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摘要:万向调度绞车改变传统调度绞车运转方向单一不变的缺陷,实现调度绞车可自由旋转,经强度分析及校验和在同煤集团的试验及实际应用,取得可观的经济效益,填补了调度绞车技术上的一项空白。
关键词:万向调度绞车 转向 固定 推广应用
0 引言
调度绞车用来完成生产过程中各工作地点所需的各类设备及材料的运输任务,因其操作方便、维护简单而广泛应用于工矿企业,它的使用大大降低了工人的劳动强度,提高了工作效率。在同煤集团这样的开采近水平煤层为主的矿区,除地面工业广场大量使用调度绞车外,各矿井下的盘区辅助运输及顺槽巷的辅助运输中90%以上也均使用它。由于地下开采时盘区轨道巷的拐弯是不可避免的,而且是普遍存在的,即使是工作面轨道顺槽有时也不得不拐弯布置,以上巷道拐弯以钝角、直角最为常见,锐角较少。传统调度绞车的稳设、运转方向是固定不变的,即方向单一能良好地适应于直巷或一个方向的使用,遇有巷道拐弯较大时,需在巷道拐弯处再稳设另外一台绞车才能满足辅助运输要求,这就造成占用设备增多的状况。
1 设计内容
1.1 设计要求 要想改变传统调度绞车运转方向单一不变的缺陷,就需实现调度绞车可自由旋转,这就要求达到以下几点改造目标:①调度绞车能自由旋转,实现绞车的运转方向可调整,以适应巷道拐弯的要求;②调度绞车旋转后要实现重新固定、稳定;③调度绞车运转要有足够的安全系数,以保证安全;④操作过程要快捷、方便、省人、省力。
1.2 设计实现装置
我们首先在11.4KW的绞车上进行改装试验,通过在调度绞车底部增加一套旋转装置及固定锁紧装置来实现绞车的自由旋转、固定及稳定。
旋转装置主要是旋转底盘、转动轴、挡板组成。为保证旋转强度要求,故在旋转底盘的旋转中心打孔与转动轴焊接固定.通过转动销来实现绞车旋转,绞车座与绞车的联接方式与改造前相同,而与旋转底盘是通过4条M27的螺栓连接,为防止转动销在绞车运行过程中脱离固定底盘,特设计了挡板装置。
为保证绞车在运行中的稳定性,特在固定底盘上焊接一个加○/500×○/450×50的稳定盘,为避免旋转底盘在旋转过程中,接触稳定盘而增加旋转阻力,稳定盘与旋转底盘的间隙以1mm为宜。
旋转底盘与固定底盘的固定是通过锁紧螺栓联接来实现的。而在固定底盘上的旋转直径上分布着锁紧螺母,锁紧螺母愈多,说明绞车所能旋转固定的方向也越多,一般来讲,当有2组螺母时,可满足2个角度的要求,当有3组螺母时,可满足3个旋转角度的要求,依此类推。为了实现快速锁紧固定。
1.3 转动销强度分析及校验 在调度绞车运行时,绝大部分的作用力都作用在旋转底盘的转动销上,故只要转动销的强度满足要求即可保证绞车的运行安全。转动销由A3钢制造,11.4kW绞车的最大静拉力为1000kg力。
1.3.1 抗弯强度的校验 绞车运行时转动销主要承受弯曲应力σ
(1)
式中:M max—最大弯距
WZ—横截面的坑弯截面模量
M max=F max·S=10kN×0.05M=500N.M(2)
式中:F max—承受的最大力为10kN;
S—力矩,为50mm
(3)
式中IZ—相对于中性层的惯性距;
Y max—相对于中性层的最大距离;
对圆形截面WZ=0.1d3
=0.1×0.073=3.43×10-5m3(4)
式中d—受力截面的直径为70mm;
则:
由于 A3钢的许用应力[σ]=235MPa
故σ<[σ]转动销的抗弯强度完全符合要求。
说明该转动销有16倍的抗弯安全系数;即使考虑2倍动载荷作用,仍有8倍的安全系数。
1.3.2 抗剪强度校验 绞车运行时转动销还承受剪切力作用,其剪切应力τ:
(5)
式中:F max—承受最大剪切力为10kN
A—剪切作用力的横截面积
则
