礦井提升機(jī)鋼絲繩使用與維護(hù)研究

趙化，王忠臣，蔣國(guó)彬，寇磊

（中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

千萬(wàn)噸礦井中較多采用主立井提升方式，大載荷箕斗運(yùn)輸尚未成熟，礦井提升機(jī)鋼絲繩在實(shí)際使用過(guò)程中屬于損耗性材料，其安全性在整個(gè)提升系統(tǒng)中十分重要，目前針對(duì)多繩摩擦式提升機(jī)鋼絲繩的各種載荷情況已有學(xué)者對(duì)其進(jìn)行受力模擬分析以及疲勞壽命研究，為了能夠細(xì)化鋼絲繩保養(yǎng)內(nèi)容，減小鋼絲繩磨損，文章以JKMΦ5×6 多繩摩擦式提升機(jī)為例，對(duì)鋼絲繩加速段受力情況進(jìn)行分析計(jì)算，并提出具體的安全使用措施。

1 礦用提升機(jī)鋼絲繩分類

1.1 鋼絲繩的組成

提升鋼絲繩是若干細(xì)鋼絲捻成股，再由6 個(gè)繩股用繞繩芯捻成繩而成。鋼絲繩繩芯分為：纖維芯（FC）、天然纖維芯（NF）、合成纖維芯（SF）、金屬芯鋼絲繩（IWR）。纖維芯鋼絲繩柔軟，彎曲性能良好，鋼絲繩在受到撞擊或者沖擊時(shí)，纖維芯可以起到緩沖作用，而且纖維芯儲(chǔ)油性能良好，內(nèi)部有足夠潤(rùn)滑，減少鋼絲的腐蝕。金屬繩芯破斷拉力大，抗擠壓、耐高溫，但柔軟度較低，結(jié)合成本等原因礦用提升機(jī)一般選用纖維芯鋼絲繩。

1.2 鋼絲繩的分類、特點(diǎn)及應(yīng)用

（1）鋼絲繩捻向分類。鋼絲繩根據(jù)捻向分類可分為同向捻、交互捻、混合捻，根據(jù)捻制方向用兩個(gè)字母(Z 或S身)表示。第一個(gè)字母表示鋼絲在股中服的捻制方式，第二個(gè)字母表示股在鋼絲中的捻制方式，即SZ 表示右旋交互捻、ZS 表示左旋交互捻ZZ 表示右旋同向捻、SS 表示左旋同向捻。在礦用摩擦式提升機(jī)鋼絲繩的使用過(guò)程中的使用數(shù)量多都為4 繩或6 繩，鋼絲繩將以左旋捻向、右旋捻向交替布置，這種布置方法會(huì)使鋼絲繩相互受力均勻，如采用相同類型鋼絲繩，那么鋼絲繩在使用過(guò)程中極易受力松散。

同向捻鋼絲繩優(yōu)點(diǎn)：鋼絲成股和股成繩時(shí)繞制方向相同，鋼絲繩的撓性好，較交互捻鋼絲繩相比鋼絲繩與滾筒繩槽接觸面積大，摩擦力較強(qiáng)。缺點(diǎn)：若不采用預(yù)變形處理，易松散和扭轉(zhuǎn)。交互捻鋼絲繩優(yōu)點(diǎn)：鋼絲成股和股成繩時(shí)繞制方向相反，不容易松散，相比較同向捻鋼絲繩來(lái)講不容易松散就不容易產(chǎn)生斷絲，在大功率摩擦式提升機(jī)使用的過(guò)程中松繩必然會(huì)導(dǎo)致斷絲增加。缺點(diǎn)：撓性稍差，鋼絲繩與滾筒接觸面積較同向捻鋼絲繩比較相對(duì)較小，摩擦力較小，提升機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)輕微滑繩現(xiàn)象，在這種運(yùn)行條件下，對(duì)提升機(jī)鋼絲繩首繩油缸的調(diào)節(jié)就變得十分重要。

