摘要：对现有的防脱绳压绳轮装置进行力学分析，确定了传统结构在牵引大负载时需要加大拉簧的弹力，而且当牵引车通过防脱绳 装置时，传统结构容易产生巨大的冲击，同时，大的牵引力持续作用在拉簧上也加速了拉簧的损坏。针对上述问题，设计了一种新 型的防脱绳压绳轮装置，包括可带动两个压绳轮同步转动的旋转臂，该旋转臂可在一个方向上实现两个压绳轮之间的闭合和打开，且仅需要一个小拉簧就能实现压绳轮的复位，从而减小拉簧的受力，而且当梭子通过两个压绳轮时，两个压绳轮张开幅度较小，从 而有效地防止钢丝绳在运行中脱绳。最后，经过将两种结构进行现场试验验证，确定新型防脱绳压绳轮装置可承受最大拉力以及平 稳性明显大于传统结构。

　　关键词：压绳轮;防脱绳;跑绳;无极绳连续牵引车;梭车

　　Design of New Anti-detachment Pressure Rope Wheel Device for Continuous Traction Car With Endless Rope

　　Yang Jian , Yang Zipan

　　(Xiangtan Hengxin Industrial Co. ,Ltd. ,Shaoshan ,Hunan 411300 ,China )

　　Abstract : A mechanical analysis of the traditional anti - rope - off rope pressing wheel device is conducted , and it is determined that the traditional structure needs to increase the elastic force of the connecting tension spring when pulling a large load. Moreover ,when the tractionvehicle passes through the anti- rope- off device ,the traditional structure is prone to huge impacts. At the same time ,when a large traction forcecontinues to act on the tension spring ,it also accelerates the damage of the tension spring. In response to these problems ,a new type of antirope- off rope pressing wheel device is designed ,which includes a rotating arm that can drive two rope pressing wheels to rotate synchronously.The rotating arm can close and open between the two rope pressing wheels in one direction and only needs a small spring to reset the rope pressing wheel ,thereby reducing the force on the spring. Moreover ,when the shuttle passes through the two rope pressing wheels , the opening amplitude of the two rope pressing wheels is small ,which effectively prevents the steel wire rope from slipping off during operation. Finally ,after conducting field tests on the two structures ,it is determined that the maximum tensile force and stationaritythat can be withstood by the new antirope-off rope pressing wheel device is significantly greater than that of the traditional structure .

　　Key words : rope presser ;rope- proof;running rope ;endless rope continuous tractor ;shuttle

　　引言

　　无极绳连续牵引车(简称无极绳绞车)是一种通过 钢丝绳牵引在普通轨道上运行的煤矿井下的辅助运输设 备，适用于具有长距离、大倾角以及多变坡等复杂工况 环境的巷道，可直达工作面运输，现广泛应用在煤矿井 下[1]。随着煤矿井下机械化开采水平的日新月异，现有 的小功率无极绳绞车已经无法满足煤矿井下快速高效的 开采需要，一些大吨位、大功率和大负载的无极绳绞车 逐渐受到广大煤矿企业的青睐，目前额定牵引力最大达 到了280 kN[2 ] 。

　　随着无极绳绞车的功率和负载的增大，在一些煤矿井下开采巷道长度的较长和巷道中变坡位置较多的矿井中，无极绳绞车在应用过程中出现了一些问题。其中最大的问题就是在下变坡点位置的压绳轮压不住钢丝绳，特别是绞车在大负载运行时[3]。为确保钢丝绳在规定的线路上牵引机车，通常会在钢丝绳沿线上间隔设置多个压绳装置来压住钢丝绳以防止脱绳[4]。但随着无极绳绞车牵引力的增大，钢丝绳作用于防脱绳装置的力也相应 增大，当无极绳绞车急停或出现卡阻或溜车问题时，钢 丝绳很容易脱开压绳轮而弹出，尤其是在大坡度下启动或停车时，这严重影响设备的安全运行，并给现场操作人员和跟车人员带来较大安全隐患[5-7]。因此，改进无极绳绞车在大负载下存在的脱绳问题对提高绞车的牵引 效率和安全性能意义重大。

　　1 传统防脱压绳轮的结构及缺陷

　　1 . 1 结构

　　无极绳绞车通过钢丝绳来牵引，由于运行线路上存在变坡起伏，当机车运行在下变坡点位置时，钢丝绳在张力的作用下会向上运动[8]。为防止钢丝绳向上移动，需要在钢丝绳线路上安装防脱绳装置，既要能压住钢丝绳，保持钢丝绳的运行位置，又要能在车辆经过时灵活打开，保证牵引车辆能正常通过[9]。

