多繩摩擦式提升機(jī)調(diào)換繩裝置的設(shè)計(jì)及應(yīng)用分析

黃 強(qiáng)

（焦煤集團(tuán)霍州煤電同安煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 呂梁 033500）

1 副立井調(diào)繩裝置及工作現(xiàn)狀

霍州煤電集團(tuán)某礦高產(chǎn)高效提升機(jī)工作量大，以該礦提升機(jī)為研究對(duì)象，查明提升機(jī)型號(hào)為JKMD-5.5×4（Ⅲ），現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查顯示摩擦輪與天輪直徑均為Φ5.5 m，提升機(jī)有直徑Φ60 mm 的提升鋼絲繩4根，該礦井井口標(biāo)高+1 416 m、主水平提升高度約為548 m，有兩個(gè)60 t 重提升罐籠，分別為一臺(tái)特寬罐籠和一臺(tái)配重窄罐籠。

該礦生產(chǎn)效益好高產(chǎn)高效，在對(duì)設(shè)備、人員等進(jìn)行運(yùn)輸時(shí)，多繩摩擦式提升機(jī)長期處于高負(fù)荷、高頻次運(yùn)行狀態(tài)，長此以往多繩摩擦式提升機(jī)的鋼絲繩會(huì)有不同程度的塑性變形，嚴(yán)重減小了多繩摩擦式提升機(jī)的工作壽命。因此為了保證多繩摩擦式提升機(jī)的安全有效運(yùn)行，需要定期對(duì)提升機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行檢查，若不符合相關(guān)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)工作人員完及時(shí)對(duì)其調(diào)整維修，如竄繩、調(diào)繩等。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，該多繩摩擦式提升機(jī)存在以下不足[1]：

1）該礦在對(duì)產(chǎn)能、物料、人員及設(shè)備材料等進(jìn)行運(yùn)輸工作時(shí)，提升機(jī)長期處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致提升機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)下張力平衡油缸的工作壽命大大縮短。長期的高負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致鋼絲繩出現(xiàn)塑性變形，危及提升機(jī)的安全運(yùn)行，必須及時(shí)對(duì)提升機(jī)調(diào)繩、竄繩，由于罐籠重量大，調(diào)繩竄繩時(shí)，負(fù)重載荷較大，增加了工作人員的工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度。

2）竄繩調(diào)繩時(shí)要對(duì)罐籠進(jìn)行提升，因罐籠過重，起重負(fù)荷過大，高頻次竄繩調(diào)繩等原因，對(duì)罐籠上提困難上升。

3）該提升機(jī)在設(shè)計(jì)之初是通過外側(cè)鋼絲繩上提罐籠，但由于長期處于高負(fù)荷、高頻次工作狀態(tài)下且竄繩調(diào)繩次數(shù)增加，導(dǎo)致上提罐籠難度大，故障頻發(fā)。

4）上提罐籠過程中要對(duì)鋼絲繩進(jìn)行固定，該提升機(jī)的卡繩部件初始夾緊力有時(shí)不能承受高頻次高負(fù)荷工作，容易出現(xiàn)滑繩現(xiàn)象，造成了一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

因此，在該提升機(jī)高負(fù)荷、高頻次的工作狀態(tài)下，要減小工作人員的工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度和保證不出現(xiàn)安全事故的情時(shí)必須對(duì)該礦副立井提升機(jī)進(jìn)行優(yōu)化改造，保障竄繩、調(diào)繩操作順利進(jìn)行。

2 多繩摩擦式提升機(jī)首繩調(diào)換自平衡舉升裝置工作原理

2.1 多繩摩擦式提升機(jī)首繩調(diào)換自平衡舉升裝置結(jié)構(gòu)

首先對(duì)該提升機(jī)首繩調(diào)換工作方法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。該提升機(jī)配備液壓夾緊自平衡舉升裝置，具體結(jié)構(gòu)如下頁圖1 所示。改進(jìn)的首繩調(diào)換裝置，主要通過雙楔卡繩機(jī)械手對(duì)鋼絲繩進(jìn)行固定和通過液壓系統(tǒng)對(duì)調(diào)繩時(shí)鋼絲繩進(jìn)行夾緊，并配自平衡舉升裝置。配備的液壓系統(tǒng)解決了上述卡繩機(jī)構(gòu)初始夾緊力不足的問題，即便在鋼絲繩發(fā)生塑性變形時(shí)也能夠緊緊的夾緊鋼絲繩，保證了提升機(jī)多繩摩擦式提升機(jī)竄繩、調(diào)繩的工作效率。

