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第4 8 卷 第2 期 煤炭 工程 C OAL EN GI NE E RI NG Vo l I 48． No ． 2 d oi 1 0． 1 1 7 9 9 ／c e 2 O1 6 02 0 4 0 煤矿井下车载液压绞车的设计与实验研究 潘成杰 中国煤炭科工集团太原研究院，山西 太原0 3 0 0 0 6 摘要 针对煤矿井下铲板式搬运 车的结构和性能特 点设计 了一种 u型布置方式的车载液 压绞车 ，该绞车以铲板式搬运车液压 系统为动力源，通过 集成 了回转减速 器、P O S I S T O P型反 拖 自锁装置为一体的驱动控制单元将动力传递给侧 向布置传动减速箱，在经过 小半径滚筒卷扬超 高分子量聚 乙烯 芳纶材料的缆绳代替传统钢丝绳实现工作输 出，解决了钢丝绳不能应用于较 小 曲力半径滚筒上的问题和使 用安全性 问题 通过液压试验 台和传动试验 台对该绞车进行各种持续 负载工况的测功平台试验，以获得绞车的各种技术参数，从而验证绞车结构、设计的合理性和绞 车各部位 的热平衡 关键词铲板式搬运车；液压绞车；绞车牵引力；热平衡 中图分类号 T D 5 2 4 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 - 0 9 5 9 2 0 1 6 0 2 0 1 3 4 ． 0 3 De s i g n a nd e x p e r i me nt a l r e s e a r c h o f v e h i c l e mo unt e d hy dr a u l i c wi nc h i n u nd e r g r o u nd c o a l mi ne P A N C h e n g j i e C C T E G T a i y u a n R e s e a r c h I n s t i t u t e ，T a i y u a n 0 3 0 0 0 6 ，C h i n a Ab s t r a c t A c c o r d i n g t o t h e s t r u c t u r e a n d p e rf o r ma n c e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e u n d e r g r o u n d s h o v e l p l a t e c a r r i e r u s e d i n t h e c o a l m i n e，a Us h a p e d a r r a n g e me n t o f v e h i c l e mo u n t e d h y d r a u l i c w i n c h wa s d e s i g n e d ． U n d e r t h e c o n t r o l of t h e d r i v i n g u n i t i n t e gra t e d b y t h e r o t a r y r e d u c e r a n d t h e P OS I S T OP t y p e a n t i d r a g l o c k i n g d e v i c e ， t h e v e h i c l e h y d r a u l i c wi n c h d r i v e n b y t h e u n d e r g r o u n d s h o v e l p l a t e c a r r i e r S h y d r a u l i c s y s t e m c o u l d t r a n s f e r p o w e r t o t h e l a t e r a l a r r ang e me n t t r a n s mi s s i o n r e d u c e r ． Me a n wh i l e ， t h r o u g h t h e a p p l i c ati o n o f a n e w t y p e mate r i a l r o p e ma d e f r o m u l t r ah i【 g h mo l e c u l a r we i g h t p o l y e t h y l e n e U H MWP Ea n d a r a m i d fi b e r ，t h e i n a p p l i c a b i l i t y and t h e i n s e c u ri t y p r o b l e m s o f s t e e l w i r e r o p e u s e d i n t h e s i t u a t i o n of s mall c u r v a t u r e r a d i u s r o l l e r w e r e s o l v e d f u n d a me n t a l l y ．T o a c q u i r e t e c h n i c al p a r a me t e r s o f t h e v e h i c l e h y d r a u l i c w i n c h， t h e d y n a mo me t e r t e s t s u n d e r v ari o u s s u s t a i n e d l o a d w e r e c a r r i e d o u t w i t h h y d r a u l i c t e s t b e d and t r ans mi s s i o n t e s t b e d ．As a r e s u l t ，t h e s t r u c t u r a l c o r r e c t n e s s o f t h e h y d r a u l i c w i n c h s d e s i g n a n d t h e t h e r mal e q u i l i b ri u m o f e a c h e l e me n t w e r e p r o v e d ． Ke y wo r d s s h o v e l p l a t e c a r r i e r ； h y d r a u l i c wi n c h； w i n c h t r a c t i o n； t h e r ma l e q u i l i b r i u m 随着我国煤矿井下现代化进程的不断推进，铲板式搬 运车成为了现代化矿井综采工作面 “ 搬家倒面”工作中不 可或缺的无轨辅助运输设备之一．