，弹簧的长度为587 mm。综合上述计算结论，所选型的制动弹簧的参数如表1 所示。

表1 制动弹簧参数

2.2 离心限速器的设计

离心限速器为无极绳绞车实现制动功能的关键部件，根据其控制方式的不同可将其分为电控式离心释放器和机械式离心释放器[4]。为满足无极绳绞车的正常工作要求且确保离心限速器实际工作时弹簧左右传动的稳定性得到保证，在传统离心限速器的基础上增加平衡滑块，从而有效避免了在制动过程中滑块左右窜动而导致的系统稳定性降低的问题。

2.3 推杆装置的安装

推杆装置同样为无极绳绞车制动装置的关键传动部件，其一方面完成卸荷阀的卸载功能；另一方面通过手动控制直接实现制动任务。推杆装置与离心限速器和拨杆装置的安装如图1 所示。

图1 推杆装置安装结构示意图

3 无极绳绞车制动装置液压系统的设计

无极绳绞车制动装置液压系统原理如图2 所示。

图2 无极绳绞车制动装置液压系统原理图

3.1 液压油缸结构设计

液压系统为无极绳绞车制动装置的动力源，结合制动弹簧的选型，为其所匹配设计的制动油缸的行程为240 mm，伸出速度为20 mm/s，回缩速度为80 mm/s。根据无极绳绞车的实际工况及其制动装置所应满足的要求，初步设定制动装置工作压力为16 MPa。液压系统管路中存在一定的压力损失，则液压系统的有效压力计算如式（1）：

式中：p1为液压系统执行元件的有效工作压力；p 为系统初设的工作压力，取16 MPa；Δp 为液压系统管路的压力损失，取0.5 MPa；p2为液压系统的背压，取0.5 MPa；A1、A2分别为液压油缸内无杆腔和有杆腔活塞的有效作用面积，结合油缸的杆径比为0.7，计算得出为0.5。

将相关参数代入式（1）中得出，液压系统的有效压力为15.25 MPa。

同理，结合相关理论计算公式分别得出液压油缸的主要结构参数，如表2 所示。

表2 液压制动油缸主要结构参数

3.2 其他液压元件的选型

除了液压油缸外手动泵和换向阀同样为制动装置液压系统的关键部件。

3.2.1 手动泵的选型

考虑到手动泵工作时管路中的压力损失为0.5 MPa，系统最高工作压力为16 MPa，选用可提供最大压力为16.5 MPa 的手动泵。综合市面上手动泵的产品参数，最终选用型号为HV-PMO 50 SE 的手动泵[5]。

3.2.2 两位两通换向阀的选型

两位两通换向阀不仅承担换向卸荷的功能，而且还需对整个系统进行保压。对于换向阀而言应采用常规应用的JYXT-0311-00 的截止换向阀，该换向阀的最大工作压力为31.5 MPa，可承受的最大流量为25 L/min。

4 结语

无极绳绞车为煤矿生产的辅助运输设备，其性能好坏间接决定煤矿的生产效率和作业人员的劳动强度，也是实现煤矿高效率、自动化生产的关键环节。本文重点开展了无极绳绞车制动装置机械和液压结构的设计，为提升无极绳绞车的实际工况、高效发挥其运输效率奠定基础。