（2）按鋼絲在股中互相接觸情況分。按照鋼絲繩之間的接觸狀態(tài)分為點(diǎn)、線、面三種接觸形式，故分為點(diǎn)、線、面接觸鋼絲繩。①點(diǎn)接觸鋼絲繩。各層鋼絲之間呈點(diǎn)接觸。這種鋼絲繩的繩股均用同一規(guī)格型號(hào)鋼絲捻制而成，但鋼絲間接觸應(yīng)力大，特別是鋼絲繩在繞過(guò)滾筒和導(dǎo)向輪時(shí)，鋼絲受到二次彎曲、拉伸和橫向擠壓，受力情況復(fù)雜，鋼絲易產(chǎn)生滑移。鋼絲繩耐疲勞行較差，安全性較低，目前提升機(jī)鋼絲繩已不選用此類型鋼絲繩。②線接觸鋼絲繩。線接觸鋼絲繩的繩股內(nèi)相鄰鋼絲是等捻距捻成，呈線狀態(tài)接觸，股內(nèi)各層鋼絲互相平行也叫平行捻鋼絲繩。這種鋼絲繩耐疲勞性能好，股內(nèi)相對(duì)滑動(dòng)較小，結(jié)構(gòu)緊密，無(wú)二次彎曲現(xiàn)象，使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)。③面接觸鋼絲繩。面接觸鋼絲繩是由線接觸鋼絲繩發(fā)展來(lái)的，它是將線接觸鋼絲繩股進(jìn)行鍛打、軋制或模拔加工，使鋼絲產(chǎn)生塑性變形而呈面接觸狀態(tài)。面接觸鋼絲繩具有結(jié)構(gòu)緊密，表面光滑，不易變形，鋼絲間接觸面積大、剛性強(qiáng)和耐磨損等優(yōu)點(diǎn)，除無(wú)二次彎曲，三次彎曲應(yīng)力也同樣較小，破斷拉力高，但是相比較線性鋼絲繩其柔韌性較差。

2 礦用提升機(jī)鋼絲繩的使用與維護(hù)

2.1 鋼絲繩使用的影響因素

（1）提升機(jī)加速段受力分析。在礦用提升機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，運(yùn)行軌跡分為4 段，第1 段為加速度段，在提升機(jī)開(kāi)始運(yùn)行后，主電機(jī)通過(guò)變頻器來(lái)進(jìn)行調(diào)速，變頻器通過(guò)矢量控制將提升機(jī)加速度控制在額定數(shù)值，當(dāng)在加速段主電機(jī)力矩將達(dá)到峰值，第2 段為勻速段，當(dāng)提升機(jī)速度達(dá)到給定速度后將保持進(jìn)行一段時(shí)間，提升機(jī)勻速運(yùn)行時(shí)主電機(jī)力矩?cái)?shù)值將保持平穩(wěn)，第3 段為減速段，提升機(jī)通過(guò)變頻器控制進(jìn)行減速，在此期間制動(dòng)系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)力矩，主電機(jī)力矩?cái)?shù)值將降低。第4 段為爬行段，提升容器即將到達(dá)規(guī)定位置時(shí)會(huì)以低速進(jìn)行爬行，減少提升容器進(jìn)入四角罐道的沖擊。提升機(jī)在加速段產(chǎn)生力矩峰值，而提升機(jī)產(chǎn)生力矩峰值的點(diǎn)即鋼絲繩在滾筒上受力最大點(diǎn)，以50T 有效載荷、滾筒及導(dǎo)向直徑5m、加速度0.85m/s2，具體計(jì)算如下：

①有效載荷力矩

②加速度力矩

③加速點(diǎn)力矩

通過(guò)計(jì)算分析出，加速點(diǎn)力矩為等速段力矩的1.7 倍左右，所以日常檢查與維護(hù)時(shí)，運(yùn)行在加速段的鋼絲繩要進(jìn)行重點(diǎn)檢查。

（2）制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)鋼絲繩的影響。目前礦井提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)多采用雙制動(dòng)盤、雙液壓站、多制動(dòng)單元方式，制動(dòng)單元常閉，液壓松閘，并且使用多種制動(dòng)方式，包括恒減速制動(dòng)、恒力矩制動(dòng)，提升機(jī)通過(guò)閘控系統(tǒng)、液壓站相配合，將安全制動(dòng)減速度控制在1.5～5m/s2，保證在各種載荷和提升狀態(tài)下不會(huì)產(chǎn)生滑繩。如制動(dòng)系統(tǒng)不能滿足更減速或恒力矩制動(dòng)要求，減速度大于5m/s2時(shí)提升機(jī)極易產(chǎn)生滑繩，對(duì)于提升機(jī)鋼絲繩乃至整個(gè)提升系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生較大影響。

