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无极绳绞车受力分析
作者：周传圣
来源：《中国科技博览》2014年第01期
摘 要：无极绳绞车是井下煤炭辅助运输的一种重要方式，随着其技术的日趋成熟，近几年来得到了飞速发展。本文对无极绳绞车的牵引力、钢丝绳选用、张紧力、制动力等进行了简要的分析计算。
关键词：无极绳绞车，受力分析 中途分类号：P754.1 一、组成及应用
无极绳绞车亦称无极绳连续牵引车，是一种以钢丝绳牵引的轨道输助运输系统，主要由驱动装置（绞车主机）、张紧装置、梭车、尾轮、拐弯装置、压绳轮、托绳轮、钢丝绳等组成，运行时借助钢丝绳与驱动滚筒之间的摩擦力来实现物料运输的的目，利用绞车的正反转实现物料往返运输。
无极绳绞车对井下轨道条件要求较低，可适用于有一定坡度、起伏、拐弯的轨道系统，实现材料、设备的长距离的连续直达运输，具有连续运行、快速高效、安全可靠等诸多优点。 图1：无极绳绞车系统组成示意图
1-尾轮 2-梭车 3-轨道 4-压绳轮 5-托绳轮 6-主压绳轮 7-驱动装置 8-张紧轮 9-张紧油缸 二、受力分析
基本参数：电动机功率P电，kw；n电-电动机转速，减速机构速比-i；r/min；G-运送物料质量，t；G1-梭车质量，t；G2-平板车质量，t；重力加速度，g=9.8m/s2；μ1-梭车、平板车与轨道间的摩擦系数；βmax-巷道最大倾角；μ2-钢丝绳与各轮组间的摩擦系数；qR-钢丝单位质量，kg/m；L-巷道长度，km； 2.1牵引力计算
工作时，绞车需要克服阻力主要由平动部分（梭车、平板车及牵引重物）重力分力、平动部分与轨道间的摩擦力、钢丝绳与各轮组间的摩擦力几部分组成。
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F-绞车牵引力，kN；F1-平动部分重力分力，kN；F2-平动部分与轨道间的摩擦力，kN；F3-钢丝绳与各轮组间的摩擦力，kN；
2.1.1平动部分重力分力 F1=（G+G1+G2）×gsinβmax 2.1.2平动部分摩擦力 F2=（G+G1+G2）gμ1cosβmax 2.1.3钢丝绳摩擦力 F3=2gμ2qRLcosβmax
则：F=F1+F2+F3=（G+G1+G2）×g（μ1×cosβmax+sinβmax）+2gμ2qRLcosβmax 2.2钢丝绳选用 Sφ≥n0×F
Sφ-钢丝破拉强总和，kN；n0-运物无极绳绞车用钢丝绳安全系数n0=5-L，但不得小于3.5；根据Sφ选定钢丝绳直径φS，mm；
2.3牵引速度计算 v=3.14×（φS+φG）×nG/60/1000
v-钢丝绳线速度，m/s；φG-驱动滚筒直径，mm； 驱动滚筒转速：nG=n电/i 2.4校核电动机功率
电动机输入功率P=Fv/η≤P电 η-传动系统总机械效率
注：电动机额定功率若不能满上述条件请修改选用电动功率P电或转速n电。 2.5张紧力计算
绞车主机驱动力FQ通过摩擦传递至钢丝绳上，保证绞车正常运行，钢丝绳松边张力FS必须满足以下不打滑条件： 图2：后部张紧受力示意图
FSmin≥FQmax/（eμα-1） FQ= FJ- FS=F FJ=FS×eμα 则：FSmin≥F/（eμα-1）
FQ-绞车主机的驱动力，kN；FJ-钢丝绳紧边张力，kN；FSmin-钢丝绳松边最小张力，kN；e-自然对数的底数，2.718；μ-驱动滚筒与钢丝绳间的摩擦系数；α-钢丝绳在驱动滚筒上缠绕的围包角，rad；FZ-运输时液压油缸拉力，kN；θ-两张紧钢丝绳间的夹角，°；
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若钢丝绳在两个驱动滚筒上的围包角相等，即均为α/2rad；FS取钢丝绳在驱动滚筒上不打滑临界值：
则：FS=F/（eμα-1） 由图2可知：FJ=T×eμα/2 T=FS×eμα/2 则：FZ=2Tcos（θ/2）=2Feμα/2/（eμα-1）cos（θ/2）
若将绞车驱动力FQ分解为两个驱动滚筒上分力FQ1和FQ2， 可知各驱动力大小：FQ=FQ1+FQ2=F
其中FQ1=FJ- T=FS×eμα-FS×eμα/2=F×eμα/2/（eμα/2+1） FQ2=FS×（eμα/2-1）=F/（eμα/2+1） 2.6制动力矩计算
无极绳绞车运输时，驱动装置转动，梭车、牵引重物及钢丝绳同时平动。所以绞车制动力矩应由驱动装置转动惯性力矩、平动部分（梭车、平板车、牵引重物及钢丝绳）惯性力矩、梭车及牵引重物的重力分力矩、运输系统摩擦力矩（梭车及牵引重物与轨道、钢丝绳与各轮组间）等几部分组成。 则：M=M1+M2+M3-M4
M-绞车制动力矩，Nm；M1-转动惯性力矩，Nm；M2-平动部分总惯性力矩，Nm；M3-梭车及牵引重物的重力分力矩，Nm；M4-摩擦阻力矩总和，Nm； 2.6.1驱动装置转动惯性力矩 M1=Jω/t
J-绞车各转动部分换算到制动轴上的转动惯量，kg.m2；
ω-制动前转动角速度，rad/s；t-制动时间，s（《煤矿安全规程》中规定无极绳绞车安全制动时间不得大于0.7s），即t≤0.7s；
2.6.2梭车及牵引重物、钢丝绳平动惯性力矩
M2=mvφG/2t v-平动部分速度，m/s；φG-驱动滚筒直径，mm； 其中，m=（G+G1+G2）×1000+2qRL×1000
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G-运送物料质量，t；G1-梭车质量，t；G2-平板车质量，t；qR-钢丝单位质量，kg/m；L-巷道长度，km；
2.6.3梭车、平板车及牵引重物的重力分力矩 M3=（G+G1+G2）gsinβ×1000φG/2
2.6.4梭车及牵引重物与轨道、钢丝绳与各轮组间摩擦阻力矩总和 M4=（（G+G1+G2）gμ1+2μ2qRLg）cosβ×1000×φG/2
μ1-梭车、平板车与轨道摩擦系数；μ2-钢丝绳与各轮组摩擦系数； 2.7油缸制动力计算
FY=Pn/i1 Pn=M/（μ3×D） 则：FY=M/（μ3×D×i1）/ηz
FY-油缸制动力，N；Pn-制动闸瓦额定正压力，N；μ3-闸瓦与制动轮间摩擦系数；D-制动轮直径，m；i1-制动轮到油缸杠杆比；ηz-制动效率； 三、结束语
因无极绳绞车井下安装条件较为复杂，布置形式多样，本文从理论上对其主要受力进行简要的分析，在此不做过多的解析。 参考文献：
1 成大先，王德夫等著.机构设计手册（第3版）：第2、3卷.北京：化学工业出版社，2000.9
2 王文斌，林忠钦等著.机构设计手册（新版）：第2、3卷.北京：机械工业出版社，2004.8
3 汪恺主编，机械设计标准应用手册： 第3卷.北京：机械工业出版社，1997
