多繩摩擦式提升機鋼絲繩更換工藝改進

唐 波，趙延博，徐曉曉

（兗州煤業(yè)股份有限公司興隆莊煤礦，山東 兗州 272100）

0 引言

按照《煤礦安全規(guī)程》及相關管理規(guī)定，立井提升機鋼絲繩在實際使用中必須按照各自使用期限定期進行更換，主要包括主鋼絲繩、尾繩。此類大型更換工作均具有施工時間長、勞動強度高、作業(yè)人員多、風險隱患大等特點，原有的更換工藝及設備設施是基于老式電阻式調速系統(tǒng)，并且控制簡單，不能實現(xiàn)信息共享，工作過程中的信息交流完全靠老式的聲光信號來實現(xiàn)。且尾繩車無動力系統(tǒng)，全部手動，無法實現(xiàn)對尾繩車的控制，與提升機的協(xié)作無法實現(xiàn)。致使在鋼絲繩更換過程中存在不同程度的問題和隱患，難以滿足現(xiàn)階段安全生產的需要。變頻調速系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)的成熟運用為鋼絲繩的更換工藝提供了新的解決途徑。

1 現(xiàn)有工藝存在的主要問題

1）更換提升機主繩時，需用兩臺穩(wěn)車分別進行收舊繩和放新繩工作，為防止新繩受到損傷或造成曲繩事故，2臺穩(wěn)車收放繩的速度需時刻跟提升機保持同步。原有操作完全靠司機觀察和通過聲光信號來完成，操作時對絞車司機操作和反應能力要求較高。且原穩(wěn)車在調速上采用串電阻調速，用交流接觸器逐級切除轉子串聯(lián)的電阻從而達到調速的目的，這樣的調速方式在啟動、換擋時會產生較大的沖擊電流，大量的電能消耗在電阻上，造成能源的極大浪費。并且調速精度差，完全按照檔位來調節(jié)，無法實現(xiàn)無極變速，在減速和低速爬行過程中主要依靠工作閘來控制，對閘瓦的磨損比較嚴重，需要經常更換，增加了維護費用，同時在換繩過程中速度控制的準確性和安全性也難以保障。

2）更換提升機尾繩時，原所用的繩車為建礦初期產品，自動化程度較差，屬于純手動設備，缺少動力源和傳動機構。作業(yè)時全部靠人工纏繩，在放繩過程中無法提供主動速度，只能依靠提升機拽動被動工作，無法與提升機保持同步放繩，收繩工作完全靠人力，勞動強度較大，在放繩過程中不能實現(xiàn)收繩作業(yè)。加上其速度控制完全靠制動閘調節(jié)，導致制動閘瓦磨損較大，制動閘易于老化導致制動力效果差。原尾繩車體積較大，難于運輸，對井下工作地點的空間要求大。由于纏繩完全采用人力，導致排繩質量差，工作耗時長，在實際操作中對周邊人員存在較大的安全隱患，無論是從時間、效率還是人工強度上都不能滿足煤礦安全生產的需要。

3）換繩過程中工程設備與提升機的控制系統(tǒng)相對獨立，各個設備間的通信通過聲光信號或對講機來實現(xiàn)，不能實現(xiàn)控制系統(tǒng)層面的直接信息共享和信息交互。由于信號不直接作用于控制系統(tǒng)，由于人的反應時間和人對傳輸信號的分析處理速度造成工程設備與提升機之間不能有效的配合，為了實現(xiàn)工程設備與提升機之間的有效配合，一般需要派遣經驗豐富的司機進行協(xié)作，同時為保證一致性會采用較低的工作速度，這樣造成大量的時間浪費。

2 工藝改進內容

2.1 繩車調速方式及控制方式的改進

使用變頻調速系統(tǒng)替換原有的電阻調速系統(tǒng)，并利用PLC實現(xiàn)控制系統(tǒng)的升級，將原電機更換為變頻電機，可通過操作臺上的控制搖桿進行無極調速，并且在集中操作臺上設有頻率、電流、信號指示等儀表顯示，增加了現(xiàn)場使用的可靠性和操作性。主要有如下優(yōu)點：

1）變頻器具有軟起功能，在啟動時會遏制電流的沖擊，延長電機等設備的使用壽命。

2）變頻調速是無極調速，調速平滑，徹底解決了逐級調速的弊端，并且調速精度高。

3）變頻器可以四象限運行，在減速階段可以將勢能轉換成電能返回電網，達到節(jié)能的效果。

4）原串電阻調速在調速時對閘皮的磨損，設備較多，種類復雜，故障率高，直接影響施工進度，需在施工前對接觸器觸頭等易損件需維護更換，使用變頻控制可徹底解決以上問題，設備集成，外部控制線路接線簡單，故障率低，設備使用的可靠性高，降低維修費用。

