摘要：为解决煤矿井下以电动机作为驱动装置的移动工程机械电缆收、放过程中存在电缆拖拽磨损、防爆要求严苛、集电滑环昂贵及安全性差等问题，并根据卷缆收、放工艺技术，开发了无滑环式卷缆装置，研究了卷缆装置的工作原理，设计了卷缆装置的传动系统、机械结构和液压控制系统，介绍了卷缆装置功能及特点。通过现场应用表明，无滑环式卷缆装置结构设计合理、可靠性高，提高了卷缆装置的安全性，充分发挥移动设备的作用，提高施工作业效率。
随着煤矿设备机械化程度的提高，电牵引设备如掘进机、连采机、巷道修复机及钻机等移动工程机械以其高效、劳动强度低等优点在煤矿井下的应用越来越广,但大多采用电动机作为动力驱动装置，供电电缆无法随设备的移动而收放，现场靠人工排缆，工人劳动强度大，影响工作效率。电缆长期在复杂的地面上拖曳使之磨损加快，易发生漏电，存在安全隐患。由于煤矿井下作业的特殊环境，地面上常规的卷电缆装置因为没有防爆措施，无法在井下使用。而针对煤矿移动设备设计的隔爆型集电滑环式电缆卷筒价格昂贵，并且受安标控制，无法随意更改结构尺寸等参数，且随着长时间收、放拖拽等操作，易导致接线端出线松动脱落，存在极大的安全隐患，因此在煤矿井下移动设备中的使用受到严苛的条件限制。为了确保作业人员生命安全，减轻工人劳动强度，充分发挥移动设备的作用，急需一种结构可靠、接线端少的无滑环式卷缆装置。
(相关资料图)
1无滑环式卷缆装置工作原理
无滑环式卷缆装置由支撑座、右卷筒、回转减速器、导缆装置、摆缆机构、摆缆机构动力装置及电缆组成，结构如图1所示。回转减速器通过螺栓联接在支撑座右内侧，右卷筒通过螺栓联接在回转减速器另一侧，左卷筒通过螺栓联接在支撑座左内侧，摆缆机构动力装置安装在左卷筒内，通过轴与摆缆机构联接；电缆一端与设备电机联接，缠绕在电缆槽III上，并通过导缆装置缠绕在电缆槽II上，通过右卷筒的通孔进入到电缆槽，液压控制阀组通过控制1个二位阀的通断控制摆缆机构与右卷筒相对转速自适应，使得线速度相同，保证电缆不被拉断，导缆装置安装在支撑架右内侧收缆时，右卷筒通过回转减速装置向支撑座方向旋转，此时处于电缆槽Ⅱ上的电缆通过摆缆机构动力装置带动摆缆机构旋转，使得电缆从电缆槽Ⅱ转移到电缆槽Ⅲ上，达到收揽的目的。放缆时，右卷筒通过回转减速装置向导线装置的方向旋转，此时，处于电缆槽Ⅲ上的电缆通过摆缆机构动力装置带动摆缆机构旋转，使得电缆从电缆槽Ⅲ转移到电缆槽Ⅱ上，达到收揽的目的。
2卷缆装置的创新设计
（1）卷缆装置传动系统设计卷缆装置采用2套传动系统：第1套传动系统通过驱动马达带动回转减速器沿轴向旋转运动，进而带动电缆槽Ⅱ的转动，实现电缆的收缩和释放；第2套传动系统通过摆缆机构动力装置和行星减速器复合动作实现电缆槽Ⅲ绕轴转动，实现电缆的收缩和释放。最终通过第1套传动系统和第2套转动系统速度匹配，实现电缆在不同电缆槽内互换，完成电缆的收、放，卷缆装置传动系统原理如图2所示。图2卷缆装置传动系统原理1.2＃传动轴2.1＃传动轴3.驱动马达4.回转减速器5.行星减速装置6.摆缆机构动力装置（2）卷缆装置结构设计卷缆装置主要由支撑座、右卷筒、回转减速装置、导缆装置、摆缆机构、摆缆机构动力装置及左卷筒组成，如图3所示。回转减速装置包括回转减速器及驱动马达，摆线机构动力装置包括驱动马达及行星减速器。图3卷缆装置结构三视图1.支撑座2.右卷筒3.导缆装置4.中间卷筒5.摆缆机构6.左卷筒回转减速装置联接在支撑座右内侧，右卷筒联接在回转减速装置另一侧，右卷筒在回转减速装置带动下可顺时针和逆时针旋转，左卷筒联接在支撑座左内侧，摆线机构动力装置安装在左卷筒内，通过轴与摆缆机构联接，使得摆线机构实现360°回转，导缆装置安装在支撑架右内侧。卷缆装置主要参数：驱动形式液压驱动电缆容量/m235卷缆长度/m60收、放电缆速度与行走同步收、放方式自动（3）卷缆装置液压控制系统设计液压控制系统由液压泵、换向阀、单向阀、液压马达、溢流阀和冷却器组成，系统原理如图4所示。液压控制阀组通过控制1个二位阀的通断，负责控制摆缆机构与右卷筒相对转速自适应，使得线速度相同，保证电缆不被拉断。（4）卷缆装置功能及特点①避免了人工拖拽使电缆磨损加快、产生漏电等安全隐患，降低了工人劳动强度；②采用纯机械结构，解决了电缆收放时卷筒旋转引起的电缆扭曲问题，避免了采用集电滑环而带来的电气防爆要求；③实现了动力电缆的收放，无需申请安标，可根据电缆型号及长度随意更改外形尺寸，最终实现保证设备前进时不会因拖曳力过大而将电缆拉断或接线端松动脱落，设备后退时可及时卷起电缆。
3现场应用
\2017年4月，该卷缆装置在中煤科工西安研究院（集团）有限公司研制的WPZ-55/50L型煤矿用巷道修复机上首次应用，修复机连续作业约40h，共挖出矸石约460m3，平均出矸11.5m3/h，其中卷缆装置无故障全程运行，卷缆收、放正常，控制精准，可跟随修复机移动速度自动收放，避免人工拖拽电缆导致的安全隐患和施工效率下降的问题。
4结语
（1）采用无滑环式卷缆装置，克服了传统集电滑环的结构易导致电刷老化松懈及拉弧而烧坏滑环等缺点，增加了卷缆装置的安全性；（2）卷缆装置结构简单，可保证动力电缆从动力电源到设备电机无截断，通过液压控制阀组控制回转减速装置和摆缆机构动力装置按照自适应速度相互配合旋转，可完成动力电缆的收放，保证设备前进时不会因拖曳力过大而将电缆拉断，设备后退时可及时卷起电缆；（3）卷缆装置结构设计合理、工人劳动强度低、可充分发挥移动设备的作用，提高作业效率，并且可承载大电流、高电压，更可替代井下现有防爆性能差的电缆卷筒。
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作者：李旭涛 单位：中煤科工西安研究院
