袁建清

(上海梅山礦業(yè)有限公司)

?

多繩摩擦提升機(jī)首繩張力的分析與改進(jìn)

袁建清

(上海梅山礦業(yè)有限公司)

闡述了首繩張力差對多繩摩擦提升系統(tǒng)的影響，分析了張力差產(chǎn)生的主要原因，并提出了改進(jìn)方案，解決了繩槽車削不精確的問題，保證了多繩摩擦提升機(jī)的正常運(yùn)行。

多繩摩擦提升機(jī) 張力差 摩擦襯墊 繩槽車削

多繩摩擦提升機(jī)在礦山提升系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，該提升機(jī)的首繩懸掛在滾筒上，兩端各懸掛一個提升容器，借助于首繩在滾筒襯墊繩槽中的摩擦力來傳遞動力，使提升容器上下移動，完成礦石或人員材料的提升。提升機(jī)一般為6根或4根首繩同時工作，各首繩張力的同步性尤其重要。

1 張力差對提升系統(tǒng)的影響

圖1為多繩摩擦提升機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖。

圖1 提升系統(tǒng)

鋼絲繩搭在滾筒上，若上升側(cè)鋼絲繩張力為Tu，下放側(cè)鋼絲繩張力為Td，鋼絲繩與滾筒摩擦襯墊之間的摩擦系數(shù)為μ。根據(jù)機(jī)械尤拉公式，在滾筒靜止不動的情況下，Tu=Tdeμα?xí)r，α為鋼絲繩與滾筒接觸的一段弧所對應(yīng)的中心角，即圍包角。鋼絲繩開始在摩擦襯墊上滑動時，鋼絲繩與滾筒摩擦襯墊之間產(chǎn)生的摩擦力極限值為

(1)

式中，e=2.718；μ=0.2；α=180°～195°。

滾筒兩側(cè)鋼絲繩的張力差為：

(2)

在摩擦傳動中，張力差F為產(chǎn)生滑動的力；而摩擦力Fm為阻止滑動的力，所以在摩擦提升中不打滑的條件是F

即：Tu-Td

(3)

式中,δ為防滑安全系數(shù)(δ≥1)，顯然δ值越大，在提升過程中越不會發(fā)生打滑現(xiàn)象。

在計算時，若Tu與Td代表靜力，則得到靜防滑安全系數(shù)，以δj表示，δj≥1.75；若Tu與Td計入慣性力時，則得到動防滑安全系數(shù)[1]，以δd表示，δd≥1.25。

從上述分析來看，要保證提升系統(tǒng)的正常運(yùn)行，減少設(shè)備事故的發(fā)生，必須嚴(yán)格控制張力差在可控范圍內(nèi)。張力差過大造成鋼絲繩在運(yùn)行過程中抖動加劇，甚至脫出繩槽，易發(fā)生斷絲、斷股等，鋼絲繩磨損加快，張力差超過繩槽摩擦力還會造成摩擦襯墊串繩，加劇繩槽磨損。

2 張力差產(chǎn)生的主要原因

(1)滾筒上摩擦襯墊繩槽直徑的差異。繩槽加工偏差及鋼絲繩直徑的偏差，導(dǎo)致鋼絲繩在滾筒上運(yùn)行的直徑有差異。大直徑繩槽中首繩在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的位移要大于其他繩槽中的首繩，產(chǎn)生較大的彈性伸長，張力變大。

(2)提升機(jī)首繩本身長度的差異。自身長度差異產(chǎn)生的兩個原因：安裝過程中的長度差異，使用過程中的自然伸長量。首繩在受力運(yùn)行過程中，不可避免地會有不同程度的伸長。

(3)首繩自身剛度的差異。鋼絲繩彈性模量、截面、捻合力度松散度的不同，造成鋼絲繩磨損程度不同，受力伸長程度不同，造成張力的差異。

3 調(diào)整張力差的方法

(1)安裝張力平衡裝置。張力平衡裝置一般有角杠式、杠桿式、液壓式、彈簧式等[2]，主要靠平衡裝置自身的動作來均衡鋼絲繩之間的張力差值，一般角杠式和液壓式最為常見。角杠式通過自身三角板或多角板傾斜角度的變化，液壓式通過油缸活塞桿受力后行程的不同位置來調(diào)整工作。現(xiàn)場使用過程中更多的是兩者結(jié)合使用。

(2)使用調(diào)繩器。現(xiàn)場應(yīng)用較為廣泛有傳統(tǒng)墊塊式、螺旋絲桿式、螺旋液壓式。其中螺旋液壓式通過油缸壓力調(diào)節(jié)活塞桿行程，絲桿螺母固定位置。該調(diào)整方法快速便捷、調(diào)節(jié)精確，可調(diào)整范圍大，應(yīng)用廣泛。

(3)摩擦襯墊的調(diào)整。如圖2所示，使用耐磨的材料，用固定塊和壓塊(鑄鋁或塑料制作)，通過螺栓固定在滾筒上，襯墊上車?yán)K槽用于安放提升首繩。繩槽間距根據(jù)提升容器間懸掛裝置的結(jié)構(gòu)尺寸，JKM2.25/4以下取250 mm，以上取300 mm。襯墊上各繩槽的直徑要求相同，發(fā)生變化時需要及時車削繩槽。根據(jù)《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》[3]6.3.3.15中規(guī)定，多繩摩擦提升機(jī)首繩張力超標(biāo)10%時應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。摩擦襯墊繩槽直徑差應(yīng)不大于0.8 mm，襯墊磨損不大于2/3。

