矿用气动绞车的概述及分类

绞车概述

    绞车作为现代工业生产过程中常用的提升牵引设备,具有悠久的发展历史以及较为成熟的设计制造技术。

    在人类历史上,绞盘是第一种用于拖曳提升重物的机器,它可使一个人搬运远重于自己许多倍的重物。绞盘采用一种轴和轮的形式,由用垂直框架支撑的滚筒组成,人通过用手摇动曲柄,使绞盘滚筒绕水平轴转动。

    今天被广泛应用的绞车(或称卷扬机)是绞盘的另一种形式,它泛指具有一个或几个上面卷绕有绳索或钢丝绳的圆筒,用来提升或拖曳重载荷的动力机械。

绞车的结构组成

    绞车一般包括驱动部分、工作装置、辅助装置等几部分,通过滚筒盘绞或夹钳拉拔缆绳的方式实现对负载的牵引提升及下放。

1、驱动部分

    用于驱动绞车工作装置卷筒、释放缆绳,包含动力及传动装置与控制装置。绞车可以采用多种驱动方式,包括电动机、蒸汽机、柴油发动机、汽油发动机、液压马达、气动马达等等。

    对于小型绞车,为了保证机构紧凑,绞车驱动部分一般与绞车工作装置联接在一起,直接驱动工作装置;对于大型绞车或应用现场空间相对狭小的绞车,绞车驱动部分与绞车工作装置可以设计成独立放置,两者间通过液压管线、气动管线或电缆管线相联系,绞车的布置和操纵均很方便。

2、工作装置

    在驱动部分作用下,通过滚筒回转或夹钳直线拉拔等方式拖曳或释放缆绳以完成对负载的收放控制,并含有对缆绳的容绳和排缆装置。

3、辅助装置

    辅助工作装置完成拖曳作业,包含滑轮组、导向装置以及速度测量、长度距离测量、张力测量等装置部分;纹车可以使用钢丝绳、尼龙缆绳等多种材质缆绳。

绞车分类

绞车分类方式多样。

    根据其驱动方式,可以分为机械式驱动绞车、电机驱动绞车、液压绞车、气动绞车等。

(1)机械式驱动绞车

    机械式驱动绞车的驱动部件间的固定几何位置关系决定着系统的设计布局,布局的变化少。同时,其传动系统体积尺寸大,总重量重,安装布置复杂,经常需要精密加工的平面和精密的部件定位。另外,机械式驱动绞车难以实现大范围的无级变速,且原动机的位置是不可变的,在有负载的情况下,难以取得平稳的反转。机械式驱动绞车通过采用液力偶合器,可以在堵转工况下产生最大扭矩。

(2)电机驱动绞车

    电机驱动绞车采用电机为动力,通过齿轮减速器驱动绞车滚筒转动。一些小型和低端绞车常采用常规定速电机驱动方法,能实现单速(或双速)和双向旋转功能,系统简单,但不能低速启动和平滑变速。如果采用可控硅整流((S CR)直流调速方式则可实现无级调速,这种方式历史悠久,可在低速段提供短时的额定扭矩(或堵转扭矩)。但是,若无独立冷却系统和专用设计,直流调速方式很难长时间用于堵转工况。采用交流变频调速的电机驱动绞车,可以实现从零到最大速度的无级变速,也可以在低速和堵转工况下提供100%额定扭矩,调速平稳。

(3)液压绞车

    液压绞车是将液压基础元部件进行新的组合,并与电控绞车的机械部分相结合,产生的一种新型的提升机械。

    液压绞车按照传动系统又可以分为全液压传动绞车,以及液压一机械传动绞车。全液压传动绞车是利用液压马达直接驱动滚筒,而液压一机械传动绞车则是利用液压马达通过减速箱进而拖动滚筒。

    液压绞车具有无级调速,起动、换向平稳,低速运转性能好,操作简单,体积小、重量轻,安全可靠等优点。同时,液压绞车由于采用液压传动,减少了产生电火花的元件;又由于采用鼠笼型电动机,空载直接起动,使电气控制设备简单,容易做成防爆型。因此,液压绞车近年来发展迅速,并在煤矿生产中得到了广泛使用。