牵引是铲板式搬运车必 不可少的功能．但我国铲板式搬运车用绞车多采用进 口产 品。设计开发一种可车载、体积小、效率高、结构紧凑的 液压绞车具有很高的现实意义。 目前的辅助运输设备 向重载型化方向发展 ，但井下巷 道断面小，底板起伏多，转弯半径小，支护强度低，上下 坡度大等因素，客观上制约了辅助运输设备大型化。因此， 急需设计开发一种可车载、体积小、效率高、结构紧凑的 收稿 日期 作者 简介 引用格式 1 3 4 防爆液压绞车运用于煤矿井下辅助运输设备，该绞车的运 用将有效减小煤矿井下辅助运输设备的外形尺寸，增强设 备的适应性。应用于煤矿支架搬运车等重型设备上，不仅 可实现设备的吊装 、搬迁、回撤等功能，而且还可用于材 料的运输、牵引、捆绑固定等作业。 1 整体结构 开发煤矿设备车载式液压绞车 ，最关键的问题就是如 何实现体积小型化[ 1 - 5 ] 。常见的液压绞车通常利用液压马达 直接或间接通过减速器来拖动滚筒 ，广泛应用于船舶、港 2 01 5-09-1 0 潘成杰 1 9 8 3 一 ，男 ，安 徽舒 城人 ，助 理研究 员 ， 作，E m a i l p a n c h e n g j i e 7 1 0 1 6 3 ． c o m。 潘成杰． 煤矿井下车载液压绞车的设计与实验研究 主要从事煤矿井下无轨辅助运输设备的研究与设计工 [ J ] ．煤炭工程 ，2 0 1 6 ，4 8 2 1 3 4 1 3 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 6 年第2 期 煤炭 工程 口、建筑、冶金、矿山等许多行业。而车载液压绞车是在 普通液压绞车的基础上，进行结构优化设计，解决体积庞 大的问题，并在性能上能满足煤矿井下使用要求的一种防 爆绞车，它主要用于瓦斯、煤尘爆炸危险的煤矿井下。作 为井下辅助运输车辆的牵引、固定设备，以便实现井下采 煤机、液压支架 、中部槽 、移变站 、胶带等设备的牵引安 装固定等作用。其结构如图 1 所示I 6 , 7 1 。 图 1 绞车整体结构图 茎荤 篆熏至綦 薹 辜毳 l麟 陋 芳纶材料的缆绳代替传统钢 丁n Ill l豳 |●甲萤 丝绳，解决了钢丝绳不能应 lI⋯ ．I}Il噎 ●■ 工 用于较小曲力半径滚筒上的 、Ⅲ 簟酉曼冒 一 中，驱动控制单元内部结构 内部结构图 如图 2所示。 侧向布置传动减速器结构如图 3所示，动力传递给包 含主动轮、惰轮、从动轮的侧向布置传动减速箱，从动轮 带动小半径滚筒旋转。 惰轮 惰轮轴 从动轮 主动齿轮 传动减速器箱体 图 3 侧 向布置传动减速器结构图 2 设计计算 2 ． 1 设 计 目标 开发一种能够广泛适应于煤矿井下铲板式搬运车的防 爆液压绞车。其牵引能力不小于 1 8 5 k N，工作压力小于 2 4 MP a ，工作温升不高于 8 0 ℃，额定载荷连续工作时间不 小于6 0 mi n 。而且要求其结构紧凑、体积小、载荷大，并 自 带安全型制动器。 2 ． 2牵引力计算 驱动控制单元作为该绞车的动力元件，既要具有紧凑 的结构，也要满足铲板式搬运车的动力输出等。驱动控制 单元主要技术性能参数见表 1 。 表 1 驱动控制单元技术性能参数表 技术性能项 目 额定输出扭矩／ N m 尖峰输出扭矩／ N m 输出转速／ r ra i n 总排量／ m L r 系统额定压力／ M P a 驱动控制单元工作压差／ MP a 工作理论 流量／ Lra i n 回转减速器速比 参数 7 9 0 0 侧向布置传动减速器内齿轮为渐开线直齿圆柱齿轮，模 数 m8 ，主动齿轮齿数 。 1 7 ，惰轮齿数 z 2 1 ，从动轮齿 数 4 4 ，所以减速器传动比i 2 ． 5 8 8 ，滚筒半径 r 0 ． 1 m。 因此 ，绞车额定输 出扭矩 为 T 7 9 0 0 X 2 ． 5 8 8 2 0 4 4 5 ． 2 N m 尖峰输出扭矩 为 T 9 0 0 0 2 ． 5 8 8 2 3 2 9 2 K 1 11 m aX 计算出绳索额定拉力 F为 F T ／r 2 0 4． 4 5kN 绳索最大拉力 F 为 F⋯ Tm ／ r 23 2． 9 2k N 2 ． 3 热平衡计算 根据机械设计手册一般渐开线齿轮传 功不必计算热平 衡，但是考虑到该绞车传动力矩较大，而且由于结构局限， 惰轮无法采用轴承支撑，自润滑铜套在转动过程中产生的 热量较大，因此对其进行热平衡计算并进行实验验证_ 8 ] 。 齿轮啮合效率 卵 ． 为 叼 l 1一 l 1 。0 ． 0 a f a n 2 式中， _厂 为轮齿间的滑动摩擦因数，取， 0 ． 0 7 ；A n根 据手 册可 得分 别 为 2 6和 1 6 ；计算 出 叼 1 0 ． 0 1 8 2 0 ． 0 1 1 2 0 ． 9 7 0 6 ；轴承摩擦损耗效率 7 7 2 卜0 ． 0 1 0 ． 9 9 。 考虑 到减 速器 内部齿 轮转 动速度 较慢且 为 间断运行 的 特点 ，因此忽略润 滑油飞溅和搅 动损 耗的效 率。 因此 ，传动效率 为 l 叼 2 0 ． 9 6 3 绞车功率 P为 P T n ／ 9 5 5 07 9 0 0 X 1 29 5 5 0 1 0 k w 4 计算出 1 0 0 0 P 1 - r ／ 4 0 0 W。 根据散热公式 2O t d S t 0一t 。 5 式中，O t 为箱体的表面传热系数，考虑空气流通情况 ， 取 1 4 W／ m o C ；S为 内表面能润滑到 ，而且表面可 为周 围空气所冷却到的箱体表面积，i n 。 ；t 为油的工作温度， 最高不超过 8 0 c C；￡ 为周围空气温度，常温取 2 0 2 。 代人数值可以计算出 1 3 5 0 2 5 咖 吣 2 仉 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m