軌道-繩牽引方式搬運(yùn)超大型液壓支架試驗(yàn)研究

軌道-繩牽引方式搬運(yùn)超大型液壓支架試驗(yàn)研究

隨著煤礦同時(shí)開(kāi)采的高技術(shù)進(jìn)步，大型機(jī)械化高架結(jié)構(gòu)的使用越來(lái)越多。支架最大支撐高度達(dá)到7.2m，最大工作阻力達(dá)到80000kg，單臺(tái)故障尹的質(zhì)量達(dá)到68噸。但由于支架體積大,立井罐籠尺寸小,支架不能整體下井,需解體后在井下組裝,同時(shí)工作面液壓支架整體搬運(yùn)困難。目前液壓支架整體搬運(yùn)常采用無(wú)軌膠輪車,煤炭科學(xué)研究總院太原研究院已經(jīng)研制出載重80t的支架搬運(yùn)車,但支架搬運(yùn)車對(duì)井下空間和地面要求較高,很多礦井不能滿足搬運(yùn)條件。而采用傳統(tǒng)的軌道-繩牽引方式搬運(yùn)大采高液壓支架,國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)報(bào)道。趙固二礦大采高工作面即將開(kāi)采完畢,工作面設(shè)備需從11050工作面搬遷至11030工作面,搬運(yùn)距離約2100m。需搬運(yùn)的主要設(shè)備有:采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)以及液壓泵站等,其中ZY18000/30/65D型液壓支架82架,每架重約65t,是搬遷中工作量最大、難度最大的環(huán)節(jié)。由于趙固二礦礦壓明顯,底鼓嚴(yán)重,回撤空間不好維護(hù),不適用無(wú)軌膠輪車整體搬運(yùn)。為嘗試和探索軌道-繩牽引方式搬運(yùn)超大型液壓支架的可行性與可靠性,課題組在地面搭建了試驗(yàn)平臺(tái),對(duì)液壓支架搬運(yùn)進(jìn)行了常規(guī)重載試驗(yàn)和極端工況重載試驗(yàn),采集了充足的數(shù)據(jù),為井下實(shí)際運(yùn)輸提供了第一手?jǐn)?shù)據(jù)和技術(shù)支持。本文僅對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的一次跑車事故進(jìn)行分析,希望對(duì)使用軌道-繩牽引方式運(yùn)輸特重型物料的煤礦有參考價(jià)值。1事故描述1.1軌道輪組的安裝整架運(yùn)輸試驗(yàn)平臺(tái)如圖1所示,液壓支架重約65t,使用平板車在軌道上運(yùn)輸,軌道長(zhǎng)約90m,圖中1號(hào)到6號(hào)為上坡加轉(zhuǎn)彎,局部最大坡度約7°,平均坡度約5°,其余為水平軌道,軌道內(nèi)安裝無(wú)極繩絞車專用的壓繩輪組和轉(zhuǎn)向輪組。試驗(yàn)使用載重80t的平板車作為液壓支架載體,以無(wú)極繩絞車和回柱絞車為動(dòng)力,液壓支架拆裝機(jī)為超大型液壓支架的組裝和解體服務(wù),試驗(yàn)并配有拉力計(jì)與電流表等測(cè)量設(shè)備。1.2彎車過(guò)程中拉斷梭車牽引重載平板車下運(yùn)試驗(yàn)由9號(hào)開(kāi)始,到1號(hào)結(jié)束。試驗(yàn)開(kāi)始到6號(hào)運(yùn)行正常,由6號(hào)轉(zhuǎn)入下坡轉(zhuǎn)彎段時(shí)緊邊鋼絲繩異常抖動(dòng),隨即令無(wú)極繩絞車制動(dòng)抱閘,但絞車制動(dòng)后梭車及平板車并未停止運(yùn)行,松邊鋼絲繩從梭車抽出,梭車和裝載液壓支架的重載平板車失去控制,重載車推梭車從坡道上一路溜下。