(4)气动绞车

    气动绞车是以气马达为动力,通过齿轮减速机构驱动滚筒,实现重物牵引和提升的绞车装置。

    气动绞车存在噪音较大的缺点,但与电动绞车相比,气动绞车具有体积小、重量轻、易于搬运、安装快速、操作方便、无级调速、起动力矩大等优点。同时,气动绞车可以在易燃易爆气体以及潮湿或干燥环境内工作,不受恶劣作业环境的影响,可利用矿山、井场等场所现有的气源,具有较好的经济效益及广泛的开发前景。

矿用气动绞车的结构及气动系统的分析

矿用绞车作为煤矿的关键运输设备,主要承担对煤炭、煤矸石、材料、设备以及人员的运输。其中,运输绞车主要承担对煤炭、煤矸石以及设备的运输,调度绞车用于综采工作面的车辆调度,回柱绞车用于搬运液压支架等。目前,应用于西铭矿的绞车在生产中存在如下问题:容易发生断绳事故;钢丝绳在排绳过程中容易出现缠绕不均、咬绳甚至压绳的现象。此外,在以往生产中还出现绞车电控系统产生火花造成瓦斯爆炸的事故。气动绞车由于其工作介质为压缩空气,不仅能够节约电缆,还能够避免由于电气设备的使用带来的事故,其安全系数较高。因此,本文针对当前矿用电缆的问题所在,选用一款气动绞车,对其结构与气动系统进行详细分析。

气动绞车的现状分析

目前,气动绞车在煤矿生产中的应用较少,其主要应用于油田井场。综合分析,当前应用于生产中的气动绞车均存在如下不足:需要求作业人员在绞车前进方向操作,无形之中增加了作业人员的安全隐患;需要求作业人员对绞车进行手动制动,无形中增加了作业人员的劳动强度。此外,当前的启动绞车的牵引速度较慢,无法满足实际生产的需求。因此,为确保作业人员安全性、确保工作面生产效率,需研发一款更为实用的气动绞车。

绞车的气动系统方案

气动系统是气动绞车的关键系统,为整个系统的运行提供动力,气动系统的性能直接决定着气动绞车的性能。简单来说,气动系统由具有特定功能的回路构成,包括气动换向回路、速度控制回路以及气动马达回路。

通常气动系统包含有控制系统和传动系统。其中,气动传动系统包括有开式循环和闭式循环,控制系统可分为开关控制和连续控制。

气动系统主要功能

气动绞车气动系统的主要功能是将压风系统中的压缩空气进行稳压、干燥处理,以确保其满足气动绞车的使用要求。为了确保整机运行的稳定性和可靠性,要求气动系统满足以下要求:一是气动系统能够确保气源的稳定,进而确保气动绞车的稳定运行;二是气动系统能够实现对气动绞车的无级调速和换向,以确保气动绞车能够满足不同工况下的工作要求;三是为气动系统加设相应的降噪措施,进而有效降低整机运行时的噪声。除此之外,气动系统在满足上述条件的基础上,应要求气动系统具有良好的维修性和低成本等特点。

气动回路各部功能

气动回路作为气动系统的主要回路之一,为避免在实际应用过程中杂质会沉淀在气动元件的通道内导致系统阻塞,气动回路具有净化处理气源的功能,主要去除气体中的水分、杂质以及油分等,以确保气体质量满足气动系统的要求。在综合考虑各项要求的基础上,要求气动回路系统具有气源处理环节、制动回路以气动马达回路等几部分。各部分功能如下:

1)气源处理环节的主要功能是去除气源中的水分、油分以及杂质,并实现对气源稳压的作用。

2)制动回路的主要功能分为两部分,其一为当系统的负载超过其启动扭矩时,控制绞车的离合机构,以确保绞车的顺利启动;其二为当绞车制动时,控制系统绞车的制动系统,确保绞车的稳定停车。

3)气动马达回路主要功能是实现对马达的无级调速和换向功能。其中,基于对气体流量的调节实现马达的无级调速功能;通过采用相应换向阀元器件实现马达的换向功能。

此外,为了降低马达在排气过程中的噪声,在马达的排气部位加设消声器。