礦用雙鉤提升機最大靜張力差工況點分析

郭 媛，馬峻峰，成高飛，王亞娟，張繼軍

(1.陜西能源職業(yè)技術學院，陜西 咸陽 712000；2.華北科技學院，河北 三河 065201；3.陜西煤監(jiān)局安全技術中心，陜西 西安 710001)

0 引言

近年來，礦用提升機在高效、大型化、自動化技術等方面取得了飛速的發(fā)展。一些大型煤礦使用的先進的摩擦式提升機運行速度已達到20～25 m/s，單次提升量可達50 t[1]。目前，在煤礦中使用較多的雙鉤提升機有纏繞式和摩擦式兩種，為了保證提升機的正常運行，需要定期對其進行檢測?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定，雙鉤提升機制動力矩與實際提升最大靜載荷旋轉(zhuǎn)力矩之比要大于3[2]，而比值大于3的前提是進行制動力矩的測試。又因為這兩種提升機平衡尾繩部分、雙鉤部分的掛載情況不同，導致了很難進行其最大靜張力差的分析與計算，無法準確計算出提升機最大制動力矩，進而影響現(xiàn)場檢測的效果。為此，分析兩種雙鉤提升機最大靜張力差工況點，可以為后續(xù)分析計算提供依據(jù)，進而確保檢測的準確性和提升機的安全運行。

1 雙鉤提升機結構及運輸原理

雙鉤提升機由提升滾筒、提升容器、提升鋼絲繩、提升拖動控制系統(tǒng)、井架(井塔)、天輪及裝卸設備等組成[3-5]，僅在提升容器上與單鉤提升機不同。圖1為煤礦常用的3種雙鉤提升機簡圖。

圖1 3種常用雙鉤提升機簡圖

圖1(a)為纏繞式雙滾筒提升機。這種提升機的主導輪為滾筒式結構，提升鋼絲繩反向纏繞在提升機的兩個主導輪上，隨著主導輪的旋轉(zhuǎn)，一端荷載上升，同時另一端荷載下降，從而實現(xiàn)提升過程。

圖1(b)為落地式摩擦提升機。其提升鋼絲繩繞過主導輪，分別在鋼絲繩兩個末端連接提升容器，通過主導輪摩擦襯墊的摩擦力作用，實現(xiàn)主導輪旋轉(zhuǎn)時提升容器的上下運輸。與纏繞式不同的是，該提升機需安裝尾繩(圖1(b)中虛線)以達到運輸時的平衡。

圖1(c)為塔式摩擦提升機。其工作原理與摩擦落地式大致相同，區(qū)別主要在于該提升機的主導輪位于整個提升系統(tǒng)的最上端。

2 最大靜張力差工況點分析

最大靜張力差是指提升機在靜止狀態(tài)下，雙鉤提升機一邊承載的最大重量減去另一邊承載的最小重量的差值[6-8]。雙鉤兩邊的重量差包括提升鋼絲繩最大重量差，提升容器最大重量差與載重最大重量差，這3部分的差值之和即為提升機最大靜張力差的值，其值最大時所處狀態(tài)即為提升機最大靜張力產(chǎn)生的工況點。將單鉤提升機的最大制動力矩作為測試的最小參照值，其值為其最大靜張力差乘以3再乘以距離；將雙鉤提升機最大制動力矩作為測試的最小參照值，其值為最大靜張力差乘以3再乘以距離。雙鉤提升容器可分為提升容器自重相等、提升容器自重不等、一端為容器另一端為配重[9-11]；因提升機提升容器不同，雙鉤提升機的最大靜張力差產(chǎn)生的工況點也就不同。現(xiàn)對各類不同條件下、不同提升容器的雙鉤提升機最大靜張力差工況點進行分析。由于斜井雙鉤提升機只需要在立井雙鉤提升機的基礎上進行力的分解，因此，本文選取立井雙鉤提升機作為研究對象。

2.1 纏繞式雙滾筒提升機

提升容器自重相等：纏繞式雙滾筒提升機容器差值在任何工況下均為0。載荷最大差值可確立為一容器為最大載荷、另一容器為空載工況，其載荷差值為最大；鋼絲繩最大重量差可假定為一端運行距離最長，而另一端運行距離最短，此工況下鋼絲繩重量差最大。當一容器最大載重并靜止于井底時，其所在鋼絲繩端的鋼絲繩最大懸長重量、提升載重之和減去另一側容器空載并置于地面時的鋼絲繩懸垂重量，所得差值即為該提升機最大靜張力差，該值所在工況即為該提升機最大靜張力產(chǎn)生最大工況點。

提升容器自重不等：對于自重不等的情況，可類比提升容器自重相等時的分析方法。即當自重較大的容器滿載并置于井底靜止狀態(tài)，而自重較輕的容器空載并處于井口靜止狀態(tài)時，即為該提升機最大靜張力差工況點。