　　传统防脱压绳装置的结构如图1 所示，防脱绳装置包括压绳轮、拉簧、固定底座[10] 。在压绳轮的下部固定设置有铰接座，压绳轮通过该铰接座铰接在固定底座上，在铰接座上还设置有第一 拉簧连接杆，在固定底座上设置有第二拉簧连接杆，拉 簧的两端分别连接第一拉簧连接杆和第二拉簧连接 杆[11] 。压绳轮顶部设置有圆盘，该圆盘用于压紧钢丝 绳，钢丝绳从两个压绳轮圆盘之间的空间通过，两个压 绳轮通过拉簧拉紧以靠拢在钢丝绳上，从而实现压绳的 目的。在无极绳绞车的牵引车的底部设置有用于锁紧钢 丝绳的梭子，当车辆通过防脱绳装置时，该梭子将从两 个压绳轮之间通过，此时两个压绳轮之间需要张开一个角度，当梭子经过后，在拉簧的弹力作用下复位至压紧钢丝绳的状态[12-13] 。

　　1 . 2 传统防脱压绳轮存在问题分析

　　对现有防托绳装置的技术方案进行分析，图1中的 钢丝绳从两个压绳轮之间穿过，每个压绳轮由两个拉簧 分别沿固定底座的长度方向将压绳轮拉住，依靠两个拉簧的拉力作用，使两个压绳轮的顶部圆盘接触，保证钢丝绳不从压绳轮中脱出[14-15] 。

　　当牵引车经过时，车辆下方的梭子依次顶开压绳轮，牵引车通过后，压绳轮在拉簧力的作用下复位，继续压住钢丝绳[16] 。现对传统防脱压绳装置的力学分析模型如图2所示。当梭子经过时，压绳轮绕铰接座的铰接点转动，并受到拉簧的弹力作用，现以铰接点为支点，根据杠杆原理可得到[17] 。

　　根据图2 所示，O3 为旋转中心，可得平衡方程式为：

　　式中：L1 、L2 、L3 、L4 为受力点到旋转中心的距离，m;F1为钢丝绳在最大负载时对压轮边向上的压力，kN; F2 为 拉簧对轴的拉力，kN; Q 为摆架的重量，kN 。

　　由式(1) 可知，要使摆架工作稳定，必须使拉簧 的弹力F 满足

　　从以上的关系式中可知，现有防脱压绳装置对拉簧 的拉力要求较大，从图1中结构上了解到各压绳轮至少 需要两个拉簧，而且当线路的负载越大，所需要的拉簧 力越大。随着拉簧的弹力增大，当牵引车通过的时候，梭子从两个压绳轮之间穿过的阻力也增大。另外，当牵 引车的梭子从两个压绳轮之间经过后，由于拉簧的快 速复位作用，容易对钢丝绳产生很大的冲击，造成牵 引车辆的掉道，同时突然增加的拉力，对弹簧的损伤 也加快。

　　2 防脱压绳轮装置的改进方案

　　通过对现有防脱压绳装置的分析，明确了设计的理 念为既要能让牵引车轻松的挤开压绳轮，又要能让压绳 轮迅速复位压住钢丝绳。根据该设计理念，得到以下改 进思路：一是改变拉簧的位置和作用方式以减少拉簧的 受力;二是改变两个压绳轮的压绳方式。

　　针对以上的改进思设计出一种新的压绳轮结构，如图3所示。

　　该防脱压绳轮装置包括压绳轮、旋转臂、拉簧以及固定底座。在两个压绳轮之间预留了一定的空间，并在两个压绳轮圆心连线的中点位置处设置有一个铰接 轴，其中两个压绳轮分别固定在旋转臂的两端，旋转臂 的中间铰接在该铰接轴上，当旋转臂转动时可带动两个 压绳轮一起转动。每个压绳轮的底部设置有第一拉簧连 接杆，在固定底座上对应设置有第二拉簧连接杆，两个 拉簧一端与一个压绳轮的第一拉簧连接杆连接，另一端 连接设置在固定底座上的第二拉簧连接杆连接杆上。其 中的拉簧设置为与旋转臂成设定角度，旋转臂转动后通 过拉簧进行复位。钢丝绳从两个压绳轮之间穿过，压绳 轮在拉簧的作用力下将钢丝绳压住定位。

