多繩摩擦式提升機(jī)繩槽變化對運(yùn)行影響及測量

馬 寧，劉 陽，王立杰，車強(qiáng)強(qiáng)

（河鋼集團(tuán)沙河中關(guān)鐵礦有限公司，河北邢臺 054100）

0 引言

相對于單繩纏繞式提升機(jī)，多繩摩擦式提升機(jī)有提升能力大、提升高度高、安全系數(shù)高等優(yōu)勢，許多大型地下礦山采用多繩摩擦式提升機(jī)。工作原理：多根鋼絲繩搭放在摩擦輪、導(dǎo)向輪上，兩端各懸掛一個提升容器，當(dāng)電動機(jī)（或經(jīng)過減速器）帶動摩擦輪轉(zhuǎn)動時，借助于安裝在摩擦輪上的襯墊與鋼絲繩之間摩擦力，使鋼絲繩隨摩擦輪一起轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)提升容器的上、下運(yùn)行。多個襯塊拼裝在一起組成摩擦輪上的繩槽，鋼絲繩搭設(shè)在摩擦輪上，并沿繩槽運(yùn)行。摩擦輪與鋼絲繩之間通過摩擦副進(jìn)行運(yùn)動形式傳導(dǎo)，繩槽之間的相對深度對多繩摩擦式提升機(jī)的安全運(yùn)行產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，值得深入探究。

1 摩擦輪繩槽深度的影響

為方便研究多繩摩擦式提升機(jī)摩擦輪繩槽深度對提升機(jī)安全運(yùn)行的影響，將摩擦輪繩槽深度轉(zhuǎn)化為簡要的物理模型，建立物理模型（圖1）。該模型將提升機(jī)的主軸轉(zhuǎn)化成軸Z，多繩摩擦式提升機(jī)的滾筒繩槽轉(zhuǎn)化成固定在軸Z上的圓盤，為方便研究以2個圓盤為例進(jìn)行數(shù)學(xué)計算，分別記做Y1和Y2。設(shè)模型軸Z的角速度為ω，圓盤Y1的半徑為R1，圓盤Y2的半徑為R2，繩槽的線速度為v，圓盤Y1的線速度為v1，圓盤Y2的線速度為v2。則根據(jù)物理模型可存在以下計算關(guān)系：根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式v=ωr，可知轉(zhuǎn)動體線速度與角速度的關(guān)系為線速度等于轉(zhuǎn)動軸的角速度和轉(zhuǎn)動體半徑乘積。根據(jù)同一軸上的轉(zhuǎn)動體的角速度相同，則圓盤Y1、圓盤Y2安裝固定在同一軸上，其角速度相同。則圓盤Y1的線速度為v1=ωR1，圓盤Y2的線速度為v2=ωR2。假設(shè)兩圓盤的半徑存在R1=R2+r的關(guān)系，則圓盤Y1的線速度可表示為v1=ω（R2+r），即同一軸上安裝固定的兩圓盤線速度的差值與直徑的差值相關(guān)。

類比到多繩摩擦式提升機(jī)可知摩擦輪繩槽的線速度可表示為 V=ω（R+r），得各繩槽線速度的差值與繩槽差值相關(guān)，即 v=ωr，則提升機(jī)摩擦輪每運(yùn)轉(zhuǎn)一圈，不同繩槽的周長差值為l=2πr，其中，V為線速度，v為繩槽線速度的相對差值，R為滾筒半徑，是程序的標(biāo)定值，r為各繩槽深度的差值。r為計算量，當(dāng)繩槽的直徑大于控制程序中標(biāo)定直徑時，r＞0；當(dāng)繩槽的直徑小于控制程序中標(biāo)定直徑時，r＞0。由此可得出以下結(jié)論。

（1）各繩槽的線速度與繩槽深度有關(guān)，繩槽深度差值絕對值越大，相對應(yīng)的繩槽直徑變化量越大，當(dāng)摩擦輪旋轉(zhuǎn)一周后，繩槽的周長差值越大。反之繩槽深度差值絕對值越小，相對應(yīng)的繩槽直徑變化量越小，當(dāng)摩擦輪旋轉(zhuǎn)一周后，繩槽的周長差值越大。

（2）當(dāng)r＞0時，該繩槽的直徑比控制程序滾筒直徑的標(biāo)定值大，線速度變大，摩擦輪每旋轉(zhuǎn)一周，該繩槽上搭設(shè)的提升首繩比實(shí)際多運(yùn)行的距離為l，張力平衡裝置的液壓缸伸長l，l與r成正比關(guān)系。隨著摩擦輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的增加，張力平衡裝置的液壓缸會持續(xù)伸長，直至達(dá)到張力平衡裝置的調(diào)節(jié)極限范圍，液壓缸停止伸長。當(dāng)液壓缸沒有調(diào)節(jié)范圍時，會導(dǎo)致該提升首繩的實(shí)際承載拉力降低，本應(yīng)承受的拉力轉(zhuǎn)移到其他首繩上。由于液壓缸無調(diào)節(jié)量，當(dāng)提升機(jī)高速運(yùn)行時，該繩的晃動量明顯增大，提升機(jī)運(yùn)行安全穩(wěn)定性降低；該繩拉力降低，其他首繩拉力增大，鋼絲繩及張力平衡裝置液壓缸的使用壽命降低。

