多繩摩擦提升機(jī)鋼絲繩張力不平衡問(wèn)題探研

李樹(shù)林

摘 要：多繩摩擦提升機(jī)由于結(jié)構(gòu)緊湊，深井提升適應(yīng)性強(qiáng)，安全系數(shù)高，在礦山廣泛得到應(yīng)用。文章以大紅山銅礦箕斗豎井出現(xiàn)鋼絲繩斷絲、變形、松繩為例，分析多繩摩擦提升機(jī)張力不平衡形成的原因，提出消除鋼絲繩張力不平衡方法，延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命。

關(guān)鍵詞：多繩摩擦提升機(jī)；張力不平衡；問(wèn)題；方法

中圖分類號(hào)：TD534 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）09-0169-03

Abstract： Multi-rope friction hoist is widely used in mines because of its compact structure， strong adaptability to deep shaft lifting and high safety coefficient. In this paper， taking the broken， deformed and loose rope of steel wire rope in the skip shaft of Dahongshan Copper Mine as an example， the causes of the tension imbalance of the multi-rope friction hoist are analyzed， and the method of eliminating the tension imbalance of the steel wire rope is put forward， to prolong the service life of steel wire rope.

Keywords： multi-rope friction hoist； tension imbalance； problem； method

1 概述

多繩摩擦提升機(jī)是依靠鋼絲繩與襯墊之間摩擦力來(lái)傳遞動(dòng)力的，它承擔(dān)著鋼絲繩的重量、提升容器的重量、人員及物料重量、平衡尾繩重量以及在運(yùn)行中出現(xiàn)的各種動(dòng)載荷與沖擊載荷。摩擦襯墊的性能及工況直接關(guān)系到提升機(jī)的工作能力、工作效率和安全可靠性，因此摩擦襯墊是多繩提升機(jī)的重要部件。鋼絲繩的張力不均勻就會(huì)造成襯墊的磨損，鋼絲繩壽命降低，甚至造成提升容器傾斜、卡罐、斷繩等重大事故?！督饘俜墙饘俚V山安全規(guī)程》（GB16423-2006）規(guī)定：6.3.3.15 運(yùn)轉(zhuǎn)中的多繩摩擦提升機(jī)，應(yīng)每周檢查一次首繩的張力，若各繩張力反彈波時(shí)間差超過(guò)10%，應(yīng)進(jìn)行調(diào)繩。6.3.4.8鋼絲繩的鋼絲有變黑、銹皮、點(diǎn)蝕麻坑等損傷時(shí)，不應(yīng)用于升降人員。鋼絲繩銹蝕嚴(yán)重，或點(diǎn)蝕麻坑形成溝紋，或外層鋼絲松動(dòng)時(shí)，不論斷絲數(shù)多少或繩徑是否變化，應(yīng)立即更換。6.3.4.9多繩摩擦提升機(jī)的首繩，使用中發(fā)現(xiàn)有一根不合格的，應(yīng)全部更換。

玉溪礦業(yè)公司大紅山銅礦2016年9月26日投運(yùn)的箕斗豎井，為井塔式多繩摩擦提升機(jī)，共有6根首繩。采用徐州煤礦安全設(shè)備廠生產(chǎn)的張力平衡首繩懸掛裝置（如圖1）。

主要技術(shù)參數(shù)： 提升機(jī)規(guī)格：JKM4.5×6（IV）井塔式提升機(jī)；導(dǎo)向輪直徑：3600mm；提升方式：雙箕斗提升；箕斗規(guī)格：15m3底卸式箕斗；箕斗自重：23550kg（不包括輔助設(shè)施）；箕斗有效載重量：27000kg，核定實(shí)際載荷24000kg；提升機(jī)鋼絲繩規(guī)格：6×K36WS+FC，Φ44，1670N/mm2，1220kN；提升繩數(shù)量：6根；提升繩間距：300mm；提升繩長(zhǎng)度：1050m；平衡尾繩規(guī)格：ZAAΦ52-35（W）×7-1670，1630kN；平衡尾繩數(shù)量：4根；平衡尾繩間距：500mm；平衡尾繩長(zhǎng)度：1040m；罐道形式：鋼絲繩罐道，罐道繩數(shù)量8根（左右捻向各4根）；提升高度：951m；最大提升速度：12.7m/s；最大不平衡載荷：40t。為保障提升安全，有必要對(duì)鋼絲繩張力不平衡的問(wèn)題進(jìn)行分析，找出消除張力不平衡的方法。

