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[摘 要]针对一种钢丝绳罐道液压张紧装置，详细介绍了其组成及工作原理。通过对该装置特点的了解，确定了该钢丝绳罐道张紧装置液压系统的设计思想和设计原理，并设计了由外啮合齿轮泵作为动力源的液压系统，保证了张紧装置运行的稳定性和可靠性。
[关键词]钢丝绳罐道；张紧装置；液压系统；设计
中图分类号： TD534 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0337-01
0 引言
罐道包括刚性罐道和柔性罐道，是矿井提升过程中控制容器运行的导向装置。我国常用的有刚性组合罐道和钢丝绳罐道。钢丝绳罐道以钢丝绳为提升容器的导向装置，与刚性罐道相比，具有能够保持井壁完整性、封水性、安装工期短、运行维护简单等优点。钢丝绳罐道由罐道钢丝绳、防撞绳、罐道绳的张紧装置等组成。张紧装置负责固定罐道绳，并提供一定的张紧力，保证罐笼在罐道中运行平稳。通常情况下，罐道绳张紧力越大，抵抗横向力的能力越大，罐笼的运行摆动越小，因此张紧力的准确施加和载荷监测对煤矿的安全生产有着极为重要的意义。其液压系统的设计就显得尤为重要，不仅要满足设备功能和技术性能要求，还要最大限度的提高设备的工作效率。
1 液压张紧装置主要结构和工作原理
液压张紧装置（如图1所示）主要由井上张紧单元、井下固定单元、电气系统和液压系统等组成。其中，张紧单元由双楔块卡绳器和张紧液压缸组成。井下固定单元为倒立安装的卡绳器。张紧装置采用双液压缸张紧，安装和维护方便。
罐道绳的上端经液压张紧装置的双楔块紧固器固定后坐落在油缸支承的支座上，垂至井底，罐道绳的下端由双楔块紧固器固定在井下防撞梁的下部。井上下各楔块均设有防松绳卡，目的是为保证安全并起到检查罐道绳滑动的作用。调绳过程中，将液压油管接到快换接头上，启动电动泵向张紧液压缸注入高压油，液压缸活塞向上运动推动卡绳器上移，并根据压力表显示的数值精确定位罐道绳所需张紧力位置。待卡绳器上移固定后将泵卸荷，拔去快换接头，調绳结束。
在正常运行情况下，罐道绳的张紧力由卡绳器传至固定液压缸的梁上，张紧液压缸由蓄能器保压，以保证罐道绳张紧力相对稳定。一段时间后，由于罐道绳的弹性伸长，活塞达到最大行程，此时需要重新调绳。将活塞窜至下部起点位置，通过换绳卡绳器直接卡住钢丝绳，打开防松绳卡和卡绳器，排出液压缸内的存油，使活塞杆回到底部，然后再向液压缸底腔供油，重复上述调绳过程。
2 液压系统设计
钢丝绳罐道张紧装置液压系统主要用于调绳过程，给液压缸供油，实现罐道绳的张紧。在调绳结束后，利用蓄能器对液压缸保压，维持罐道绳张紧力稳定。本文选用开式液压系统并选取外啮合齿轮泵作为动力源，由于液压缸需长时间保持工作状态，为节省动力消耗，要求液压泵停机。此时要在液压缸的进油口并联蓄能器，由蓄能器对其补偿泄露，保持恒压，以保证液压缸的工作可靠性。其液压系统原理如图2所示，液压泵向液压系统供油，经电磁换向阀供给张紧液压缸，液压缸达到预设张紧力后，泵卸载。
2.1 液压泵选型
限于篇幅有限，本文主要对液压泵和蓄能器进行选型计算。
1）确定液压泵的最大工作压力Pp
pp≥p1+∑△p （1）
式中，p1—最高工作压力，10MPa；∑△p—执行元件进油路上的压力损失，如对夹紧、压制和定位等工况，在执行元件到终点时系统才出现最高工作压力，则∑△p=0；所以pp ≥ 10MPa。
2）确定液压泵的最大流量qp
qp≥K∑qmax （2）
式中，∑qmax—同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值；K—泄露系数，取K=1.2。
所需液压泵必须能够保证系统中八个液压缸能够正常工作，因此qmax应等于八个液压缸的流量之和的最大值。
qp≥K∑qmax = 1.2×8×9.047 = 86.851 L/min
3）选择液压泵规格
