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摘要：煤炭工业机械化是指采掘、支护、运输、提升机械化，而运输包括主要运输和辅助运输，绞车是辅助运输设备之一，我国绞车发展历史大致可分为仿制设计阶段，从无到有初步发展；自行设计阶段；标准化和系列化发展阶段，产品初步形成标准化。但是到了现代，我国生产的绞车远远不能满足生产能力不同的煤矿需要。企业只有在深入煤矿，实地了解运输工况的基础上，设计满足市场需求的高效先进的辅助运输设备，才能适应市场，抢占市场，提高企业综合实力，谋求高效益。但是目前矿用无极绳绞车存在一些缺点：运输环节多、效能低、总耗电量大、设备占有安全空间多以及存在钢丝绳跑偏问题，给矿井开采带来很大的安全隐患。为提升运输技术，对无极绳绞车传动系统进行改造设计，能够更好的发挥其作用，并提高煤炭作业的效率，实践证明效果良好。
关键词：新型矿用无极绳绞车；传动系统设计；
随着计算机技术、自动控制技术、网络技术在煤矿企业的广泛应用，煤矿采掘快速发展，然而辅助运输系统发展相对缓慢，成为制约煤矿现代化建设的薄弱环节。因此，对煤矿井下辅助运输系统进行改进设计，提高系统工作效率，具有重要的实际意义。煤炭在我国能源结构中占比50%以上，在能源消费中举足轻重。煤炭工业为了提高煤炭开采率，研发并引进新型高科技设备，其中无极绳绞车承担井下工作设备、（材料）的运输功能，具有安装方便、简化运输环节、运输距离长、运输安全以及具有良好的经济效益等优点，其在煤矿井下的广泛使用对矿井的建设工程起着重要作用。
一、结构特点
该无极绳绞车具有以下结构特点：（1）整机布局合理，结构新颖紧凑，体积小，占用面积少，动力输入方向和滚筒轴垂直。可以实现双向运转，连续运输，运输距离长，效率高。（2）绞车采用新型结构的变速器，具有独创性。变速器具有减速和制动双重功能，结构基本对称，外形美观大方，内部零部件布置合理、结构紧密。通过齿轮啮合传动输出，与以往的轴输出不同。这样以减少一个变速器输出轴和滚筒轴的联接装置，减少了传动环节。采用齿轮啮合传动，传动效率高。是一种新型、高效、大速比、大承载能力的减速装置。（3）增加了手动制动功能，其安全性和可靠性也得到了很大的提高。制动装置布置在变速器的中间环节，制动轮和行星传动的内齿轮转速相对比较高，与制动轮和滚筒为一体的制动装置相比，所需要的制动力大为减少，其减少量与最后一级齿轮啮合的传动比有关，此外动轮直径也变小。因此以用较小的制动力实现制动功能，增强了运行安全性和可靠性。同时由于制动力变小，制动闸带受力也变小，磨损减少，寿命延长。制动闸手把装置位于绞车尾段，操作简单方便。（4）滚筒结构布置对称，由一对调心滚子轴承支承在滚筒轴上，支承效果好，支承刚度高，运行平稳。而且滚筒主轴是心轴，不承受动载荷，使得对轴的强度和刚度要求大为降低，从而，减少工艺环节，节约材料，降低成本。
二、无极绳绞车的组成部分
无极绳绞车由机械部分以及配套的电器、钢丝绳、通讯系统等构成。其中，绞车机械部分主要由以下六个部分组成：1）底座：由型材焊接成整体，在其上可以安装电动机、行星减速器、磨擦轮变速离合闸、滚筒及常闭式液压安全闸等各部件，绞车通过地脚螺栓将与基础固定。2）电动机：采用防爆型电机，电动机输出轴直联行星减速器。3）行星减速器：通过一双联内齿圈，圈内安装两级行星轮系，以及两套液压块式制动器进行变速。一套制动第一级行星轮架，另一套制动双联内齿圈。当电动机空载起动时，两块式制动器全部打开，行星减速器空转。载货时能通过两套液压块式制动器交互使用形成慢速、快速的转换。4）停机制动器：通过一套液压块式制动闸，制动二级行星轮架，可以在较小的制动力矩下实现绞车停车。上述三套制动器的支座安装对称布置，以满足不同的巷道对绞车的布置要求。5）末级传动装置：末级传动装置由一对锥齿轮、一对直齿轮及减速箱体组成，采用封闭结构，以便于甩油润滑。6）滚筒部分：滚筒内孔采用锥形内孔，采用双平键与减速器锥形输出轴连接，便于滚筒拆装。