A3钢的抗剪强度为[τ]=0.6×235=141MPa
故τ<[τ]转动销的抗剪强度完全符合要求。
说明该转动销有54倍的抗剪安全系数,即使考虑10倍的动载荷作用,仍有5.4倍的安全系数。
1.4 万向调度绞车的转向操作 当需要调度绞车转向时,操作过程如下:
1.4.1 用六方套管(用小链与绞车底座固定)拧松锁紧固定螺栓,使之与锁紧固定螺母分离。
1.4.2 人工将绞车旋转到所需的方向。
1.4.3 重新将锁紧螺杆插入孔内,用六方套管将固定螺栓拧紧即可。
2 创新点
2.1 经改造的万向调度绞车可便捷地对绞车进行换向操作,其转向、固定装置结构合理,加工简单,安全系数高,达到了改造目标;
2.2 因万向调度绞车可以实现自由旋转,因此不会产生钢丝绳跑偏,大大地提高了运输过程中的安全系数;
2.3 改变了传统调度绞车的单一方向性,填补了调度绞车技术上的一项空白;
2.4 因万向调度绞车可以实现多个方向的旋转,因此可一车多用,减少了设备的安装数量;
2.5 万向调度绞车不仅适用于11.4kW的绞车,只要适当增大转动销的直径,可推广应用至25kW绞车的改造。
3 应用效果及经济效益
改造后的两台11.4kw万向调度绞车首先在我矿工业广场进行了试验,经半年的使用检验, 该万向调度绞车运行安全、平稳,完全满足使用要求。四老沟矿现有11.4kw调度绞车46台,根据测算,各种类型巷道如全部改用万向调度绞车,可节省13部绞车、13台开关及4000 m钢丝绳等各类投入约30万元。而万向调度绞车的改造,每台仅需增加费用1000多元,因此可取得可观的经济效益。
4 存在的问题及推广应用前景
需人工旋转调度绞车,并且对巷道空间要求大。该万向调度绞车的研制,改变了传统调度绞车的单一方向性,填补了调度绞车技术上的一项空白,并且减少了设备的安装数量,对于同煤集团各矿的辅助运输将产生很大影响。在全省乃至全国有推广价值。
参考文献:
[1]吴宗泽.机械设计实用手册.北京:化学工业出版社.2003.
[2]刘鸿文.简明材料力学.北京:高等教育出版社.1997.
关键词:万向调度绞车 转向 固定 推广应用
0 引言
调度绞车用来完成生产过程中各工作地点所需的各类设备及材料的运输任务,因其操作方便、维护简单而广泛应用于工矿企业,它的使用大大降低了工人的劳动强度,提高了工作效率。在同煤集团这样的开采近水平煤层为主的矿区,除地面工业广场大量使用调度绞车外,各矿井下的盘区辅助运输及顺槽巷的辅助运输中90%以上也均使用它。由于地下开采时盘区轨道巷的拐弯是不可避免的,而且是普遍存在的,即使是工作面轨道顺槽有时也不得不拐弯布置,以上巷道拐弯以钝角、直角最为常见,锐角较少。传统调度绞车的稳设、运转方向是固定不变的,即方向单一能良好地适应于直巷或一个方向的使用,遇有巷道拐弯较大时,需在巷道拐弯处再稳设另外一台绞车才能满足辅助运输要求,这就造成占用设备增多的状况。
1 设计内容
1.1 设计要求 要想改变传统调度绞车运转方向单一不变的缺陷,就需实现调度绞车可自由旋转,这就要求达到以下几点改造目标:①调度绞车能自由旋转,实现绞车的运转方向可调整,以适应巷道拐弯的要求;②调度绞车旋转后要实现重新固定、稳定;③调度绞车运转要有足够的安全系数,以保证安全;④操作过程要快捷、方便、省人、省力。
1.2 设计实现装置
我们首先在11.4KW的绞车上进行改装试验,通过在调度绞车底部增加一套旋转装置及固定锁紧装置来实现绞车的自由旋转、固定及稳定。
旋转装置主要是旋转底盘、转动轴、挡板组成。为保证旋转强度要求,故在旋转底盘的旋转中心打孔与转动轴焊接固定.通过转动销来实现绞车旋转,绞车座与绞车的联接方式与改造前相同,而与旋转底盘是通过4条M27的螺栓连接,为防止转动销在绞车运行过程中脱离固定底盘,特设计了挡板装置。