一端為容器另一端為配重：根據(jù)對提升容器相等和不等時的分析可知，當雙鉤提升一端為容器，另一端為配重時，有可能出現(xiàn)兩種情況。①配重端鋼絲繩懸垂最大，其所在端與鋼絲繩自重的和減去放置于井口位置的空載容器的重量差，差值記為a；②配重端處于井口位置，容器滿載并處于井底位置時，鋼絲繩兩端的差值記為b。比較a值與b值的大小，所得大值即為提升機最大靜張力差，且產(chǎn)生該差值的狀態(tài)即為最大靜張力差工況點。

2.2 落地摩擦式提升機

提升容器自重相等：摩擦式提升機有尾繩平衡系統(tǒng)，要格外注意。由于提升容器自重差為0，所以其最大靜張力差產(chǎn)生的工況點依然是兩端鋼絲繩差值與載荷差值，而由于摩擦式提升機尾繩平衡系統(tǒng)的存在，在計算分析最大靜張力產(chǎn)生的工況點時，需考慮尾繩平衡系統(tǒng)的影響。按照尾繩每米重量與主繩每米重量的不同，可分為以下3種情況。①尾繩每米重量大于主繩每米重量時，尾繩平衡系統(tǒng)為重尾繩提升系統(tǒng)；其最大靜張力差產(chǎn)生工況點為任意一個容器滿載并置于井口位置，而另一個容器空載并置于井底位置時的工況點；②尾繩每米重量小于主繩每米重量時，尾繩平衡系統(tǒng)為輕尾繩系統(tǒng)；其最大靜張力差產(chǎn)生工況點為一容器滿載并處于井底位置，而另一容器空載處于井口位置時的工況點；③尾繩與主繩每米重量相差3%以內(nèi)時，可視為等尾繩提升系統(tǒng)；當一容器滿載，另一容器空載，而雙容器放置于井巷的任意位置時，即為其最大靜張力差產(chǎn)生的工況點。

提升容器自重不等：①尾繩每米重量大于主繩每米重量時，為重尾繩提升系統(tǒng)；其最大靜張力差產(chǎn)生工況點為當自重較大容器滿載并置于井口位置，而自重較輕的容器空載并置于井底位置時的工況點；②尾繩每米重量小于主繩每米重量時，為輕尾繩系統(tǒng)；其最大靜張力差產(chǎn)生工況點為自重較大容器滿載并處于井底位置，而自重較輕的容器空載處于井口位置時的工況點；③尾繩與主繩每米重量相差3%以內(nèi)時，視為等尾繩提升系統(tǒng)；自重較大容器滿載并靜置于運行井巷的任意位置，而自重較輕的容器空載并靜置于井巷的任意位置時的工況點，即為其最大靜張力差產(chǎn)生工況點。

一端為容器另一端為配重：①尾繩每米重量大于主繩每米重量。其最大靜張力差工況點可分為兩種情況，即配重自重大于容器自重和配重小于容器自重。配重自重大于容器自重時，將配重置于井口而空容器置于井底時，鋼絲繩兩端載荷差值記為c；將配重置于井底而容器滿載置于井口時，鋼絲繩兩端載荷差記為d；比較c與d值的大小，所得大者即為最大靜張力差。配重小于容器自重時，容器滿載并靜置于井口，而配重靜置于井底的狀態(tài)便為其最大靜張力產(chǎn)生工況點；②尾繩每米重量小于主繩每米重量。其最大靜張力差工況點也分為兩種情況，即配重自重大于容器自重和配重小于容器自重。配重自重大于容器自重時，將配重置于井底而空容器置于井口時，鋼絲繩兩端載荷的差值記為e；將配重置于井口而容器滿載置于井底時，鋼絲繩兩端載荷的差值記為f；比較e與f值的大小，大者即為最大靜張力差工況點。配重小于容器自重時，容器滿載并靜置于井底而配重靜置于井口時的狀態(tài)，即為其最大靜張力產(chǎn)生工況點；③尾繩與主繩每米重量相差3%以內(nèi)時，將配重置于井巷任意位置而空容器也靜置于井巷任意位置時，鋼絲繩兩端載荷差值記為g；將配重置于井巷任意位置而容器滿載也靜置于井巷任意位置時，鋼絲繩兩端載荷差值記為h；比較g與h值的大小，大者即為最大靜張力差。

綜上，分別介紹了纏繞式雙鉤提升機與落地摩擦式提升機最大靜張力差產(chǎn)生的幾種工況。塔式摩擦提升機與落地摩擦提升機最大靜張力產(chǎn)生的原理基本相同，可參考上述過程進行相應分析。

3 結語

雙鉤提升機最大靜張力差的計算不但是衡量該提升機的物理剪切力的一個重要指標，亦是提升機制動力檢測檢驗時的一個重要參數(shù)。礦用雙鉤提升機提升鋼絲繩兩端的提升設備不盡相同，通過上述的幾種示例分析，可以為最大靜張力差工況點的有效確定提供一定參考。