选型计算对无极绳连续牵引绞车牵引量的作用分析

刘彤 孙远超 费松

摘要：无极绳绞车，是煤矿井下巷道常用的不经转载的直达运输的先进设备，是替代传统小绞车接力、对拉运输方式，实现运输整体液压支架和矿井各种设备的一种理想装备，但在日常工作中，我们往往对无极绳绞车运行中的牵引量认识模糊不清，出现了拉车数量的模糊概念，这不仅限制了无极绳绞车的使用效率，而且对安全生产造成威胁，而无极绳绞车常规的验算选型易出现误差增大的问题，所以对无极绳绞车的常规验算法和钢丝绳挠性摩擦验算法进行对比分析，取长补短，分析无极绳绞车实际运载能力，增加无极绳绞车运行可靠性是必要的。

关键词：无极绳绞车选型验算运行阻力

无极绳绞车在安装前必须根据井下巷道的具体情况进行分析、优化安装方案，并且做好选型和验算工作，以计算数据为依据保证无极绳绞车的安全运转，使无极绳绞车安全高效、布置灵活、适应性强的特点发挥到极至，从而降低材料、设备运输费用，保证安全生产。

1常规的无极绳绞车的选型计算

1.1验证法

此种方法主要用在无极绳绞车设计安装初期（即在新采区首次投入使用），根据需牵引最大运输重量和巷道的坡度来选定无极绳绞车的型号，即先估算出最大运输重量，然后计算出最大拉力，根据计算出的最大拉力，再计算出电机的功率并进行验证是否符合要求，然后再验算钢丝绳的强度及安全系数等是否符合要求。

①牵引力计算公式

F=〔（T+W）（Sinαo+μ1Cosα）+ρ×2Lμ2/1000〕g

T：最大运输重量；（估算数值）W：梭车和尾车重量；α：运输最大坡度；ρ：钢丝绳单位重量；L：运输距离；μ1运载平板车车轮与轨道之间的滚动摩擦系数范围为（0.01-0.03）；μ2为牵引钢丝绳与各轮组之间的运行阻力系数范围为（0.2-0.4）；g为重力系数，取9.8。

按计算结果，并考虑到巷起伏道变坡、转弯较多及设备的长期使用适应性，选用拉力大于计算结果的无极绳绞车。

②钢丝绳张力计算

由钢丝绳张力计算结果选用符合条件的无极绳绞车。

式中：n：摩擦力备用系数，可取n=1.1～1.2；e=2.71；μ：钢丝绳与驱动轮间的摩擦系数，可取μ=0.14；α：钢丝绳在驱动轮上的总围抱角，α=3.5×2π=7π（三圈半）；F：需用牵引力。

③绞车电机功率验算

根据N=F×V/η公式计算出无极绳绞车的功率，且功率备用系数：K>1.16，然后选用符合条件的无极绳绞车。

式中：F———绞车牵引力；V———梭车速度V=0.67m/s；η———绞车传动效率，取η=0.8。

④钢丝绳强度验算

规范演算：

N=QZ/S4[n]

N3.5

式中：N———钢丝绳安全系数；QZ———钢丝绳破断力；S4———钢丝绳最大绳张力；[n]———钢丝绳许用安全系数，[n]=3.5（《煤矿安全规程》中规定安全系数不得小于3.5）。

1.2逆推法此种方法主要用在无极绳绞车要为多个采区服务时使用，例如当某采区回采完毕后，无极绳绞车的机头部不需要拆除，它只需要改变机尾、弯道护轨、主、付压绳轮等的位置和方向就可以为下一个采区服务的情况下，无极绳绞车的型号已经确定，但是在新的巷道条件下（坡度、长度）技术数据也改变了，所以必须重新验算最大运输重量，具体思路是：首先确定无极绳绞车型号，即确定电机功率拉力，然后根据新巷道的具体条件（坡度、长度）的技术数据计算出最大运输重量，最后验算钢丝绳的强度及安全系数等是否符合要求。

1.2.1确定无极绳绞车的电机功率N

功率备用系数：K=75/N>1.16按照公式N=F×V/η，可知：F=N÷V/η

N———最大功率；K———功率备用系数；F———牵引力；V———梭车速度（0.67m/s）；η———绞车传动效率，取η=0.8。

1.2.2计算出最大运输重量

牵引力计算公式

F=〔（T+W）（Sinαo+μ1Cosαo）+ρ×2Lμ2/1000〕g

T：最大运输重量；W：梭车和尾车重量；α：运输最大坡度；ρ：钢丝绳单位重量；g：重力常数到9.8；L：运输距离；μ1：运载平板车车轮与轨道之间的滚动摩擦系数范围为（0.01-0.03）；μ2：牵引钢丝绳与各轮组之间的运行阻力系数范围为（0.2-0.4）。

最大运输重量为：

T=（F-ρ×2Lμ2/1000）/（Sinαo+μ1Cosαo）/g-W

按计算结果可知此无极绳绞车是否符合牵引力的要求。

1.2.3钢丝绳张力计算和钢丝绳强度验算同上不再累述

分析以上的二种常规计算方法：优点是思路清晰、计算简便，缺点是计算误差大，以最大坡度代替平均坡度，通常选用的无极绳绞车拉力超出实际需要很多。

2钢丝绳挠性摩擦验算法

此验算法基于挠性体摩擦传动理论，特别是对无极绳绞车钢丝绳在绳轮上摩擦传动进行了校验，防止钢丝绳打滑，采用该方法更合理科学，保证了无极绳绞车运行的安全性与可靠性。

2.1梭车、尾车、重载料车的阻力

计算时按照巷道最大上坡计算，

公式F=〔（T+W）（Sinαo+μ1Cosαo）+ρ×2Lμ2/1000〕g

2.2钢丝绳摩擦阻力验算，计算中采用巷道的坡度平均值用θ°表示

主绳重力分力：F主=gρLSinθo

副绳重力分力F副=gρLSin（-θo）

主、副绳的自重产生的摩擦阻力计算：

式中Wk空载侧钢丝绳运行阻力Wk=μ2ρgLWz重载侧钢丝绳运行阻力，Wz=F-μ2ρgL

k钢丝绳通过尾轮的张力增加系数，取1.05-1.07；

式中n防滑安全系数，n=1.2；α钢丝绳在摩擦轮上的围包角，一般取3.5圈；μ钢丝绳与摩擦轮间的摩擦因数，其值视驱动轮绳衬材料而定，采用铸铁绳衬取0.15-0.18。

2.4绞车电机功率验算和钢丝绳强度验算同上不再累述

通过以上的验算法的说明：在无极绳绞车的日常运行及维护工作和实际地点安装布置都应以规范的选型计算为依据，以前凭经验拉车数量模糊，不仅会限制无极绳绞车应用效率更会为后期的职工学习与操作带来较严重的影响。本文的验算与说明可能存在部分数据的差异，将不在说明。

参考文献：

[1]洪晓华.《矿井运输提升》2005版.

[2]《煤矿安全规程》2013版.

[3]牛树仁，陈滋平.《煤矿固定机械及运输设备》1998版.

[4]程星旗.无极绳绞车选型计算探讨[J].科技与企业，2012（24）.