根据所选定的液压泵类型及系统工作压力，以及计算出的液压泵最大工作压力和最大流量选择液压泵。选择时，泵的额定流量不低于计算所需流量，泵的额定压力可以比系统最高工作压力高10%～30%。查阅资料，确定泵的型号为CB-63。
2.2 蓄能器选型
因为液压系统的执行元件液压缸需长时间保持工作状态，为节省动力消耗，要求液压泵停机或卸载。此时要在执行元件的进口处并联蓄能器，有蓄能器补偿泄露、保持恒压，以保证执行元件的工作可靠性。
选用气囊式蓄能器，因其气液可靠隔离、密封好、无泄漏；气囊惯性小，反应灵敏；结构紧凑、重量轻；可用于储能、吸收脉动和压力冲击。
蓄能器的容量可按下式计算
（3）
式中，V0—所需蓄能器的容积；p1—系统最低压力；p2—系统最高压力；p0—充气压力，对皮囊式蓄能器取p0= （0.6～0.65） p1，取p0 =6.5MPa；Vx—蓄能器的工作容积，即工作时要求释放的油液体积。
分析系统可知，调绳结束时，活塞向上移动L1= 647mm。运行一段时间后，由于钢丝绳的弹性伸长，活塞达到最大行程L，Vx就是在这段时间内蓄能器向液压缸释放的油液体积。
n—指数，其值由气体的工作条件决定。当蓄能器用来起保压作用时，因释放能量的速度很低，可认为气体在等温下工作，n=1。
将参数代入式（3）可得V0=11.831L。
3 结论
罐道绳张紧装置是钢丝绳罐道的重要安全设备，其工作性能及可靠性直接影响到矿井的正常生产。本文详细介绍了钢丝绳罐道液压张紧装置的组成及工作原理，并设计了钢丝绳罐道张紧装置液压系统，利用张紧液压缸与蓄能器并联，保证液压缸压力的长期稳定，增强了系统的安全性和可靠性，提高了工作效率。
参考文献
[1]黄霓，李剑，王坚，等.钢丝绳罐道的应用与发展[J].煤矿安全，2002（6）：30、43.
[2]王志勇，夏琴芬.煤矿专用设备设计手册[M].北京：煤炭工业出版社，1983，430-451.
[3]张岚，弓海霞，刘宇辉.新编实用液压技术手册[M].北京：人民邮电出版社，2008.
[4]赵应樾.现代实用液压辅件[M].上海：上海交通大学出版社，2002.
作者信息：作者简介：张世勋（1977—— ），男，河北保定人，助理工程师，2005年毕业于中国矿业大学，现从事矿山设备设计工作。
[关键词]钢丝绳罐道；张紧装置；液压系统；设计
中图分类号： TD534 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0337-01
0 引言
罐道包括刚性罐道和柔性罐道，是矿井提升过程中控制容器运行的导向装置。我国常用的有刚性组合罐道和钢丝绳罐道。钢丝绳罐道以钢丝绳为提升容器的导向装置，与刚性罐道相比，具有能够保持井壁完整性、封水性、安装工期短、运行维护简单等优点。钢丝绳罐道由罐道钢丝绳、防撞绳、罐道绳的张紧装置等组成。张紧装置负责固定罐道绳，并提供一定的张紧力，保证罐笼在罐道中运行平稳。通常情况下，罐道绳张紧力越大，抵抗横向力的能力越大，罐笼的运行摆动越小，因此张紧力的准确施加和载荷监测对煤矿的安全生产有着极为重要的意义。其液压系统的设计就显得尤为重要，不仅要满足设备功能和技术性能要求，还要最大限度的提高设备的工作效率。
1 液压张紧装置主要结构和工作原理
液压张紧装置（如图1所示）主要由井上张紧单元、井下固定单元、电气系统和液压系统等组成。其中，张紧单元由双楔块卡绳器和张紧液压缸组成。井下固定单元为倒立安装的卡绳器。张紧装置采用双液压缸张紧，安装和维护方便。
罐道绳的上端经液压张紧装置的双楔块紧固器固定后坐落在油缸支承的支座上，垂至井底，罐道绳的下端由双楔块紧固器固定在井下防撞梁的下部。井上下各楔块均设有防松绳卡，目的是为保证安全并起到检查罐道绳滑动的作用。调绳过程中，将液压油管接到快换接头上，启动电动泵向张紧液压缸注入高压油，液压缸活塞向上运动推动卡绳器上移，并根据压力表显示的数值精确定位罐道绳所需张紧力位置。待卡绳器上移固定后将泵卸荷，拔去快换接头，調绳结束。