　　该结构是将两个压绳轮固定在一个旋转臂的两端，通过旋转臂的转动，实现在同一个转动方向上两个压 绳轮之间的闭合或打开，例如顺时针方向转动时两个 压绳轮子压紧钢丝绳，逆时针方向转动时两个压绳轮 子向外张开。

　　现对上述模型进行受力分析，压绳轮绕旋转臂的铰 接轴转动，在转动时还受到拉簧的弹力作用。模型图及 受力分析如图4所示。

　　式中：L1 、L2 、L3 为受力点到旋转中心的距离;F1 为钢丝 绳在最大负载时对压轮边向上的压力，kN; F3 为固定支 点对轴的支撑反力，kN;F4 为拉簧对轴的拉力，kN 。

　　由式(4) 可知，当系统处于平衡状态时，只要固定支点O3 的强度、刚度足够，钢丝绳就会被压绳轮压 住，不会产生脱绳现象。其中拉簧对轴的拉力F4 只要大 于摆架重量即可，所以拉簧力不需要太大，可确保拉簧 的使用寿命。

　　当牵引车经过第一个压绳轮时，将其撞开，另一 侧压绳轮通过旋转臂旋转同时打开，此时两轮之间形 成一定的空间，使得牵引车能顺利通过。当牵引车离 开后，通过拉簧的作用力，旋转臂迅速回转，压绳轮 压住钢丝绳。牵引车在通过压绳轮时克服的拉簧力小，加上两压绳轮旋转形成通过空间，基本上不会产生冲 击，能平稳的通过，因此能很好的保护钢丝绳，提高 使用周期。

　　3 现场试验论证

　　为了论证该结构的实际使用效果，通过在模拟现场 实际使用工况的试验线上进行了静态拉力试验，同时为 了对比传统结构，在相同工况下布置了一组现有的压绳 轮组。现场试验如图5所示。

　　最大拉力测量方法：采用一根与无极绳绞车运行使 用的相同型号的钢丝绳，依次穿过个各新型防脱压绳轮 组件;采用另一根相同型号的钢丝绳依次穿过传统的防 脱压绳轮组件。其中，钢丝绳一端固定在变坡点的上切 点位置，另一端连接拉力计和机械葫芦，拉力计连接机 械葫芦，机械葫芦一端固定在地面上。拉动葫芦以将钢 丝绳拉紧，通过读取拉力计上测得的数值，对比两种结 构形式的压绳轮能承受的最大拉力。当钢丝绳从防脱压 绳轮组件中脱出时的拉力为最大拉力，试验结果如表1 所示。

　　通过实际的对比测试，优化后的结构明显能够承受 更大的钢丝绳拉力，试验效果优于传统结构。

　　同时也对改进结构的压绳轮通过性进行试验。将无 极绳梭车开车运行，模拟在各种速度下的通过情况。

　　通过性以及平稳性测量方法：通过将两种不同的防 脱压绳轮组件分别安装在试验线的平道的一段行程中，然后由操作人员操作无极绳绞车在试验线上运行，通过 在不同速度上运行，通过驾驶员的感受和现场跟车人员 对车辆振动的观察，判断车辆运行的通过性和平稳性。

　　结果如表2所示。

　　通过试验可知，两种防脱压绳轮装置均可满足机车 通过，但新型防脱压绳轮上运行的车辆运行更加平稳，而且没有产生大的冲击，同时压绳轮在梭子通过后能迅 速回位，压住钢丝绳。

　　4 结束语

　　本文通过对现有常规的防脱压绳轮装置进行分析，确定了传统结构在大负载运行时，需要加大拉簧的弹力 才能避免钢丝绳脱出，而且在拉簧快速复位时会使线路 承受较大的冲击，容易引发机车掉道。针对传统结构的 缺陷，设计了新型压绳轮装置，其将原结构的一对压缩 轮相对压住钢丝绳的方式改变为通过旋转臂连接并由拉 簧牵引的转动式压绳，结合现场试验论证，可知优化后 的压绳轮解决了现有压绳轮最大的弊端及技术难题，在 有效地压住钢丝绳、降低脱绳现象的发生的同时，还能 减少对线路的冲击，使车辆平稳通过。此方案适应于煤矿井下运行的所有无极绳绞车，不需要对设备进行额外 的改动，直接与正在使用的压绳轮进行互换即可，安装 简单，使用方便。

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