【系統(tǒng)設計論文】煤炭索道運輸方案及液壓系統(tǒng)設計方法

【系統(tǒng)設計論文】煤炭索道運輸方案及液壓系統(tǒng)設計方法摘要：文章介紹了使用在復雜地形煤炭運輸的雙向索道運輸系統(tǒng)整體方案，通過計算其鋼絲繩、卷筒及減速器的主要參數，闡述了運輸系統(tǒng)的組成和工作原理，并根據運輸系統(tǒng)的技術要求，確定了系統(tǒng)主要元件的技術參數后設計出了液壓系統(tǒng)回路。將此技術應用到煤炭運輸系統(tǒng)中，適應了惡劣的地形環(huán)境，且結構簡單、自動化程度高，大大提高了運輸效率，具有良好的推廣應用價值。關鍵詞：煤炭運輸；復雜地形；雙向索道；液壓系統(tǒng)；運輸效率在煤炭運輸行業(yè)中，常常把帶式運輸機、刮板輸送機及斗式提升機用于中短距離運輸中，這幾種運輸方式都有各自的優(yōu)缺點，有的省時，有的省力，但在煤炭運輸中因為運輸環(huán)境的改變而頻繁改變相應的運輸方式，在實際運用中很難很好地利用。索道運輸爬坡能力好，能夠跨越山川河流，對自然的適應性強，而且能夠實現最短距離的空中運輸方式，具有經濟、節(jié)能、高效和對環(huán)境破壞小等優(yōu)點，適用于中小產量煤礦且地形復雜的中短距離運輸貨物。1系統(tǒng)工作原理及組成根據系統(tǒng)設計人員現場考察需要，設計出符合實際運輸過程的雙向索道煤炭運輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由兩輛運輸的小車和兩條承重鋼絲繩組成。在安裝時，將兩條承重鋼絲繩分別安裝在運輸地點一高一低兩處位置，并將兩輛小車分別懸掛于左右兩條鋼絲繩上。運輸牽引鋼絲繩為運輸過程提供動力，鋼絲繩的牽引力則由液壓馬達驅動下的卷揚機提供。提供動力的鋼絲繩需要與提供牽引力的雙卷筒卷揚機上的繞線相反，這樣便能讓旋轉起來的卷筒帶動牽引鋼絲繩將滿載煤炭的運輸車運輸到高處（裝貨點），同時，空載的另一輛小車到達低處（裝貨點），讓裝貨過程能夠順利完成。等待裝貨過程全部完成后，調整液壓馬達運轉方向，使其由正轉運行方向變?yōu)榉崔D運行方向，驅動空載下車順利到達高出，滿載小車此時到達空載下車原本位置，反復進行這一過程，便能讓運輸煤炭任務不停歇地高速運行。從而避免了液壓馬達會存在空轉的情況，減少了馬達的維修率，能夠在不增加成本的情況下將運輸效率提高1倍，優(yōu)勢顯著。2主要參數確定及技術要求2.1實地確定主要參數設計人員到達煤炭運輸實際現場考察，經過詳細考察，運輸煤炭的單個小車在裝滿貨物的情況下，總質量應在2.1t，其中，煤炭占總質量的1.5t，小車質量為0.35t。，在初始設計中，小車的運行速度為v=1.2m/s，需要爬坡45，為使系統(tǒng)安全平穩(wěn)，小車設計時帶有自動卸貨功能。2.2技術要求（1）慣性力計算過程。分析滿載小車的運輸過程(分析圖見圖1)，提供牽引力的卷筒需要在小車的啟動過程中克服裝滿貨物小車的重力和小車產生的靜摩擦力Fs與啟動慣性Fm的總數值，根據提供牽引鋼絲繩與卷筒連接處的受力大小情況，可以分析出小車在裝滿貨物情況下的重力分力應為：F1=m1gcos4515kN，此公式中，kg；g為重力加速度，公式中，用m1代表小車在裝滿貨物時的總質量，N的范圍則為日常定義的9.8kg。根據牛頓第二力學中的原理，一個質量較大的物體從靜止狀態(tài)變?yōu)榭焖龠\動狀態(tài)需要經過3個過程，啟動、加速、快速運動這三個過程缺一不可，這樣才能減少運動過程產生的摩擦力對速度的影響。此時，裝滿貨物的小車運行速度為1.2m/s，根據公式計算，小車在3個過程中的速度變化則應該為v=0.4m/s，取10次考察加速度平均值為0.3s，計算慣性力則應該為2kN。（2）卷揚機運用功率計算。因為牽引用的鋼絲繩與金屬滑輪都為金屬，因此，摩擦可分為靜摩擦和動摩擦兩部分。靜摩擦力的計算公式為：Fs=fsF2=0.3kN，動摩擦力的計算公式應為Fd=fdF2=0.18kN。式中，Fs為靜摩擦因數，將其取值為0.2；Fd為動摩擦因數，將其取值為0.12；F2為重力作用于承重鋼絲繩上的分力，根據以上公式計算，取值應在15kN，卷筒需要的最小牽引力則應為17.3kN。選用承重鋼絲繩的型號為1x37型號，其最小破斷系數為0.49，抗拉強度為155MPa，標準直徑為15.5mm。