为保证绞车在运行中的稳定性,特在固定底盘上焊接一个加○/500×○/450×50的稳定盘,为避免旋转底盘在旋转过程中,接触稳定盘而增加旋转阻力,稳定盘与旋转底盘的间隙以1mm为宜。
旋转底盘与固定底盘的固定是通过锁紧螺栓联接来实现的。而在固定底盘上的旋转直径上分布着锁紧螺母,锁紧螺母愈多,说明绞车所能旋转固定的方向也越多,一般来讲,当有2组螺母时,可满足2个角度的要求,当有3组螺母时,可满足3个旋转角度的要求,依此类推。为了实现快速锁紧固定。
1.3 转动销强度分析及校验 在调度绞车运行时,绝大部分的作用力都作用在旋转底盘的转动销上,故只要转动销的强度满足要求即可保证绞车的运行安全。转动销由A3钢制造,11.4kW绞车的最大静拉力为1000kg力。
1.3.1 抗弯强度的校验 绞车运行时转动销主要承受弯曲应力σ
(1)
式中:M max—最大弯距
WZ—横截面的坑弯截面模量
M max=F max·S=10kN×0.05M=500N.M(2)
式中:F max—承受的最大力为10kN;
S—力矩,为50mm
(3)
式中IZ—相对于中性层的惯性距;
Y max—相对于中性层的最大距离;
对圆形截面WZ=0.1d3
=0.1×0.073=3.43×10-5m3(4)
式中d—受力截面的直径为70mm;
则:
由于 A3钢的许用应力[σ]=235MPa
故σ<[σ]转动销的抗弯强度完全符合要求。
说明该转动销有16倍的抗弯安全系数;即使考虑2倍动载荷作用,仍有8倍的安全系数。
1.3.2 抗剪强度校验 绞车运行时转动销还承受剪切力作用,其剪切应力τ:
(5)
式中:F max—承受最大剪切力为10kN
A—剪切作用力的横截面积
则
A3钢的抗剪强度为[τ]=0.6×235=141MPa
故τ<[τ]转动销的抗剪强度完全符合要求。
说明该转动销有54倍的抗剪安全系数,即使考虑10倍的动载荷作用,仍有5.4倍的安全系数。
1.4 万向调度绞车的转向操作 当需要调度绞车转向时,操作过程如下:
1.4.1 用六方套管(用小链与绞车底座固定)拧松锁紧固定螺栓,使之与锁紧固定螺母分离。
1.4.2 人工将绞车旋转到所需的方向。
1.4.3 重新将锁紧螺杆插入孔内,用六方套管将固定螺栓拧紧即可。
2 创新点
2.1 经改造的万向调度绞车可便捷地对绞车进行换向操作,其转向、固定装置结构合理,加工简单,安全系数高,达到了改造目标;
2.2 因万向调度绞车可以实现自由旋转,因此不会产生钢丝绳跑偏,大大地提高了运输过程中的安全系数;
2.3 改变了传统调度绞车的单一方向性,填补了调度绞车技术上的一项空白;
2.4 因万向调度绞车可以实现多个方向的旋转,因此可一车多用,减少了设备的安装数量;
2.5 万向调度绞车不仅适用于11.4kW的绞车,只要适当增大转动销的直径,可推广应用至25kW绞车的改造。
3 应用效果及经济效益
改造后的两台11.4kw万向调度绞车首先在我矿工业广场进行了试验,经半年的使用检验, 该万向调度绞车运行安全、平稳,完全满足使用要求。四老沟矿现有11.4kw调度绞车46台,根据测算,各种类型巷道如全部改用万向调度绞车,可节省13部绞车、13台开关及4000 m钢丝绳等各类投入约30万元。而万向调度绞车的改造,每台仅需增加费用1000多元,因此可取得可观的经济效益。
4 存在的问题及推广应用前景
需人工旋转调度绞车,并且对巷道空间要求大。该万向调度绞车的研制,改变了传统调度绞车的单一方向性,填补了调度绞车技术上的一项空白,并且减少了设备的安装数量,对于同煤集团各矿的辅助运输将产生很大影响。在全省乃至全国有推广价值。
参考文献:
[1]吴宗泽.机械设计实用手册.北京:化学工业出版社.2003.
[2]刘鸿文.简明材料力学.北京:高等教育出版社.1997.