在正常运行情况下，罐道绳的张紧力由卡绳器传至固定液压缸的梁上，张紧液压缸由蓄能器保压，以保证罐道绳张紧力相对稳定。一段时间后，由于罐道绳的弹性伸长，活塞达到最大行程，此时需要重新调绳。将活塞窜至下部起点位置，通过换绳卡绳器直接卡住钢丝绳，打开防松绳卡和卡绳器，排出液压缸内的存油，使活塞杆回到底部，然后再向液压缸底腔供油，重复上述调绳过程。
2 液压系统设计
钢丝绳罐道张紧装置液压系统主要用于调绳过程，给液压缸供油，实现罐道绳的张紧。在调绳结束后，利用蓄能器对液压缸保压，维持罐道绳张紧力稳定。本文选用开式液压系统并选取外啮合齿轮泵作为动力源，由于液压缸需长时间保持工作状态，为节省动力消耗，要求液压泵停机。此时要在液压缸的进油口并联蓄能器，由蓄能器对其补偿泄露，保持恒压，以保证液压缸的工作可靠性。其液压系统原理如图2所示，液压泵向液压系统供油，经电磁换向阀供给张紧液压缸，液压缸达到预设张紧力后，泵卸载。
2.1 液压泵选型
限于篇幅有限，本文主要对液压泵和蓄能器进行选型计算。
1）确定液压泵的最大工作压力Pp
pp≥p1+∑△p （1）
式中，p1—最高工作压力，10MPa；∑△p—执行元件进油路上的压力损失，如对夹紧、压制和定位等工况，在执行元件到终点时系统才出现最高工作压力，则∑△p=0；所以pp ≥ 10MPa。
2）确定液压泵的最大流量qp
qp≥K∑qmax （2）
式中，∑qmax—同时动作的各执行元件所需流量之和的最大值；K—泄露系数，取K=1.2。
所需液压泵必须能够保证系统中八个液压缸能够正常工作，因此qmax应等于八个液压缸的流量之和的最大值。
qp≥K∑qmax = 1.2×8×9.047 = 86.851 L/min
3）选择液压泵规格
根据所选定的液压泵类型及系统工作压力，以及计算出的液压泵最大工作压力和最大流量选择液压泵。选择时，泵的额定流量不低于计算所需流量，泵的额定压力可以比系统最高工作压力高10%～30%。查阅资料，确定泵的型号为CB-63。
2.2 蓄能器选型
因为液压系统的执行元件液压缸需长时间保持工作状态，为节省动力消耗，要求液压泵停机或卸载。此时要在执行元件的进口处并联蓄能器，有蓄能器补偿泄露、保持恒压，以保证执行元件的工作可靠性。
选用气囊式蓄能器，因其气液可靠隔离、密封好、无泄漏；气囊惯性小，反应灵敏；结构紧凑、重量轻；可用于储能、吸收脉动和压力冲击。
蓄能器的容量可按下式计算
（3）
式中，V0—所需蓄能器的容积；p1—系统最低压力；p2—系统最高压力；p0—充气压力，对皮囊式蓄能器取p0= （0.6～0.65） p1，取p0 =6.5MPa；Vx—蓄能器的工作容积，即工作时要求释放的油液体积。
分析系统可知，调绳结束时，活塞向上移动L1= 647mm。运行一段时间后，由于钢丝绳的弹性伸长，活塞达到最大行程L，Vx就是在这段时间内蓄能器向液压缸释放的油液体积。
n—指数，其值由气体的工作条件决定。当蓄能器用来起保压作用时，因释放能量的速度很低，可认为气体在等温下工作，n=1。
将参数代入式（3）可得V0=11.831L。
3 结论
罐道绳张紧装置是钢丝绳罐道的重要安全设备，其工作性能及可靠性直接影响到矿井的正常生产。本文详细介绍了钢丝绳罐道液压张紧装置的组成及工作原理，并设计了钢丝绳罐道张紧装置液压系统，利用张紧液压缸与蓄能器并联，保证液压缸压力的长期稳定，增强了系统的安全性和可靠性，提高了工作效率。
参考文献
[1]黄霓，李剑，王坚，等.钢丝绳罐道的应用与发展[J].煤矿安全，2002（6）：30、43.
[2]王志勇，夏琴芬.煤矿专用设备设计手册[M].北京：煤炭工业出版社，1983，430-451.
[3]张岚，弓海霞，刘宇辉.新编实用液压技术手册[M].北京：人民邮电出版社，2008.
[4]赵应樾.现代实用液压辅件[M].上海：上海交通大学出版社，2002.
作者信息：作者简介：张世勋（1977—— ），男，河北保定人，助理工程师，2005年毕业于中国矿业大学，现从事矿山设备设计工作。