軌道-繩牽引方式搬運超大型液壓支架試驗研究

軌道-繩牽引方式搬運超大型液壓支架試驗研究

隨著煤礦同時開采的高技術進步，大型機械化高架結構的使用越來越多。支架最大支撐高度達到7.2m，最大工作阻力達到80000kg，單臺故障尹的質量達到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,同時工作面液壓支架整體搬運困難。目前液壓支架整體搬運常采用無軌膠輪車,煤炭科學研究總院太原研究院已經研制出載重80t的支架搬運車,但支架搬運車對井下空間和地面要求較高,很多礦井不能滿足搬運條件。而采用傳統(tǒng)的軌道-繩牽引方式搬運大采高液壓支架,國內尚未見報道。趙固二礦大采高工作面即將開采完畢,工作面設備需從11050工作面搬遷至11030工作面,搬運距離約2100m。需搬運的主要設備有:采煤機、刮板輸送機、液壓支架、轉載機、破碎機以及液壓泵站等,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,底鼓嚴重,回撤空間不好維護,不適用無軌膠輪車整體搬運。為嘗試和探索軌道-繩牽引方式搬運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平臺,對液壓支架搬運進行了常規(guī)重載試驗和極端工況重載試驗,采集了充足的數據,為井下實際運輸提供了第一手數據和技術支持。本文僅對試驗中出現(xiàn)的一次跑車事故進行分析,希望對使用軌道-繩牽引方式運輸特重型物料的煤礦有參考價值。1事故描述1.1軌道輪組的安裝整架運輸試驗平臺如圖1所示,液壓支架重約65t,使用平板車在軌道上運輸,軌道長約90m,圖中1號到6號為上坡加轉彎,局部最大坡度約7°,平均坡度約5°,其余為水平軌道,軌道內安裝無極繩絞車專用的壓繩輪組和轉向輪組。試驗使用載重80t的平板車作為液壓支架載體,以無極繩絞車和回柱絞車為動力,液壓支架拆裝機為超大型液壓支架的組裝和解體服務,試驗并配有拉力計與電流表等測量設備。1.2彎車過程中拉斷梭車牽引重載平板車下運試驗由9號開始,到1號結束。試驗開始到6號運行正常,由6號轉入下坡轉彎段時緊邊鋼絲繩異常抖動,隨即令無極繩絞車制動抱閘,但絞車制動后梭車及平板車并未停止運行,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。溜坡過程中,絞車已抱閘,梭車前端牽引鋼絲繩處于靜止狀態(tài)并在壓繩輪中間,因此牽引鋼絲繩隨梭車運動將壓繩輪兜住并拉斷。之后梭車繼續(xù)下行,兜住另一個壓繩輪及軌枕,將軌枕及下方石子拖動3m左右,多根軌枕被拉到一處。此時重載車并未停下,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,無極繩絞車緊邊鋼絲繩首先發(fā)生了上下晃動,即緊邊鋼絲繩變松;事故發(fā)生后,梭車上楔塊中楔形環(huán)槽內出現(xiàn)鋼絲繩抽出時摩擦發(fā)熱變紅的痕跡。可以看出,引發(fā)跑車事故的直接原因是鋼絲繩從梭車上楔塊內抽出,而事故發(fā)生的根本原因可從以下3個方面分析。2.1電動功率計算即絞車牽引重載車下運時,重載車下滑力大于系統(tǒng)阻力引起重載車加速運動,絞車電動機由電動狀態(tài)進入發(fā)電制動狀態(tài)。此時,如果電動機功率小于所需功率,則需要合適的制動措施,否則速度因失控而持續(xù)升高,導致飛車。為驗證系統(tǒng)是否發(fā)生飛車,特對下運時絞車功率驗算。