溜坡過(guò)程中,絞車已抱閘,梭車前端牽引鋼絲繩處于靜止?fàn)顟B(tài)并在壓繩輪中間,因此牽引鋼絲繩隨梭車運(yùn)動(dòng)將壓繩輪兜住并拉斷。之后梭車?yán)^續(xù)下行,兜住另一個(gè)壓繩輪及軌枕,將軌枕及下方石子拖動(dòng)3m左右,多根軌枕被拉到一處。此時(shí)重載車并未停下,拉斷壓繩輪繼續(xù)前行,斷裂的壓繩輪飛出15m左右。梭車和重載車最終撞到軌道末端擋車板減速,梭車脫軌,重載車停止。2鋼板變松事故事故發(fā)生時(shí),無(wú)極繩絞車緊邊鋼絲繩首先發(fā)生了上下晃動(dòng),即緊邊鋼絲繩變松;事故發(fā)生后,梭車上楔塊中楔形環(huán)槽內(nèi)出現(xiàn)鋼絲繩抽出時(shí)摩擦發(fā)熱變紅的痕跡?？梢钥闯?引發(fā)跑車事故的直接原因是鋼絲繩從梭車上楔塊內(nèi)抽出,而事故發(fā)生的根本原因可從以下3個(gè)方面分析。2.1電動(dòng)功率計(jì)算即絞車牽引重載車下運(yùn)時(shí),重載車下滑力大于系統(tǒng)阻力引起重載車加速運(yùn)動(dòng),絞車電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)狀態(tài)進(jìn)入發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)。此時(shí),如果電動(dòng)機(jī)功率小于所需功率,則需要合適的制動(dòng)措施,否則速度因失控而持續(xù)升高,導(dǎo)致飛車。為驗(yàn)證系統(tǒng)是否發(fā)生飛車,特對(duì)下運(yùn)時(shí)絞車功率驗(yàn)算。下運(yùn)牽引力軸功率PA=Fv=48.3×0.55=26.6kW,電動(dòng)機(jī)功率式中:G1為支架質(zhì)量,G1=65t;G2為平板重載車質(zhì)量,G2=5.4t;G3為梭車以及配重質(zhì)量,G3=4t;b為坡道傾角,b=5°;k為平板車運(yùn)行阻力系數(shù),取k=0.02;μ為鋼絲繩摩擦阻力系數(shù),取μ=0.2;P為鋼絲繩單位質(zhì)量,P=1.96kg/m;L為鋼絲繩沿軌道單程長(zhǎng),L=90m;Kd為備用功率系數(shù),取Kd=1.2;η為傳動(dòng)效率,取η=0.95;ζ為電壓降系數(shù),取ζ=0.95;[PM]為無(wú)極繩絞車電動(dòng)機(jī)額定功率,[PM]=55kW。由計(jì)算可知,絞車電動(dòng)機(jī)功率小于額定功率,且試驗(yàn)中測(cè)量絞車電動(dòng)機(jī)最大電流為40A,電壓為660V,功率為26.4kW,遠(yuǎn)小于其額定功率。以往多次梭車推重載平板車下坡試驗(yàn)未出現(xiàn)事故,因此確定不是“飛車”。2.2錨點(diǎn)內(nèi)壓緊和可拉格工具的配合楔塊工作原理是:鋼絲繩受力越大,鋼絲繩卡的越緊,越安全可靠。但事故中鋼絲繩卻被抽出,且楔形環(huán)上留有摩擦產(chǎn)生的痕跡,可以斷定事故與楔塊有關(guān)系。測(cè)量楔塊中鋼絲繩槽時(shí)發(fā)現(xiàn),楔形環(huán)溝槽過(guò)深,鋼絲繩不能被楔塊壓緊。