探讨煤矿架空乘人装置牵引力的计算方法

探讨煤矿架空乘人装置牵引力的计算方法
常杰
四川煤矿安全监察局安全技术中心四川成都610041
摘要：煤矿架空乘人装置（俗称猴车）是一种新型的采用PLC可编程序控制的矿井斜巷或平巷辅助运输设备。

架空乘人装置在煤矿生产中普遍应用，为保证设备安全高效运行需要掌握其牵引力，以便对设备的预紧力及时做出调整。

因此，掌握煤矿架空乘人装置的驱动力的计算方法，对煤矿安全高效生产具有积极的意义。

煤矿在用架空乘人装置的牵引力实际上就是钢丝绳与驱动轮之间的滑动摩擦力，只要确定出钢丝绳与驱动轮之间的滑动摩擦力就可以间接确定出驱动轮的牵
引力。

关键词：煤矿架空人车牵引力计算方法检测规范矿用索道（架空乘人装置）主要用于矿井斜巷，平巷运送人员，其工作原理类似于地面旅游索道。

它通过电动机带动减速器上的摩擦轮作为驱动装置，采用架空的无极循环的钢丝绳作为牵引承载。

钢丝绳主要靠尾部张紧装置进行张紧，沿途依托绳轮支撑，以维持钢丝绳在托轮间的饶度和张力。

抱索器将乘人吊椅与钢丝绳连接并随之作循环运行从而实现运送人员的目的。

矿用索道主要由驱动装置，尾轮及张紧装置、乘人部分、钢丝绳、托（压）轮部分、电控部分及综合保护装置组成。

乘人装置张紧装置通常采用悬吊式安装，它主要由尾轮、张紧绞车、和配重锤等部分组成。

尾轮是对无极运载钢丝绳在张紧部分起导向作用和运载钢丝绳在运行过程中张力变化时，同滚轮一起在轨道上前后移动，自动调节运载钢丝绳在运行过程中的张力，以满足设计给定值，保证运行的平稳性，延长设备的使用寿命和满足驱动轮和乘人装置钢丝绳的防滑要求。

张紧钢丝绳的一端缠绕固定在滚筒上，另一端通过双滑轮和尾轮部分双滑轮导绕后同重锤部分的吊架相连、当运载钢丝绳张力变化时，由于配重行程所限，扭动张紧绞车手轮，使张紧钢丝绳收绳或放绳，来调节配重锤位置，以防超行程运行，避免重锤落地或冲顶，使运载钢丝绳自然保持设计的给定值。

目前，煤矿在用架空乘人装置牵引力获取途径是通过检测机构测试驱动轮对钢丝绳的拉力。

根据煤矿用架空乘人装置检测检验规范AQ1038—2007 7．3．1牵引力测定的检测方法
7．3．1．1将精度不低于2级的测力装置两端分别与两根钢丝绳（直径不小于15mm，长度10m一根，25m一根）的一端连接。

将一根测试钢丝绳的一端用绳夹与牵引钢丝绳紧绳侧连接牢固；另一根测试钢丝绳的一端与固定受拉件连接牢固。

7．3．1．2按设计要求配张紧重锤将牵引钢丝绳张紧，起动驱动装置，直到牵引钢丝与驱动轮相对滑动，读出拉力表数值。

测试2次，取平均值。

根据AQ标准检测方法可以直观的测量出驱动力值，这种方法确实是一种直接有效的测量方法，但是，这种方法在实际测量中具有不
可确定的破坏性，比如：
1.电机是满负荷运转，电机发热速度很快，时间性掌握不好会烧坏电机。

2.由于电机输出的扭矩过大，对传动系统、减速机的破坏也是不确定的。

3.绳卡在夹持的钢丝绳，由于夹持的只有钢丝绳的单一断面，受力也在单一断面上，拉动的过程中很容易使钢丝绳出现断丝。

4.根据实际情况，受拉件一般为架空人车钢丝绳托轮的横梁，在平时的检测过程中，有时候横梁会被拉弯甚至拉脱，这也间接的给企业生产造成损失。

通过对架空乘人装置运行原理分析以及从煤矿用架空乘人装置检测检验规范AQ1038—2007 7．3．1牵引力测定的检测方法中可以得出，驱动轮的牵引力就是钢丝绳与驱动轮的滑动摩擦力。

所以，只要确定作用于驱动轮上的正压力和摩擦系数便可确定出驱动轮的牵引力。

据滑动摩擦力的公式：
3T N f +⨯=μ
f ：滑动摩擦力
μ：为摩擦因数
N ：为正压力
现在考虑如何确定正压力，正压力包括哪些力？通过对钢丝绳的受力分析，正压力包括重锤对钢丝绳的张紧力、钢丝绳自身在重力的作用
下，沿倾斜方向的分力。

重锤对钢丝绳的张紧力：重锤质量是通过滑轮组和张紧小车作用于尾轮。

所以重锤的张紧力与重锤质量和滑轮组有关。

Mg k T ⨯=21
1T 为重锤对钢丝绳的张紧力
k 为定滑轮的副数
M 为重锤质量
g 为重力加速度
注意：根据定滑轮与动滑轮的特点，动滑轮只能改变力的方向而不能改变力的大小，定滑轮可以改变力的大小，所以式中K 只能是定滑轮副数。

钢丝绳和蹬座在斜巷中受自身重力的作用也要产生张紧力，这点也不可忽视，通过对作用面进行力的正交分解，在重力影响下的张紧力计算如下：
αsin )(2l p nm g T d ⨯+=
P: 钢丝绳每米质量；
α：钢丝绳的倾角;
n:吊椅数量；
d m ：吊椅质量；
在整个架空乘人装置系统中，还存在钢丝绳在运行中产生的滚动摩擦阻力，滚动摩擦阻力也是阻碍驱动轮运动的力，需要牵引力去克
服。

通过对进行受力分析，影响滚动摩擦阻力的力主要是来自沿钢丝绳斜面作用于托轮的正压力。

αcos f )(13l p nm g T d ⨯+=
1f ：钢丝绳沿托滚运动和托轮的阻力系数，一般采用0.3；
综上所述，牵引力F 就是钢丝通过预紧力与驱动轮之间产生的摩擦力加上系统的滚动摩擦阻力。

即：
321)(T T T F ++=μ
代入数据简化如下
[]ααμcos f )(sin )p (21l p nm g l nm M k g F d d ⨯++⨯++⨯= P: 钢丝绳每米质量；
2f ：钢丝绳沿托滚和底板运动时的阻力系数，一般采用0.3；
注意：为降低驱动轮的磨损及增大驱动轮与钢丝绳的摩擦因数，生产厂家都在驱动轮上加装了衬套，这种衬套的材料一般是丁腈橡胶，丁腈胶具有耐油、耐热性能和物理机械性能优异的特点，丁腈橡胶和钢丝绳之间的摩擦系数在0.35-0.46之间。

参考文献：
[1]AQ1038—2007煤矿用架空乘人装置检测检验规范；
[2]AQ 1015-2005 煤矿在用缠绕式提升机系统安全检测检验规范
[3]焦毅，韩辉．井下架空乘人装置的设计及应用[J]．北京：器械工业出版社， 2003，25-47．
作者简介：常杰（1985.02---），男，汉族，甘肃省镇原县人，本科，技术员，四川煤矿安全监察局安全技术中心。