摘 要：为解决传统以电机为核心驱动系统的绞车的不足，以具备远程控制功能的绞车为研究对象，结合实际工况完成绞车总体驱动方案，并确定以电机+液压为核心的驱动系统。参照绞车实际应用环境及工况，确定了绞车的机械结构和液压系统，该研究对提升煤矿运输效率和安全性具有重要意义。机械结构主要对滚筒、行星齿轮减速机构进行设计；液压系统完成了总体原理图，并对关键元器件进行选型。
关键词:绞车;远程控制;滚筒;行星齿轮减速机构;液压系统;
Structure of a Winch with Remote Control and Design of the Hydraulic System
Wang Yiwen
Yang Coal Group Shouyang Jingfu Coal Company Limited
Abstract：
In order to solve the shortcomings of the traditional winch with motor as the core drive system, the winch with remote control function is used as an example to carry out the study, and the overall drive scheme of the winch is completed with the actual working conditions, and the drive system is determined by the way of motor + hydraulic as the core. The mechanical structure and hydraulic system of the winch were determined with reference to the actual application environment and working conditions of the winch. The mechanical structure is mainly designed for the drum and the planetary gear reduction mechanism; the hydraulic system is completed with the overall schematic diagram and the selection of key components. This research has a great influence on improving the efficiency and safety for transportation.
Keyword：
winch; remote control; drum; planetary gear reduction; hydraulic system;
引言
煤矿运输为煤矿生产的主要环节，运输效率和安全性直接决定整个煤矿的生产能力。煤矿运输系统可分为主要运输系统和辅助运输系统，矿用绞车为煤矿辅助轨道运输的牵引设备，其主要对物料、人员、综采设备等进行运输、搬运等。传统运输绞车以电机驱动为主，并配置机械差动方式进行调速，该种调速系统安全性低、调速性能差[1]。因此，本文将基于传统具备远程监控功能的绞车设计一款电机与液压联合的驱动方式，从而达到提高辅助运输效率和安全性的目的。
1 矿用绞车总体驱动方案的设计
本文所研究矿用绞车的主要应用场所为倾角小于30°的巷道工作面，该矿用绞车主要是对物料和综采设备进行调运，整个工作面的长度为420 m，工作面倾角为22°。驱动系统为矿用绞车的动力源，驱动系统的性能直接决定整个绞车的运输效率和安全性[2]。因此，为保证矿用绞车满足实际生产的需求，矿用绞车驱动系统应满足如下要求：
1）要求矿用绞车在变负载工作状态下能够对整机速度进行调节和控制；
2）要求矿用绞车驱动力矩可满足无级调速的功能，尤其是满足低速重载的运输特性。
3）要求矿用绞车驱动系统可实现钢丝绳的自动均匀排布；
4）要求矿用绞车驱动系统适应综采工作面恶劣的生产工况，尤其是在结构和重量等方面要求结构紧凑、重量轻。
在综合调研的基础上，矿用绞车驱动系统可采用的驱动方式包括有机械式、电机式、气压式和液压式等。对于以电机为主的驱动方式而言，该种驱动方式结构紧凑、维护方便且占据空间较小；对于以液压马达为主的驱动方式而言，该种驱动方式具有较宽的调速范围、液压元器件寿命高、结构更加紧凑、空间和质量更小等优势；对于以电机-液压马达联合的驱动方式而言，该种驱动方式较电机、液压驱动方式具有更高的安全系数、调速更加平稳、零部件的寿命更高、功率适应范围更广[3]。因此，本文将采用电机与马达联合的驱动方式对矿用绞车进行驱动。电机-液压马达联合驱动系统如图1所示。本文将重点对矿用绞车电机-马达联合驱动系统的机械和液压结构进行设计。
2 绞车驱动系统机械结构设计
结合矿用绞车的实际工况，对详细数据进行统计，为后续驱动系统机械和液压系统设计奠定基础。矿用绞车的实际工况参数如表1所示。
结合表1参数，本节重点完成驱动滚筒、行星齿轮等部件的结构设计。
2.1 驱动滚筒的结构设计
驱动滚筒的主要尺寸包括公称直径和滚筒的容绳宽度。其中，对于滚筒公称直径而言，为了尽可能减少钢丝绳的缠绕层数，降低滚筒的加工成本，结合煤矿绞车驱动滚筒的常规尺寸，确定滚筒的公称直径为580 mm，对应的滚筒容绳宽度为600 mm。
结合矿用绞车的实际工况和所承受的载荷，重点对实际生产中钢丝绳对滚筒的挤压力和轴向推动力进行综合考虑，综合经验，最终确定滚筒厚度为35mm。
滚筒保护侧板直径的计算公式如式（1）所示：
式中：Dmax为钢丝绳在滚筒上的最大缠绕直径，取值为1 132 mm;d为钢丝绳的直径，取值为24 mm。
经计算可得，滚筒侧板的直径为1 252 mm，圆整为1 200 mm。
2.2 行星齿轮减速机构的结构设计
结合矿用绞车的实际工况，要求驱动滚筒输出的转速控制在0～31.28 r/min，且在最恶劣工况下对应的输出扭矩为35 728.2 N·m[4]。结合当前市面上驱动电机的额定转速，本工程选用额定转速为980 r/min的电机。因此，要求行星齿轮减速机构的传动比为980/31.28=31.327。
考虑到行星齿轮减速机构的传动比、同心、装配以及邻接等条件，最终采用两级行星减速机构实现减速传动的功能，具体两级行星减速机构参数如表2所示。
3 绞车驱动系统液压系统设计
液压系统包括有传动回路和制动回路。传动回路主要实现绞车驱动系统的无级调速和换向功能；制动回路主要实现矿用绞车在正常或紧急工况下的制动功能[5,6,7]。绞车驱动液压系统原理如图2所示。
结合矿用绞车的实际工况，完成上述关键液压元器件的选型。选型结果及关键参数如表3所示。
4 结语
煤矿运输系统为保证正常生产的关键，对于矿用绞车而言，其作为煤矿辅助运输系统的主要驱动力，为辅助运输系统提供高效、安全的动力尤为重要。本文针对传统的以电机驱动为主的绞车驱动系统，改进为以电机+液压驱动为核心的驱动系统。从实践表明，以电机+液压驱动为核心的驱动系统具有高运输效率、高运行安全性等优势，对于提升煤矿运输效率和安全性具有重要意义。
参考文献
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