為驗(yàn)證此問(wèn)題,將楔形環(huán)和與之配合的卡繩塊結(jié)合面都銑去1mm,增加其他安全措施后多次進(jìn)行試驗(yàn),鋼絲繩未抽出。由此說(shuō)明,鋼絲繩從梭車抽出的原因是楔塊與鋼絲繩不匹配,導(dǎo)致鋼絲繩受力時(shí)從楔塊中抽出。2.3犯著車地面下張緊裝置鋼絲繩抽出與楔塊有關(guān),但仍不能解釋試驗(yàn)中緊邊鋼絲繩變松的現(xiàn)象,因此存在如下疑問(wèn):鋼絲繩是先從楔塊中抽出而導(dǎo)致緊邊鋼絲繩松動(dòng),還是下運(yùn)時(shí)緊邊鋼絲繩先松動(dòng)才導(dǎo)致鋼絲繩從楔塊中抽出?如果是先抽出鋼絲繩,那么只要保證鋼絲繩和楔塊的匹配即可。但考慮到鋼絲繩在受拉力時(shí)出現(xiàn)彈性變形,變形量按6‰計(jì)算,那么試驗(yàn)中鋼絲繩伸長(zhǎng)可達(dá)1.08m。而整架運(yùn)輸2100m的距離,巷道中4200m的鋼絲繩伸長(zhǎng)量接近25m。特別是在巷道有起伏坡道的情況下(見(jiàn)圖2),當(dāng)梭車牽引車輛上行時(shí),梭車一端鋼絲繩的彈性變形量會(huì)較大,當(dāng)下行時(shí)鋼絲繩受力變小,伸長(zhǎng)的鋼絲繩收縮,如果鋼絲繩不能被及時(shí)回收,將嚴(yán)重影響運(yùn)輸?shù)陌踩浴Ｓ^察試驗(yàn)中鋼絲繩張緊裝置(見(jiàn)圖3(a)),該張緊裝置屬于液壓張緊,緊邊鋼絲繩和松邊鋼絲繩都繞過(guò)張緊裝置滑輪后直接繞在無(wú)極繩絞車滾筒上。這種張緊裝置只能在滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下實(shí)現(xiàn)張緊,且在鋼絲繩受力變化時(shí)反應(yīng)速度慢。而事故中緊邊鋼絲繩先松動(dòng)即因下行時(shí)鋼絲繩受力減小而張緊裝置反應(yīng)慢,不能及時(shí)收回多余的鋼絲繩導(dǎo)致的。綜合以上分析可知:下行時(shí)張緊裝置不能及時(shí)張緊鋼絲繩緊邊,使緊邊鋼絲繩松弛打彎并兜住壓繩輪,導(dǎo)致松邊鋼絲繩從有問(wèn)題的楔塊中抽出,最終發(fā)生跑車事故。而跑車事故的原因有:梭車上楔塊與鋼絲繩不匹配,楔塊沒(méi)有壓緊鋼絲繩;鋼絲繩張緊裝置未在鋼絲繩受力減小時(shí),將多余的鋼絲繩收回。3張緊方式(1)針對(duì)楔塊的問(wèn)題,在運(yùn)輸時(shí)注意檢查鋼絲繩的型號(hào)是否與楔塊型號(hào)匹配,以確保運(yùn)輸時(shí)楔塊能壓緊鋼絲繩,使其不從楔塊中抽出。(2)針對(duì)鋼絲繩張緊問(wèn)題,可改進(jìn)其張緊方式。液壓張緊反應(yīng)慢,直接纏繞在無(wú)極繩絞車滾筒上張緊速度更慢?？筛倪M(jìn)的繞繩方式如圖3b所示。鋼絲繩不直接纏繞在滾筒上,增加了緊繩裝置的反應(yīng)速度。對(duì)于長(zhǎng)距離運(yùn)輸,應(yīng)根據(jù)需要使用1臺(tái)或多臺(tái)五輪重錘張緊裝置,或液壓張緊與五輪張緊裝置聯(lián)合使用,以保證鋼絲繩的張緊。(3)運(yùn)輸過(guò)程中,增加防跑車制動(dòng)裝置。超大型液壓支架質(zhì)量大,發(fā)生跑車時(shí)阻攔困難,因此應(yīng)在其“跑”起來(lái)之前將其阻止,可在梭車之前或平板車之后增加制動(dòng)車,當(dāng)制動(dòng)車速度達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)