11.4Kw调度绞车排绳器的设计
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摘要：该文阐述了11.4kw调度绞车排绳混乱而引起的安全问题，分析了钢丝绳排列不整齐原因，并提出了解决办法。该文详细介绍了调度绞车排绳器的原理和设计，并对其社会效益进行了分析。
关键词：调度绞车、排绳器、组合式双向螺杆、拨叉
Abstract: This article introduces problems that arranging rope brings in the 11.4Kw dispatch winder, and has brought forward the way solving, which introduces the design and operating principle of the 11.4Kw dispatch winder arranges the rope implement's, And analysis the social benefits of this arrange the rope implement.
Key words: Dispatch winder；Arranging the rope implement; Combined-type two-way screw; Fork
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
1.引言
11.4 Kw调度绞车是煤矿井下辅助运输中的重要设备，广泛应用于煤矿井下水平巷道、倾斜巷道提运材料、设备矿车组，以减轻工人的劳动强度、提高搬运效率。但由于受井下条件的限制，在安装调度绞车时，往往使11.4 Kw调度绞车（以下称调度绞车）的中心线与提升轨道的中心线不一致，这使得钢丝绳在调度绞车卷筒上缠绕不均，排绳紊乱而导致卷筒出现乱绳、咬绳、压绳等现象，甚至造成钢丝绳只集中缠绕在滚卷筒一侧，存在钢丝绳跳出卷筒外的危险。车辆在下放时，轻则发生行车不稳、掉道，重则断绳跑车事故等。以往解决这类问题的方法是在调度绞车旁，一人用撬扛用力向一边撬绳，尽量使其排列均匀。然而，人容易疲劳，还十分危险，不能从根本上解决问题，直接影响着矿井的安全生产和材料消耗，这也一直制约安全质量标准的发展。
2.钢丝绳排列不整齐原因分析
钢丝绳在调度绞车卷筒排列不整齐主要有以下几方面的原因。
(1)调度绞车布置不当
由于调度绞车是在井下偏置安装，使调度绞车的卷筒与钢丝绳受到垂直于钢丝绳的侧向力，在侧向力的作用下，钢丝绳会产生摆动。当侧向力足够大时，钢丝绳会产生摞绳现象造成不能正常排列，导致钢丝绳排列不整齐。
(2)缠绕不紧
低层钢丝绳排列不紧，各绳圈之间存在间隙。这样的钢丝绳拉力较大的情况下，每二层钢丝绳会有绳圈挤在底层的绳圈间隙内，导致以后各层排列不整齐。每一层排满后，绳间都有很大的间隙。随着钢丝绳的拉伸，挤压，变形，在各层绳圈之间产生间隙可能也增大，更加剧了钢丝绳排列不整齐的趋势。
3.排绳器的设计
针对调度绞车普遍存在的问题，本文提出了一种排绳器方案，其原理如图1所示。该排绳器固定地安装在调度绞车前面，并由调度绞车通过链条带动排绳器一起运动，钢丝绳在排绳器的导引下，实现均匀地排绳，以解决调度绞车排绳不均匀问题。
(1)排绳器设计方案
首先对调度绞车加以改造，在调度绞车上加装联接板，并在联接板上加装大链轮。大链轮通过链条将调度绞车的动力传至小链轮，小链轮通过牙嵌式离合器将动力传递到排绳器减速机（图1中只画出了排绳器减速机的齿轮）的小齿轮，小齿轮将动力传至其大齿轮，再通过十字销联轴器带动组合式双向螺杆转动。在组合式双向螺杆上设有同样尺寸的左、右螺旋槽，组合式双向螺杆在转动时，使拨叉在其上的左、右螺旋槽内滑动，从而带动排绳架沿导杆往复移动。排绳架上装有导绳轮，钢丝绳在导绳轮的导引下实现在调度绞车的卷筒上均匀排列。
(2)链传动