圖2 摩擦襯墊在滾筒上的安裝

3.1 調(diào)整襯墊繩槽直徑

在現(xiàn)場長期重載的使用過程中，因多種因素影響，摩擦襯墊的繩槽直徑難以保持一致，導(dǎo)致滾筒在相同角速度的前提下，摩擦襯墊中各首繩移動的距離長短不一，各繩松緊不同，受力不均。

首繩受力不均導(dǎo)致提升容器傾斜，碰擦、沖撞井樓或井底設(shè)施，造成嚴(yán)重的設(shè)備事故；當(dāng)首繩之間張力差達(dá)到一定值時，會造成張緊嚴(yán)重的那根首繩在摩擦襯墊中頻繁串動，鋸割襯墊的同時損傷首繩，降低其使用壽命。

為了保證襯墊上繩槽直徑一致，必須對其進(jìn)行車削調(diào)整，繩槽車削裝置如圖3所示，根據(jù)車刀絲桿的螺紋進(jìn)行車刀的進(jìn)和退，確定車削進(jìn)刀量。

圖3 繩槽車削示意

傳統(tǒng)的高差判斷方法是：將首繩兩端容器放到同一水平(中間位置)，在井樓合適位置同一側(cè)首繩上，同一高度做標(biāo)記，然后將容器下放到井筒底部，再將容器提到中間位置，觀察所做標(biāo)記的高度差，最高位置標(biāo)記距離最低位置標(biāo)記的數(shù)值如果大于標(biāo)準(zhǔn)值，則需要進(jìn)行高差調(diào)整。

傳統(tǒng)的高差判斷方法是建立在容器由中間位置開到井筒底部的停車瞬間首繩抖動，各首繩在摩擦襯墊內(nèi)竄繩，誤差歸零，然后容器由底部開到中間位置產(chǎn)生的累計誤差進(jìn)行判斷的，而實(shí)際操作中容器上行和下放過程中高度差的數(shù)值是動態(tài)變化的，竄繩歸零的判斷前提很難得到保證。

3.2 調(diào)整量值

由于繩槽深淺不一，滾筒轉(zhuǎn)動一定圈數(shù)之后，各首繩受力不一，調(diào)繩油缸自動伸縮調(diào)正首繩張緊力。提升機(jī)運(yùn)行過程中，利用調(diào)繩油缸底部絲桿的導(dǎo)向定位板動態(tài)移動的特性，以滑塊位置差來判斷高差值。

(1)在調(diào)繩油缸底部絲桿的導(dǎo)向定位板上安裝撥桿，側(cè)面下拉板上安裝滑塊，油缸伸縮時帶動撥桿移動滑塊。

(2)提升機(jī)一個運(yùn)行周期后，各滑塊處于高低不同的位置，位置差就是首繩高差，反推出繩槽的深度差值，進(jìn)行調(diào)整。

(3)繩槽深度差值的推算。在鋼絲繩上同一水平位置作標(biāo)記點(diǎn)，將提升機(jī)開動一個周期后，測量標(biāo)記點(diǎn)的位置差ΔL，則調(diào)整繩槽的深度差值Δr=ΔLR/H，得到調(diào)整繩槽深度值Δr。

3.3 實(shí)施方式

①將調(diào)繩油缸底部絲桿的導(dǎo)向定位板拆下，在定位板的外側(cè)面中心位置攻絲；②制作一個行程顯示撥桿，尾部設(shè)2個固定孔；③在固定調(diào)繩油缸的下拉板上固定導(dǎo)向槽，內(nèi)設(shè)2個滑塊，分別處于撥桿的上下兩側(cè)；④操作時將提升容器提升到井樓卸載位置(最高點(diǎn))，將滑塊緊靠撥桿，置于上下兩側(cè)，在油缸下拉板上標(biāo)記撥桿的位置；⑤將提升容器下放到井底裝載位置(最低點(diǎn))，然后再次提升上來到卸載位置，察看滑塊的移動距離并比較，得出ΔL，根據(jù)Δr車?yán)K槽調(diào)整。

4 結(jié) 語

基于張力在多繩摩擦式提升機(jī)運(yùn)行過程中的重要作用，關(guān)注張力在提升系統(tǒng)中的狀態(tài)和變化，及時調(diào)整張力差，對安全生產(chǎn)顯得尤為重要。改進(jìn)后的張力檢查及調(diào)整方法簡單實(shí)用，可操作性強(qiáng)，目前在梅山礦業(yè)各提升井中投入應(yīng)用，效果良好。

[1] 張步彬.礦井提升機(jī)[M].鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2002.

[2] 程克強(qiáng),李濟(jì)順,鄒聲勇，等.超深井摩擦式提升機(jī)極限能力計算及影響因素分析[J].礦山機(jī)械，2015(11):62-66.

[3] 李曉飛，薛劍光.金屬非金屬礦山安全規(guī)程解讀[M].武漢：長江出版社,2006.

2016-07-11)

袁建清(1980—)，男，工程師，210041 江蘇省南京市雨花臺區(qū)西善橋。