根據以上條件，可以計算出卷筒的標準直徑應為450mm。確定好卷筒直徑后，對卷筒的轉速進行計算，根據上面確定的主要參數，可以得到卷筒在滿載時的線速度為1.2m/s，因此卷揚機在全速運行時的轉速應為51r/min，初步估算卷揚機的總功率在25.9kW。3如何計算液壓系統(tǒng)的運行參數根據上面公式中計算出的卷揚機運行總功率，我們選擇現在市場中符合其運行功率，又較為經濟實惠的國產馬達型號CM-E105C，此馬達的運行參數為：排量105.5ml/r，壓力額定為10MPa，最高工作壓力為14MPa，輸出最大轉矩為167Nm，最高轉速為1900r/min。根據以上參數可以確定液壓系統(tǒng)卷筒的總效率應為0.9，卷揚率應為19.2kN。由于雙向索道運輸系統(tǒng)在運行過程中，總有一輛運輸小車為裝滿貨物的情況，另外一輛為什么都沒載的情況，因此，提供牽引力的卷筒功率數值主要是由裝滿貨物的小車決定的，空車運行小車在總系統(tǒng)中起到一個配重的作用，由于兩車數值的差別較大，且在公式中影響較小，因此，我們在計算液壓系統(tǒng)參數時忽略掉空載小車的配重影響。4液壓系統(tǒng)如何設計回路根據以上我們采購的國產馬達運行原件參數和卷揚機的牽引力參數，我們設計出的液壓系統(tǒng)如圖2所示。液壓系統(tǒng)在工作中起到的作用主要是提供保障兩輛運輸貨物小車的安全功能。小車的安全功能由靜止緊鎖功能和液壓缸供油兩個功能系統(tǒng)組成，通過液壓缸連接運輸小車，使小車在運輸過程帶著車門開啟關閉功能的液壓缸運行，到達貨物卸貨地點啟動液壓缸進行自動卸貨。液壓系統(tǒng)能夠控制卷揚機的運轉速度。該液壓系統(tǒng)設計帶有兩個不同功率的調速閥門。通過閥門可以控制液壓馬達的運轉流量，從而控制卷揚機速度，讓卷揚機的從啟動到加速的3個過程都可控且安全。5液壓系統(tǒng)安全及節(jié)能設計為了保障運輸過程的絕對安全，使卷揚機在斷電等一切意外情況發(fā)生時，停止運轉導致運輸小車下滑，液壓馬達的前段進油口配備有平衡閥，充分保障了運輸小車在斷電時的安全性。為了達成節(jié)省能源的目標，我們還在液壓系統(tǒng)回路設計中配備能為運輸小車運輸泵卸載的先導式溢流閥，充分減少了小車卸貨時的動能消耗，節(jié)省了能量。6結語本文實際考察了中小型煤炭運輸現場的運輸環(huán)境，充分結合了實際運輸過程中常遇到的爬坡、過河環(huán)境造成運輸困難費時費力地影響設計出了雙向索道運輸系統(tǒng)。相比以往的帶式運輸和刮板運輸方式，雙向索道運輸不僅具有運用環(huán)境復雜多變的優(yōu)點，還能有效地減少能源的浪費，并且由于雙向運輸的原因，提升了煤炭運輸的效率。但舊的液壓系統(tǒng)無法滿足雙向運輸系統(tǒng)的參數要求，我們設計了符合雙向運輸系統(tǒng)參數的液壓系統(tǒng)。本文通過設計人員的實地考察，詳細寫出了運輸雙向系統(tǒng)的參數求出過程，并根據計算出的參數，設計出了用于雙向煤炭索道運輸中的液壓系統(tǒng)。將液壓系統(tǒng)運用到雙向煤炭索道運輸系統(tǒng)中，不僅操作簡單，而且在停電等特殊情況下也能保證系統(tǒng)的安全性，且自動化程度高，能夠適應煤炭運輸常遇到的惡劣復雜地形，并且由于系統(tǒng)不浪費能源，反復的工作模式，充分提高了煤炭的運輸效率，值得在煤炭運輸行業(yè)中推廣運用。參考文獻：1丁陽.大型煤炭集團營銷商業(yè)模式創(chuàng)新的思考分析J.中外企業(yè)家，2020(10):25.2翟磊.對大型煤炭集團現代物流產業(yè)創(chuàng)新與發(fā)展的分析J.中外企業(yè)家，2020(10):90.3熊光輝.煤礦企業(yè)財務內部控制的重要性及策略J.中國鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)會計，2020(04):202-203.4李志鋒，王澤河，劉江濤等.玉米收獲機HMT靜液壓驅動系統(tǒng)設計與研究J.液壓與氣動，2020(02):162-169.5冉洪濤.探究液壓系統(tǒng)設計中的應用技巧J.內燃機與配件，2020(02):81-82.