（3）當(dāng)r＞0時，該繩槽的直徑縮小，線速度變小，摩擦輪每旋轉(zhuǎn)一周，該繩槽上搭設(shè)的提升首繩比實(shí)際少運(yùn)行的距離為l，張力平衡裝置的液壓缸收縮l。隨著摩擦輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的增加，張力平衡裝置的液壓缸會持續(xù)縮短，直至液壓缸沒有收縮量。當(dāng)液壓缸沒有收縮量時，會出現(xiàn)只有該繩受力，其他鋼絲繩不受力的情況。由于液壓缸無收縮量，當(dāng)提升機(jī)高速運(yùn)行時，其他鋼絲繩的晃動量明顯增大；只有該繩受力，長期在這種工況下運(yùn)行，會出現(xiàn)斷繩事故。

2 摩擦輪繩槽深度的測量方法

多繩摩擦式提升機(jī)滾筒繩槽的深度有2種常規(guī)測量方法，一種是周長法，即沿著繩槽周長方向纏繞一根鋼絲，通過測量繩槽的周長，利用數(shù)學(xué)公式計算繩槽實(shí)際直徑；另一種是直接測量法，即沿著摩擦輪兩擋板并與主軸方向平行，搭設(shè)一條水平基準(zhǔn)線，用游標(biāo)卡尺測量繩槽最深點(diǎn)到基準(zhǔn)線的距離。以上2種測量方法都存在不同程度的缺陷，周長法缺陷：由于滾筒繩槽是一個圓弧，測量鋼絲的位置很難落在繩槽最深點(diǎn)，因此測量偏差較大；直接法缺陷：游標(biāo)卡尺的測量點(diǎn)很難落在滾筒繩槽的中心線上，測量點(diǎn)較多，時間長，數(shù)據(jù)處理較復(fù)雜等。

根據(jù)筆者研究，現(xiàn)介紹一種新型測量摩擦輪繩槽深度的方法：張力平衡裝置反饋法，即通過測量張力平衡裝置的液壓缸伸縮量計算繩槽深度，可以有效消除常規(guī)測量方法的測量誤差。

由前文闡述，多繩摩擦式提升機(jī)摩擦輪繩槽深度的影響可以得出：繩槽深度偏差產(chǎn)生的最直接影響是張力平衡裝置液壓缸的伸縮量。當(dāng)繩槽直徑大于程序標(biāo)定滾筒直徑的情況下，罐籠下行時，罐籠側(cè)張力平衡裝置液壓缸會伸長；繩槽直徑小于程序標(biāo)定的滾筒直徑情況下，罐籠下行時，罐籠側(cè)張力平衡裝置液壓缸會收縮。液壓缸的伸長量或者收縮量與繩槽直徑的差值成正比關(guān)系，因此可通過液壓缸的伸縮量來反向推導(dǎo)計算繩槽直徑的偏差值。

實(shí)際測量方法簡略如下：開始時罐籠頂部與井口平臺對平，將每個張力平衡裝液壓缸的初始位置作好標(biāo)記；罐籠慢下，記錄罐籠轉(zhuǎn)動的圈數(shù)。當(dāng)罐籠運(yùn)行至一定位置時，提升機(jī)停止，測量每個液壓缸伸縮量，并做好記錄。張力平衡裝置液壓缸的伸縮量記為l，多繩摩擦式提升機(jī)的摩擦輪的轉(zhuǎn)動圈數(shù)記為n，程序標(biāo)定滾筒直徑為d，繩槽實(shí)際直徑為D；繩槽深度偏差為r，其中，l為矢量，液壓缸伸長時l為正值，液壓缸收縮時，l為負(fù)值。根據(jù)第二部分的論述可知，l=2πrn，則繩槽的偏差為r=l/2πn，則繩槽的實(shí)際直徑為D=2r+d=l/（πn）+d。

3 結(jié)論

（1）多繩摩擦式提升機(jī)摩擦輪繩槽深度影響張力平衡裝置的液壓缸的伸縮量，當(dāng)伸縮量超過液壓缸的調(diào)節(jié)范圍時，易導(dǎo)致提升首繩晃動量增大，甚至出現(xiàn)脫槽、斷繩事故。

（2）張力平衡裝置反饋法通過測量張力平衡裝置液壓缸的伸縮量，能夠準(zhǔn)確方便的計算出摩擦輪繩槽實(shí)際直徑，為繩槽車削提供理論依據(jù)。