（3）摩擦襯塊。目前國(guó)內(nèi)提升機(jī)摩擦襯塊大多采用德國(guó)進(jìn)口K25 摩擦襯塊，摩擦系數(shù)能達(dá)到0.25，摩擦襯塊根據(jù)煤炭安全規(guī)程要求，摩擦襯塊必需滿足以下條件必須更換：①天輪繩槽襯墊磨損達(dá)到1 根鋼絲繩直徑深度，或者沿側(cè)面磨損達(dá)到鋼絲繩直徑的1/2。②摩擦繩輪繩槽襯墊磨損剩余厚度小于鋼絲繩直徑，繩槽磨損深度超過(guò)70mm。合理的繩槽尺寸，應(yīng)使鋼絲繩與槽底緊密貼合并保持必要的間隙，此間隙是考慮到鋼絲繩在工作時(shí)有向兩側(cè)分開(kāi)的傾向。由于鋼絲繩新繩直徑是通常公稱直徑的1.02～1.05 倍，在使用中鋼絲繩磨損至公稱直徑的90%才需更換。因此，在更換新繩后必須車削繩槽，減小鋼絲繩的擠壓變形。

2.2 鋼絲繩日常維護(hù)

（1）潤(rùn)滑與防腐。礦用提升機(jī)鋼絲繩一般采用A 級(jí)或AB 級(jí)鍍鋅鋼絲繩，繩芯采用纖維繩芯，繩芯內(nèi)部存有增摩脂（戈培油）。其作用為減少鋼絲繩繩絲之間的磨損，在提升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到拉伸力、扭轉(zhuǎn)力、彎曲力，鋼絲之間、鋼絲繩與摩擦襯塊之間都存在磨損，而油脂的作用就是減少他們之間的磨損，在新鋼絲繩運(yùn)行一段時(shí)間后，鋼絲繩出油量會(huì)加大，這時(shí)需進(jìn)行及時(shí)清理，而且大多數(shù)提升機(jī)安裝在井筒較深的礦井，井筒淋水較大，因此，井筒內(nèi)淋水對(duì)鋼絲繩也存在腐蝕，為防止鋼絲繩腐蝕，當(dāng)纖維芯中戈培油流失較多后，應(yīng)及時(shí)對(duì)鋼絲繩進(jìn)行涂油。

（2）防止超載。由于立井提升系統(tǒng)較為復(fù)雜，礦井生產(chǎn)過(guò)程中，主立井提升機(jī)會(huì)因二次裝載、定容裝置超載等原因造成提升機(jī)超載，在超載運(yùn)行期間整段鋼絲繩受力均較正常運(yùn)行偏大，尤其在提升機(jī)加速段，提升機(jī)鋼絲繩受力更大，所以在運(yùn)行過(guò)程中嚴(yán)防提升機(jī)超載。

（3）防止鋼絲繩脫槽。受井筒整備質(zhì)量、首繩調(diào)節(jié)油缸、滾輪罐耳、摩擦襯塊等影響，提升容器在井筒內(nèi)運(yùn)行過(guò)程中擺動(dòng)量會(huì)發(fā)生變化，受上述因素影響鋼絲繩擺動(dòng)量也會(huì)發(fā)生變化，所以在日常維護(hù)中要加強(qiáng)首繩油缸調(diào)節(jié)，防止出現(xiàn)首繩油缸不受力等情況，而且滾輪罐耳的調(diào)節(jié)也會(huì)對(duì)鋼絲繩運(yùn)行產(chǎn)生影響。而且受外部環(huán)境影響，鋼絲繩繩芯出油量也會(huì)發(fā)生變化，尤其在冬季溫度較低情況下，戈培油容易結(jié)塊，在運(yùn)行過(guò)程中戈培油容易在繩槽內(nèi)堆積，當(dāng)戈培油堆積極較多時(shí)極易引發(fā)鋼絲繩脫槽，鋼絲繩脫槽會(huì)對(duì)鋼絲繩產(chǎn)生磨損甚至?xí)?dǎo)致鋼絲繩無(wú)法使用，所以在運(yùn)行過(guò)程中要加強(qiáng)系統(tǒng)維護(hù)，增加鋼絲繩擺動(dòng)監(jiān)測(cè)保護(hù)，防止出現(xiàn)鋼絲繩脫槽。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，鋼絲繩在使用過(guò)程中受多方面因素影響，要根據(jù)每個(gè)影響因素制定相應(yīng)的維護(hù)措施或檢修方案，在檢修期間，一定要做好鋼絲繩的合理使用，消除安全隱患，注重提升過(guò)程中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，對(duì)于提升機(jī)加速段鋼絲繩要加強(qiáng)檢查，防止出現(xiàn)提升運(yùn)輸事故，延長(zhǎng)鋼絲繩使用壽命，提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。