孫巖，武成栓，賀永平，常有，李美梅

（山西汾西礦業(yè)（集團）有限責任公司曙光煤礦，山西孝義032300）

引言

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第383條規(guī)定，在猴車主驅(qū)動旋轉(zhuǎn)輪軸中心的正下方必須安裝斷軸保護裝置，為了進一步規(guī)范猴車運行管理制度，保障猴車安全運行，在猴車已裝有機頭機尾越位保護、欠速過速保護、重錘下限位保護、全線緊急停車保護、乘人間距控制保護、上變坡點吊繩捕繩停車保護、吊椅防過擺保護、系統(tǒng)防靜電保護、頭尾輪入省口安全防護裝置、減速機油溫保護、制動器動作失效保護、機頭機尾信號中斷保護、驅(qū)動裝置二級制動保護等13項保護的情況下，結(jié)合猴車技術(shù)發(fā)展的最新動態(tài)，主驅(qū)動輪軸斷軸保護裝置必須得以安裝，并且要求結(jié)構(gòu)簡單，安全牢固，加工安裝方便、設計科學合理、使用安全穩(wěn)定等性能。

1 猴車驅(qū)動輪軸的運轉(zhuǎn)特性

根據(jù)巷道的設計特性，在巷道入口處把猴車機頭安裝點的上方固定槽鋼、橫向穩(wěn)定連接好，然后把猴車驅(qū)動裝置總成安裝在已裝好、固定牢靠的槽鋼上，這樣既能架空猴車總成，保證猴車座椅的高度，又能落地安裝各種適用的保護裝置[1]。安裝好抱索器總成，并且G型抱索器可以繞驅(qū)動輪和尾輪運行。

2 力矩的分布規(guī)律設計計算

2.1 巷道參數(shù)

巷道總長L=3 250 m；最大坡度α1=28°；平均坡度α2=24.5°。

2.2 主要參數(shù)的確定

1）驅(qū)動輪直徑D=1.6 m。

2）選減速機速比i=63；鋼絲繩運行速度υ=K（π D/60）N/i=0.96 m/s。其中：K為鋼絲繩運行時蠕動系數(shù)，取K=0.98，N為電動機轉(zhuǎn)速，740 r/min。

3）設定乘坐間距λ1=10 m，則運輸效率Qr=32 500υ/λ1=3120人次/h。

4）預選鋼絲繩直徑Φ=26 mm，每米質(zhì)量q0=2.49 kg/m，抗拉強度為1 670 MPa，鋼絲繩鋼絲破斷拉力總和為452 kN。

5）驅(qū)動輪繩槽與牽引鋼絲繩的摩擦系數(shù)μ=0.25；鋼絲繩與托輪間阻力系數(shù)ω，動力運行時取ω=0.02，制動運行時取ω=0.012。

6）牽引繩在驅(qū)動輪上的圍包角α=180°。

2.3 牽引鋼絲繩張力的計算

2.3.1 最小點張力

式中：C為鋼絲繩的抗撓度系數(shù)，取值范圍為650～1 000；g為重力加速度，g=9.8 m/s2。

將數(shù)據(jù)代入式（1）計算得Fmin=24 402 N。

2.3.2 各特征點張力的計算

2.3.2.1 動力運行狀態(tài)

當下放側(cè)無人乘座而上升側(cè)滿員時（動力運行狀態(tài)）：

線路運行阻力

各特征點張力

式中：F1為驅(qū)動輪進繩側(cè)鋼絲繩張力；F2為驅(qū)動輪出繩側(cè)鋼絲繩張力；F3為迂回輪進繩側(cè)鋼絲繩張力；F4為迂回輪出繩側(cè)鋼絲繩張力，F(xiàn)4=1.01F3；Q1為人和物總重量,取95 kg（AQ規(guī)定，人重75 kg、物重20 kg）；Q2為吊椅重量，取15 kg；L為巷道總長。

將數(shù)據(jù)代入式（2）（3）（4）（5），計算得：f上=37199N，f下=-10 077 N；F3=24 402 N，F(xiàn)1=61 845 N。

2.3.2.2制動運行狀態(tài)

當下放側(cè)滿員乘坐而上升側(cè)無人乘坐時（制動運行狀態(tài)）：

線路運行阻力

各點張力

3 行人巷道的布局特點

專用行人巷道埋藏深度為497～597 m，地面標高為＋980～+1 030 m。地面全部為紅、黃土覆蓋，地勢為南高北低，東高西低。專用行人巷在山西組中下部2號煤層中掘進，2號煤層走向大致為南北走向，傾角一般0°～10°，局部傾角可能增大[2]。2號煤層平均厚度為2.5 m。本井田為低瓦斯礦井，但須按高瓦斯礦井管理。掘進時應做好通風、降溫、滅塵工作。行人巷道設計施工要求見表1[3]。