三、新型矿用无极绳绞车传动系统设计
1.传动原理。传动路线：防爆电机→联轴器→小锥齿轮→大锥齿轮→太阳轮→行星齿轮→行星架→小齿轮→过桥齿轮→大齿轮→卷筒。变速器具有双重功能，集变速和制动于整体。右侧为三级减速机构，依次为锥齿轮闭式传动和内齿轮的行星齿轮开放式传动，圆柱齿轮开放式传动。将不同机械传动结构紧凑、合理的进行布置，实现较小空间内的大传动比减速，便于安装和拆卸，同时保证了较高的传动效率。传动系统的左侧是制动结构，制动装置包括制动闸和工作闸，制动闸与制动轮相互配合，工作闸与内齿轮相互配合，工作闸作为摩擦离合器，用来控制绞车的工作状态。绞车滚筒稳定工作情况下，将工作闸压紧，此时内齿轮不动，行星架正常转动，通过最后一级圆柱齿轮传动带动滚筒运转。将制动闸压紧，滚筒停止转动，制动钢带与制动轮相互作用，产生相反方向的制动转矩，工作闸松开。制动转矩通过齿轮传动传递到滚筒上，滚筒停止运转。滚筒的工作转速依靠绞车的制动闸和工作闸松、紧的情况进行调节。滚筒与大齿圈通过螺栓联接固定，同时与齿轮相互啮合，带动滚筒工作。滚筒是对称结构，可实现双向运转，运输连续。钢丝绳缠绕在筒体上，通过摩擦力带动钢丝绳运转，输出工作所需牵引力。
2.选型计算。一是牵引力计算。
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式中，G 为最大牵引重量；G0 为梭车自重；βmax 为运行线路最大坡度15°；μ1为摩擦阻力系数，为0.02；μ2 为钢丝绳摩擦阻力系数，为0.25；qR 为单位长度钢丝绳的重量；L 为运输距离，为1000 m。根据上述计算最大倾角、最大运距情况下提升所需的牵引力，因此，选择55 kW的无极绳绞车较为合适，运输速度为1.13m/s。二是钢丝绳的选择。安全系数为
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，式中，k 为钢丝绳安全系数；Qz 为钢丝绳破断拉力总和266 kN；Smax 为钢丝绳最大牵引力，Smax=36 kN；Sc 为钢丝绳张力初选值，Sc = 1 kN。规程规定钢丝绳安全系数不得小于3.5，k ＞ 3.5，因此所选钢丝绳符合提升设备安全要求。无极绳绞车的选型和巷道长度、巷道起伏程度、轨型、轨距、转弯半径、系统运输重量（包括运行矿车）、钢丝绳重量等因素有关。选用钢丝绳时，不仅要进行钢丝绳破断拉力试验，还应保证安全破断拉力大于3.5倍拉力。
3.本设计所采用的方案为电动机、制动器和行星减速器都布置在滚筒的同一侧，我们在考虑绞车机构的排布问题外，还要考虑其他的问题，如下：1）由于减速箱需要传递的扭矩和转速都很大，所以最好采用电动机到滚筒逐级降低传动比的方式来选择减速箱传动比问题。2）滚筒的直径越小越好。原因是滚筒的直径越大，滚筒需要的扭矩越大，而需要配合滚筒的机构尺寸也会变大。除了提升高度非常大的环境要求外，一般都是尽量小的选取滚筒直径。3）越来越多的需要绞车完成多种器械的运输，所以我们要对绞车设计部分组合式的滚筒，来应对可能需要的快速换装。4）除了滚筒外，整个牵引设备的滑轮组对机构的影响也比较大，滑轮组的倍率也不能去的太大。目前我们选取滑轮组的要求是绳索的受力不能大于50 kN。当小于50 kN时一般用的倍率是2。起升载荷小于等于250 kN时，倍率取3~6，载荷量更大时，倍率可取8以上。5）绞车的制动器同样非常关键，它直接影响了机构工作的安全可靠性。所以制动器一般要求安装在扭矩小的驱动轴上。
新型矿用无极绳绞车传动系统是国内最新研制的矿用设备，该设计结构新颖实用，安全可靠，极具市场推广价值。保证煤炭资源回收率的情况下，要充分发挥无极绳绞车在不同工作环境中的优势，全面考虑该设备的使用条件，合理布置，统筹兼顾，最大化安全效益。将新型无极绳绞车应用到采区大巷及机、风巷掘进，能够明显增大经济效益。
参考文献：
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