2 張力不平衡的理論

根據(jù)虎克定律，鋼絲繩的伸長(zhǎng)量△L=FL/EA，其中：F為鋼絲繩承受的拉力；L為鋼絲繩懸掛長(zhǎng)度；E為鋼絲繩彈性模量；A為鋼絲繩截面面積。

6繩摩擦提升繩，若受力一致，則：

F1L1/E1A1=F2L2/E2A2=F3L3/E3A3=F4L4/E4A4=F5L5/E5A5=F6L6/E6A6

F1+F2+F3+F4+F5+F6=Qt

式中：Qt為懸掛載荷；令Ki=EiAi得：Fi=KiQi/（K1+K2+K3+K4+K5+K6）

從公式可以看出，鋼絲繩作為受拉柔性構(gòu)件，當(dāng)繞過(guò)卷筒時(shí)鋼絲繩出現(xiàn)附加的壓應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，其狀態(tài)極其復(fù)雜。提升鋼絲繩的載荷、彈性模量、截面積、懸掛長(zhǎng)度都影響鋼絲繩之間的張力差（表1）。鋼絲繩的彈性模量與其結(jié)構(gòu)、新舊程度、鋼絲繩長(zhǎng)短及鋼絲繩受力大小有關(guān)。

3 張力不平衡產(chǎn)生的原因

（1）從表1可以看出，鋼絲繩的彈性模量是存在差異的，繩股與繩股以及股內(nèi)絲與絲之間的密實(shí)程度，很難保證絕對(duì)一致。新鋼絲繩的彈性大，隨拉力的增減而伸縮，在使用初期彈性特別大，隨著使用時(shí)間的增加，彈性逐漸減小，直到鋼絲繩破斷之前為止，是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程。

（2）鋼絲繩處于水平或傾斜位置時(shí)，由于其自重與集中載荷作用的影響，擾度的變化也影響其彈性性能。

（3）更換新鋼絲繩在長(zhǎng)度上不可能絕對(duì)一致，存在長(zhǎng)度誤差。

（4）鋼絲繩加工直徑上的誤差，經(jīng)過(guò)摩擦輪旋轉(zhuǎn)后，將引起鋼絲繩不同步而出現(xiàn)長(zhǎng)度上的偏差。

（5）摩擦襯墊的直徑不可能完全一致。一是車削過(guò)程中的誤差；二是提升鋼絲繩張力不等，造成繩槽襯墊徑向受壓彈性變形，加劇張力不平衡；運(yùn)行過(guò)程中由于受力程度的不一致，繩槽磨損也不一致，鋼絲繩每經(jīng)過(guò)摩擦襯墊一次時(shí)，都承受拉伸a和壓縮b（如圖2），直徑發(fā)生變化。

可以看出，多繩摩擦提升機(jī)張力不平衡是由于鋼絲繩的彈性模量E、截面積A和長(zhǎng)度L之間不相等造成的，且相互影響，相互作用，共同加劇鋼絲繩張力不平衡。鋼絲繩的彈性模量隨著卷繞長(zhǎng)度、工作壽命、受拉載荷、載荷交變次數(shù)以及載荷頻率值得以增加而提高。

4 張力自動(dòng)平衡裝置

玉溪礦業(yè)公司大紅山銅礦JKM4.5×6（IV）井塔式提升機(jī)鋼絲繩張力自動(dòng)平衡裝置采用密閉自動(dòng)連通方式，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)張力平衡的液壓自動(dòng)平衡系統(tǒng)。