表1 行人巷道設計施工要求

4 行人巷道猴車機械運動產(chǎn)生的力模擬（見圖1）

圖1 行人巷道猴車機械運動產(chǎn)生的力模擬

5 猴車主驅(qū)動輪軸變形斷軸保護裝置的特性

驅(qū)動輪在斷軸后向下移動500 mm，中心坐落在三級橫擋系統(tǒng)的O型旋轉(zhuǎn)盤內(nèi)，在盤式軸承支撐力的作用下，能夠繼續(xù)正常旋轉(zhuǎn)，起到緩慢停止的作用；當驅(qū)動輪在軸斷裂下移時，在鋼絲繩張力作用下向前移動，三級橫擋系統(tǒng)總成能夠及時防止驅(qū)動輪前移，同時斷軸保護裝置的電子報警系統(tǒng)開始工作，并能在第一時間切斷電源[4]。

5.1 上壓防倒系統(tǒng)

上壓防倒系統(tǒng)主要包括U型固定卡、連接螺栓、調(diào)整安裝蹄及防火星摩擦片，它是在驅(qū)動軸斷裂后，驅(qū)動輪在鋼絲繩張力的作用下，乘坐人員和物的重量向前拉力的作用下，迫使驅(qū)動輪翻翹前移，容易造成惡性事故。為了防止此類事故的發(fā)生，上壓防倒系統(tǒng)顯得更為重要。

5.2 驅(qū)動軸變形斷裂電子報警系統(tǒng)

此系統(tǒng)驅(qū)動軸在疲勞變形時，能夠第一時間發(fā)出警報，告訴猴車司機，軸已變形，驅(qū)動輪運轉(zhuǎn)已經(jīng)不平穩(wěn)，需要及時更換。若不更換就會出現(xiàn)斷軸，產(chǎn)生嚴重后果。

5.3 中央支撐三級橫擋系統(tǒng)

中央支撐是在猴車驅(qū)動軸的正下方用挖坑、混凝土澆筑錨桿來固定，它是通過固定底板、可調(diào)行伸縮管架、組合式穩(wěn)定裝置組成，主要是支撐猴車斷軸保護器的全部重量，保證猴車驅(qū)動軸斷裂后能夠承受各種力矩，確保乘坐人員不受傷害，機械設備不受損壞[5]。

6 斷軸后覆滅性試驗

6.1 安裝位置概況

猴車斷軸保護裝置安裝在猴車機頭位置，猴車總驅(qū)動由四根工字鋼橫梁支撐，橫梁離地面的距離為2.5 m，猴車機頭寬度為4 m。專用行人巷道的永久支護采用“錨、網(wǎng)、索、噴”聯(lián)合支護。所有錨桿全部使用300 mm的“一字”鋼帶，“一字”鋼帶全部順巷道方向安裝，要求緊貼網(wǎng)面與巷道輪廓面，巷道斷面為半圓拱形永久支護。

6.2 設備的布置

猴車斷軸保護裝置安裝在行人巷道最南端50 m處，猴車總成安裝在固定橫梁的上方，驅(qū)動軸垂直向下方，驅(qū)動軸末端安裝有驅(qū)動輪，驅(qū)動輪帶動鋼絲繩和猴車座椅運行，為了防止驅(qū)動軸扭曲、變形、斷裂造成傷人事故和機械設備的損壞，必須在驅(qū)動軸的正下方安裝斷軸保護[6]。

6.3 試驗效果

猴車斷軸保護裝置在模擬主驅(qū)動盤軸斷裂后，產(chǎn)生的各種力在100 000 N的沖擊下，猴車斷軸保護裝置固定支撐調(diào)整系統(tǒng)沒有損壞和變形。三級橫擋系統(tǒng)的支撐連接鐵板沒有變形和斷裂，其他各種保護系統(tǒng)能夠在第一時間內(nèi)起到作用，保護乘坐人員不受傷害，機械設備和機電設備不受損壞[7]。從根本上消滅了猴車運轉(zhuǎn)時斷軸的安全隱患，從實際上夯實了安全基礎。

7 結(jié)語

針對礦用猴車驅(qū)動軸發(fā)生突然斷軸的一項保護裝置，實現(xiàn)了猴車在運行過程中驅(qū)動軸發(fā)生斷軸時，對乘坐猴車的人以及機械設備起到保護作用，也是一個更加科學、安全的保護裝置。猴車斷軸保護裝置的運用更大程度地降低了機械設備的損壞，防止惡性事故的發(fā)生。

[1]朱龍根.簡明機械零件設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[2]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦安全規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2001.

[3]紀名剛.礦井輔助運輸?shù)挠嬎愫驮O備選擇[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2011.

[4]哈爾濱工業(yè)大學理論力學研究室.理論力學[M].北京：高等教育出版社，2002.

[5]孫恒，陳作模.機械原理[M].北京：高等教育出版社；2010.

[6]程居山.礦山機械[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2003.

[7]中國紡織大學工程圖學教研室.畫法幾何及工程制圖[M].上海：上?？茖W技術(shù)出版社，1997.