排绳器采用了链传动，动力直接取自调度绞车的卷筒，排绳器不需要额外的动力。大链轮齿数确定为76齿，小链轮齿数确定为39齿，链节长度为15.875mm。链传动的传动比为i链=39/76。
(3) 排绳器减速机
为了减化结构，排绳器减速机确定为单级、直齿圆柱齿轮传动，小齿轮齿数确定为20，大齿轮齿数确定为120。齿轮模数为2mm。排绳器减速机的传动比为i齿=6/1。
(4)组合式双向螺杆
本排绳器采用的是组合式双向螺杆，见图2所示。所谓组合式，就是由一个中轴和一个双向螺杆套组合而成。双向螺杆套采用外径Φ89mm、壁厚16mm的无缝钢管制造，采用渗碳淬火处理。中轴使用45号中碳钢材料制造，采用正火处理。采用这样的组合式双向螺杆结构，优点是中轴和双向螺杆套可以分开制造，中轴采用车削的方法加工。双向螺杆套使用铣削或是数控车削的方法加工，加工后再焊以前中间套管和后前中间套管（见图2）。若采用整根轴加工，则必须采用直径较粗的轴制造，切削量大，费工费时，制造成本较高。而采用这样的组合式结构，切削量小，既省工又省时，还可以充分发挥材料各自的性能，与采用整根粗轴制造的双向螺杆相比，这样的组合式结构的螺杆具有强度大、硬度高、寿命长的特点，并且方便制造，降低了制造成本。
图2组合式双向螺杆
1－中间轴2－前中间套管3－双向螺杆套4－平键5－后中间套管映6－套筒
组合式双向螺杆加工有6圈左旋螺纹和6圈右旋螺纹，螺距都是48mm，螺纹槽断面宽度为18mm，反映在轴线方向的尺寸是21mm（见图2），左旋螺纹和右旋螺纹螺纹槽深都是9mm。
(5) 拨叉（见图3）
拨叉是与左、右螺纹槽相配合工作的叉形零件，作用是把组合式双向螺杆的转动变为拨叉的往复直线运动，从而带动排绳架工作，实现排绳。拨叉的宽度尺寸选16mm，这是因为拨叉两边是平面结构，不是螺旋面结构。拨叉同时要在左、右螺纹槽工作，而螺纹槽两侧面是螺旋面，所以拨叉的宽度尺寸要小于螺纹断面槽宽18mm，因而选16mm比较合适。拨叉在装配时要适当修磨，其修磨区域见图3所示，拨叉与螺纹槽的工作情况见图4所示。
图3拨叉
图4拨叉与螺纹槽的工作情况
(6)机构的传动比
由于调度绞车的卷筒底部排绳长度为305mm，而卷筒外缘的排绳长度为310mm，难以有一个准确的传动比。对于11.4 Kw调度绞车，肥城矿物局各煤矿都是配用公称直径为Φ15.5mm[1]的钢丝绳。根据长期的观察，调度绞车卷筒排满两层的圈数平均数为37圈左右。安排链传动比为i链=39/76，属于增速运动，这是因为结构上的原因，小链轮不能做的太大。排绳器齿轮的传动比为i齿=6/1。调度绞车的卷筒与组合式双向螺杆的传动比是
i=i链×i齿= =
若调度绞车卷筒排满两层钢丝绳，排绳子架往复一次，组合式双向螺杆需要转12圈，排满两层钢丝绳圈数36.95圈。这样的传动比可以满足低层和大部分中间层的排绳要求，又可以照顾到上沿外层的排绳基本整齐。
(7)离合器、手轮
在小链轮传动的后面设置离合器、手轮，目的是为了方便调整排绳架往复运动与钢丝绳排绳运动的同步，排绳器在开始安装使用时，需要调整同步，在使用过程中也需要随时调整同步。这是因为在使用过程中，由于钢丝绳直径和排列间隙都会发生变化，逐渐导致不同步，这需要再及时调整，调整时只需断开离合器，用手转动手轮即可。设置离合器的目的就是为了调整方便。离合器、手轮都是通过键与小齿轮同轴联接。
四、结束语
井下调度绞车排绳器的解决（见图5），为安全质量标准化创新与发展将奠定坚实的基础，每年可减少钢丝绳消耗约50%，经济效益可观，对安全生产的促进作用突出。总之，本机优点很多，达到了结构简单，工作可靠。大大提高了矿井辅助运输安全装备的安全水平,有力地促进矿井安全生产,有效地防止调度绞车运输中因钢丝绳跑偏引起的断绳、跑车及伤人等事故，可为矿山企业的安全生产提供一种新的可靠的安全装置，它具有很高的经济效益和社会效益。
图5排绳器
参考文献
[1] 《机械设计手册》联合编写组机械设计手册第二分册第二版北京：化学工业出版社.1985.3.1044
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。