懸掛裝置的工作原理（如圖1）：液壓系統(tǒng)通過(guò)加壓泵將液壓油注入液壓自動(dòng)平衡裝置油缸內(nèi)，平衡裝置利用串聯(lián)方式將液壓缸連接起來(lái)，使油缸相互連通，6根鋼絲繩分別懸掛在6個(gè)液壓自動(dòng)平衡裝置上，提升過(guò)程中鋼絲繩張緊或放松，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)繩的目的。該液壓系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)6個(gè)油缸同步運(yùn)行，滿足控制多繩摩擦提升機(jī)調(diào)繩的工作，從而使張力達(dá)到平衡。

5 存在問(wèn)題

多繩摩擦提升機(jī)雖然采用了張力平衡裝置，但由于在點(diǎn)巡檢和日常維護(hù)檢查中，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題不及時(shí)，檢修維護(hù)不到位，經(jīng)常會(huì)造成鋼絲繩張力差超限，鋼絲繩出現(xiàn)斷絲、松繩現(xiàn)象（圖3）從而導(dǎo)致鋼絲繩失效。其原因主要有以下幾個(gè)方面：

（1）摩擦襯墊的磨損量不一，繩槽直徑的差異，造成張力不一致。

（2）平衡油缸在每次提升過(guò)程中的液壓油的壓力不可能完全一致，張力始終處于不平衡到平衡這樣一個(gè)周而復(fù)始的過(guò)程，從而造成張力不一致。

（3）箕斗提升過(guò)程中的擺動(dòng)，也會(huì)造成張力不平衡。

（4）由于該豎井為回風(fēng)井，井筒內(nèi)溫差和濕度大（濕度大于90），形成冷凝水附在鋼絲繩上，其銹蝕程度、伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度也不相同，也會(huì)造成張力不一致。

（5）鋼絲繩制造時(shí)不可能保證每根鋼絲繩質(zhì)量、材質(zhì)完全一致，使用過(guò)程中磨損、斷絲也不可能完全相同，也會(huì)造成張力不平衡。

6 消除張力不平衡方法

（1）選擇優(yōu)質(zhì)的摩擦襯墊。摩擦襯墊應(yīng)當(dāng)具有高強(qiáng)度、耐磨性好、較高的摩擦系數(shù)，彈性好等特點(diǎn)。

（2）選擇性能好的鋼絲繩，包括整繩的破斷拉力，單絲抗拉強(qiáng)度，單絲扭轉(zhuǎn)和反復(fù)彎曲等符合檢驗(yàn)規(guī)范要求。采用同期生產(chǎn)的同一幾何參數(shù)和機(jī)械性能的鋼絲繩。

（3）微小的繩槽直徑變化都會(huì)產(chǎn)生較大的張力差，加劇繩槽的磨損?！督饘俜墙饘俚V山安全規(guī)程》（GB16423-2006）6.3.3.15……對(duì)主導(dǎo)輪和導(dǎo)向輪的摩擦襯墊，應(yīng)視其磨損情況及時(shí)車削繩槽。繩槽直徑差應(yīng)不大于0.8mm。襯墊磨損達(dá)2/3，應(yīng)及時(shí)更換。

（4）定期檢查油缸的使用情況，檢查油管接頭、油管部位是否有滲漏現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

（5）改善礦井通風(fēng)條件，加強(qiáng)對(duì)井筒設(shè)施的檢查和維修工作，定期加強(qiáng)對(duì)罐道、罐道繩、罐耳的檢查和防腐工作，做好潤(rùn)滑保養(yǎng)工作。

（6）完善鋼絲繩張力差監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，及時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)警。

7 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述分析可以看出，多繩摩擦提升機(jī)張力不平衡不是單一原因造成的，它與鋼絲繩的彈性模量、截面積、懸掛長(zhǎng)度等有直接的關(guān)系，它們相互影響、相互作用，加劇鋼絲繩張力的不平衡。在今后礦山提升系統(tǒng)實(shí)際使用過(guò)程中，還要不斷探索和分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和不足，通過(guò)有效的管理手段，不斷消除張力不平衡的問(wèn)題，延長(zhǎng)鋼絲繩的使用壽命，確保礦山提升系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

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