2.2 尾繩車的改進

對舊繩車從動力源、制動力、速度調節(jié)、繩槽容量、底盤強度和排繩裝置等幾個方面進行改進優(yōu)化，主要改進內容如下：

1）增加動力源。增加尾繩車動力系統(tǒng)，并按照模塊化結構整合在底盤上，與滾筒組成一體結構，絞車與滾筒間采用齒輪嚙合，減小空間布置體積。使其在收放鋼絲繩的過程中均能夠充分發(fā)揮調速和制動性能，不會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，控制精度高。而且操作方便，可根據(jù)現(xiàn)場情況及時調節(jié)速度，確保安全準確可靠，減少了施工的人數(shù)，大大提高了工作效率。

2）加強制動力。針對繩車制動能力不足的問題，我們對制動裝置重新設計，通過分析提升機速度和慣量設計安全制動裝置，利用楔塊增加摩擦制動力，增加緊急制動效果，解決了放繩時制動力矩不足的問題，更好的保障了更換工作的順利進行。

3）實現(xiàn)速度可調。通過分析提升機速度改進制動裝置，設計傳動比，能夠使?jié)L筒速度保持在0.5～1.5m/s之間，可配套變頻調速系統(tǒng)實現(xiàn)無極調速。且保證內層繩速不低于0.5m/s。能夠根據(jù)纏、放繩需要進行調速，在放新繩、收舊繩且可以與提升機保持同步、速度一致，最終實現(xiàn)速度可調。

4）增大繩槽容量。針對過去容繩量有所欠缺的實際，根據(jù)換繩工藝、鋼絲繩繩徑、長度和換繩現(xiàn)場的特殊要求對繩車的卷筒進行重新設計，優(yōu)化現(xiàn)有纏繩滾筒結構，縮短排繩滾筒長度，增加繩槽容量。新加工滾筒長度由原4.15m改為3.9m，內筒直徑由0.7m改為0.45m，在減小自身體積的同時容繩量變成原繩車的1.15倍。

5）加強底盤強度。新加工的專用底盤，長度4.9m，寬度1.3m，強度和剛度均有加強，更符合現(xiàn)場底盤固定使用要求，在上下井運輸繩車時方便安全。并在施工點設置了卡軌器，進一步增加了收放繩施工的安全可靠性。

6）增加排繩裝置。在撤舊繩時，繩車兩側各有一個排繩裝置，方便施工人員分居兩側調整鋼絲繩位置，消除了纏繩人員在滾筒位置存在的隱患，操作簡單且很好的保證排繩質量。

2.3 信號系統(tǒng)的改進

利用網線把提升機控制和工程設備控制連起來，利用統(tǒng)一網絡通信協(xié)議實現(xiàn)工程設備控制系統(tǒng)與提升機控制系統(tǒng)的通信，實現(xiàn)控制層面的信息共享和信息交互，使信號信息能夠直接作用于控制系統(tǒng)，實現(xiàn)快速啟停，快速跟進，實現(xiàn)精確控制。同時對繩車上的鋼絲繩速度加裝速度傳感器，速度信息直接傳至控制系統(tǒng)。通過實現(xiàn)新舊鋼絲繩的速度比對，來實現(xiàn)工程設備的自動跟隨控制，保證新舊鋼絲繩的速度一致性。主要有如下優(yōu)點：

1）控制系統(tǒng)的信息交互、信息共享保證了控制信號的快速執(zhí)行。

2）自動速度跟隨的實現(xiàn)能夠提高鋼絲繩的敷設速度，節(jié)約時間。

3）控制系統(tǒng)的通信使得自動操作變?yōu)榭赡埽軌蚬?jié)約大量人力。

3 結論

使用變頻改造后的穩(wěn)車進行放新繩工作，現(xiàn)場調速效果好，精度高，加減速平穩(wěn)，易與提升機保持同步，可操作性和安全性高，減少了施工時間，提高施工效率。使用改進后的尾繩車進行換尾繩工作，大大降低勞動強度，減少人工費用，保證了檢修效率，比原施工工藝提高了近40%的效率，增加經濟收益。大大縮短了更換鋼絲繩時的施工時間，降低安全隱患，減少了現(xiàn)場繩車附近人員因人身傷害造成的經濟損失。