第46屆等級獎?wù)撐?--新型彎道幫立輪組的研究與應(yīng)用
大隆礦舒 ?適 ?王忠民?機電處楊 ?起
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摘 ?要 ?闡述了大隆礦井下現(xiàn)有彎道幫立輪(托輥)存在的問題,并根據(jù)拉運車輛時彎道幫立輪(托輥)?的運行特點進行受力分析,提出了新的設(shè)計方案，在實際應(yīng)用中收到了良好的效果。
關(guān)鍵詞??幫立輪托輥受力分析
1?問題的提出
巷道幫立輪是在礦山巷道的轉(zhuǎn)彎處，為了防止鋼絲繩摩擦巷道幫、底板，用于導(dǎo)向并起承托作用，使牽拉方向角度改變，保證鋼絲繩能夠正常工作，不至于加劇磨損的一種安全設(shè)施，廣泛地使用在井下斜巷彎道甩車場、運輸順槽彎道處。而現(xiàn)有的幫立輪，其一般是在槽鋼固定架上安裝有可轉(zhuǎn)動的、長度為1150mm的φ108mm皮帶平行下托輥，通過長期使用發(fā)現(xiàn)主要存在以下問題：1）托輥筒壁強度不夠，容易疲勞破壞，磨損后需更換整個托輥，浪費材料。2）托輥體相對于支承座位置是固定不變的、無法根據(jù)鋼絲繩的實際軌跡進行調(diào)節(jié)，造成與托輥接觸不充分，托輥筒壁總是在同一部位加劇損耗。3）當(dāng)提升中心線與軌道中心線不一致時，易造成跳繩、車輛調(diào)道或刮幫現(xiàn)象，嚴重影響鋼絲繩使用壽命。為了解決上述問題，決定對現(xiàn)有幫立輪進行改造。
2?設(shè)計方案
圖1 ?可調(diào)式彎道幫立輪組裝配示意圖
如圖1所示在工字鋼固支定架上垂直方向安設(shè)2個300mm短托輥1和托輥2，水平方向安設(shè)托輥3和五星輪。在工字鋼支架不同位置割出槽，將托輥支撐座鑲嵌裝配，并在托輥兩端支承座上安防脫銷，防止托輥從槽中蹦出。為了防止鋼絲繩運行到托輥1和托輥2之間的夾空中，又在工字鋼支架的另一側(cè)布置托輥4和托輥5，這樣采用組合式托繩輪結(jié)構(gòu)便可替代原來的φ108mm皮帶長托輥。
3?受力分析
第一步，計算幫立輪托輥所受合力，由圖1可知，設(shè)彎道轉(zhuǎn)角為θ，即鋼絲繩走向經(jīng)過彎道后，方向改變θ。則鋼絲繩角度改變，造成鋼絲繩對托輥的合力為：
T =2Fdsin（θ/2）
=2.4×Fj×sin（θ/2）
式中： Fj—鋼絲繩上靜拉力，一般情況下，鋼絲繩上動拉力系數(shù)為1.2（加速段因加速度引起的動拉力），即Fd＝1.2Fj
圖2??鋼絲繩彎轉(zhuǎn)后對鋼絲繩的合力
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第二步，計算托輥承受彎矩，如圖3所示，托輥可以簡化為簡支梁，兩側(cè)支承力相等，且總和等于T，托輥承受的彎矩M＝1/2T×1/2L
經(jīng)計算，M＝0.6×Fj×sin（θ/2）×L
圖3??托輥簡化圖
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圖4??托輥所受彎矩圖
設(shè)托輥直徑為d，則抗彎模量為W＝1/32×πd3
第三步，計算彎曲應(yīng)力σ＝M/W
基于前述第一步和第二步的相關(guān)計算結(jié)果，可得σ＝19.2×Fj×sin（θ/2）×L/(πd3)
綜合上述計算結(jié)果可得出，如果托輥跨距（支承點距離）縮短為原來1/3，托輥直徑不變的情況下，則彎曲應(yīng)力σ降為原來的1/3的結(jié)論。
4 可調(diào)式彎道幫立輪組的先進性
（1）強度高耐用。由上述計算結(jié)論可知，采用組合式托輥組的托繩輪，長度僅為原來φ108mm皮帶平行下托輥的1/3，在材質(zhì)不變情況下，在理論上受力強度可提高為原來的3倍。
（2）節(jié)省材料配件費。原來平行下長托輥損壞需整根更換，嚴重浪費材料，采用組合方式后，只需更換磨損部位的短托輥。φ108mm皮帶平行下托輥按每個售價150元，而普通短托輥100元計算，每個幫立輪可節(jié)省1/3材料費。
（3）采用托輥位置可調(diào)式設(shè)計。能夠根據(jù)鋼絲繩實際運行軌跡選擇最佳運行工況點，防止會出現(xiàn)因托繩輪過矮接觸不充分或者是過高又加劇磨損鋼絲繩的現(xiàn)象。
（4）導(dǎo)向性能好。道心中間安裝五星輪，控制鋼絲繩在軌道中心運動，解決巷道曲率半徑小，鋼絲繩橫向擺幅大，容易兜幫造成車輛掉道現(xiàn)象，當(dāng)車輛運行至五星輪前，鋼絲繩緩緩彈起，最終承載在幫立輪上。
5 應(yīng)用情況
大隆礦副暗絞車道提升長度556m，自2018年6月份在副暗斜井上部甩車場安設(shè)了1套可調(diào)式彎道幫立輪組后，現(xiàn)場使用效果良好，后陸續(xù)又在井下2個采場共計6處彎道內(nèi)應(yīng)用。極大地改善了絞車道鋼絲繩在彎道中的運行條件，延長了鋼絲繩使用壽命。
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第一作者簡介：舒 ?適（1986-），男，工程師。2009年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)機械工程學(xué)院機械工程及自動化專業(yè)，現(xiàn)任大隆礦運轉(zhuǎn)隊副隊長。聯(lián)系電話：18941075717。
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