下運牽引力軸功率PA=Fv=48.3×0.55=26.6kW,電動機功率式中:G1為支架質量,G1=65t;G2為平板重載車質量,G2=5.4t;G3為梭車以及配重質量,G3=4t;b為坡道傾角,b=5°;k為平板車運行阻力系數,取k=0.02;μ為鋼絲繩摩擦阻力系數,取μ=0.2;P為鋼絲繩單位質量,P=1.96kg/m;L為鋼絲繩沿軌道單程長,L=90m;Kd為備用功率系數,取Kd=1.2;η為傳動效率,取η=0.95;ζ為電壓降系數,取ζ=0.95;[PM]為無極繩絞車電動機額定功率,[PM]=55kW。由計算可知,絞車電動機功率小于額定功率,且試驗中測量絞車電動機最大電流為40A,電壓為660V,功率為26.4kW,遠小于其額定功率。以往多次梭車推重載平板車下坡試驗未出現(xiàn)事故,因此確定不是“飛車”。2.2錨點內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)上留有摩擦產生的痕跡,可以斷定事故與楔塊有關系。測量楔塊中鋼絲繩槽時發(fā)現(xiàn),楔形環(huán)溝槽過深,鋼絲繩不能被楔塊壓緊。為驗證此問題,將楔形環(huán)和與之配合的卡繩塊結合面都銑去1mm,增加其他安全措施后多次進行試驗,鋼絲繩未抽出。由此說明,鋼絲繩從梭車抽出的原因是楔塊與鋼絲繩不匹配,導致鋼絲繩受力時從楔塊中抽出。2.3犯著車地面下張緊裝置鋼絲繩抽出與楔塊有關,但仍不能解釋試驗中緊邊鋼絲繩變松的現(xiàn)象,因此存在如下疑問:鋼絲繩是先從楔塊中抽出而導致緊邊鋼絲繩松動,還是下運時緊邊鋼絲繩先松動才導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出現(xiàn)彈性變形,變形量按6‰計算,那么試驗中鋼絲繩伸長可達1.08m。而整架運輸2100m的距離,巷道中4200m的鋼絲繩伸長量接近25m。特別是在巷道有起伏坡道的情況下(見圖2),當梭車牽引車輛上行時,梭車一端鋼絲繩的彈性變形量會較大,當下行時鋼絲繩受力變小,伸長的鋼絲繩收縮,如果鋼絲繩不能被及時回收,將嚴重影響運輸的安全性。觀察試驗中鋼絲繩張緊裝置(見圖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張緊裝置滑輪后直接繞在無極繩絞車滾筒上。這種張緊裝置只能在滾筒轉動的情況下實現(xiàn)張緊,且在鋼絲繩受力變化時反應速度慢。而事故中緊邊鋼絲繩先松動即因下行時鋼絲繩受力減小而張緊裝置反應慢,不能及時收回多余的鋼絲繩導致的。綜合以上分析可知:下行時張緊裝置不能及時張緊鋼絲繩緊邊,使緊邊鋼絲繩松弛打彎并兜住壓繩輪,導致松邊鋼絲繩從有問題的楔塊中抽出,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,楔塊沒有壓緊鋼絲繩;鋼絲繩張緊裝置未在鋼絲繩受力減小時,將多余的鋼絲繩收回。3張緊方式(1)針對楔塊的問題,在運輸時注意檢查鋼絲繩的型號是否與楔塊型號匹配,以確保運輸時楔塊能壓緊鋼絲繩,使其不從楔塊中抽出。(2)針對鋼絲繩張緊問題,可改進其張緊方式。液壓張緊反應慢,直接纏繞在無極繩絞車滾筒上張緊速度更慢。可改進的繞繩方式如圖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速度。對于長距離運輸,應根據需要使用1臺或多臺五輪重錘張緊裝置,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)運輸過程中,增加防跑車制動裝置。超大型液壓支架質量大,發(fā)生跑車時阻攔困難,因此應在其“跑”起來之前將其阻止,可在梭車之前或平板車之后增加制動車,當制動車速度達到預設值時