2.2 工作原理

自平衡舉升裝置工作原理為通過整體橫梁式結(jié)構(gòu)的雙楔卡繩機(jī)械手夾緊鋼絲繩，可同時(shí)夾緊4 根也可在必要時(shí)單獨(dú)夾緊1 根。該機(jī)械手通過液壓系統(tǒng)和齒輪配合控制雙楔卡繩機(jī)械手對(duì)鋼絲繩進(jìn)行夾緊，保證了鋼絲繩無論發(fā)生塑性變形與否都能實(shí)現(xiàn)負(fù)荷鋼絲繩的夾緊控制。

如下頁圖1 所示，自平衡舉升機(jī)與上卡繩機(jī)械手通過連接銷軸實(shí)現(xiàn)緊密連接。在液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)控制四組油缸提供提升動(dòng)力的情況下，上卡繩機(jī)械手夾緊兩側(cè)鋼絲繩，對(duì)罐籠和鋼絲繩進(jìn)行上提。由于高負(fù)荷、高頻次的高壓工作，加之罐籠的重量，為了保證液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行，在液壓系統(tǒng)中配置雙向液壓鎖，為了進(jìn)一步保證液壓系統(tǒng)壓力，在液壓鎖與油缸間通過耐高壓無縫鋼管進(jìn)行連接。

圖1 液壓夾緊自平衡舉升多繩調(diào)繩裝置

如圖1 所示，在第一次進(jìn)行調(diào)繩操作時(shí)，將自平衡舉升裝置安置在大、小罐籠鋼絲繩之間。該裝置的導(dǎo)向橫梁和導(dǎo)向底座保證了罐籠兩側(cè)的鋼絲繩在首繩調(diào)繩時(shí)都能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)，還可通過液壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)鏈條進(jìn)行傳動(dòng)，以致帶動(dòng)上下夾緊機(jī)械手和自平衡舉升裝置的行動(dòng)。

由以上所述，該多繩摩擦式提升機(jī)安裝的自平衡舉升裝置解決了之前卡繩機(jī)構(gòu)對(duì)鋼絲繩初始夾緊力不足的問題，還同時(shí)在液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)鏈條傳動(dòng)的情況下實(shí)現(xiàn)了裝置平移行進(jìn)等功能，保證了竄繩、調(diào)繩的工作效率。雖然解決了以上一些問題，但是我們發(fā)現(xiàn)上卡繩機(jī)械手組過長，約為一般繩間距的5倍，在對(duì)罐籠進(jìn)行上提和下放過程中，卡繩機(jī)械手組是否能保持水平控制，嚴(yán)重影響了該裝置調(diào)繩換繩的工作效率。另一方面，見圖1 結(jié)構(gòu)中舉升裝置上部的導(dǎo)向柱，假如該裝置上卡繩機(jī)械手組在進(jìn)行調(diào)繩換繩工作過程中，不能有效地保持水平控制，將導(dǎo)致導(dǎo)向柱和油缸不能同時(shí)保持水平的行進(jìn)路線，會(huì)出現(xiàn)非常大的摩擦力，嚴(yán)重影響調(diào)繩換繩的工作效率，甚至將導(dǎo)致調(diào)繩換繩時(shí)因故停滯現(xiàn)象。

3 提升機(jī)首繩快速換繩自平衡舉升系統(tǒng)優(yōu)化與特征

3.1 自平衡舉升首繩調(diào)換裝置安全優(yōu)化措施

針對(duì)以上對(duì)該自平衡舉升調(diào)繩換繩裝置運(yùn)行中存在的不足，提出以下改進(jìn)優(yōu)化措施，保證調(diào)繩換繩的工作效率。

1）首先對(duì)液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，以保證卡繩機(jī)械手組在行進(jìn)過程中保持水平，以防提升機(jī)在調(diào)繩換繩時(shí)發(fā)生故障，如圖2 所示，該改進(jìn)措施達(dá)到了改進(jìn)液壓系統(tǒng)控制機(jī)械手組的平衡舉升目的。

如圖2 所示通過在油缸下腔的高精度分集流同步閥作用下，來實(shí)現(xiàn)四組油缸在調(diào)繩換繩工作時(shí)每秒行進(jìn)路程一樣，進(jìn)而使該液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠有效地保證上卡繩機(jī)械手組進(jìn)行上提、下放時(shí)的平衡性；為了避免調(diào)繩換繩工作時(shí)的震動(dòng)和不協(xié)調(diào)、不平衡問題，就要通過油缸下方連接的單平衡閥控制油缸活塞桿速度；再通過液壓系統(tǒng)中的雙向液壓鎖保證上卡繩機(jī)械手組不會(huì)因?yàn)樵陔姶艙Q向閥中位時(shí)，因負(fù)載的重壓而向下移動(dòng)，保證了卡繩機(jī)械手組的平衡運(yùn)行。液壓系統(tǒng)的加入，有效保證了上卡繩機(jī)械手組的平衡性，從而保證了多繩摩擦式提升機(jī)自平衡舉升裝置調(diào)繩換繩時(shí)的工作效率。

2）如圖2 所示，通過液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)保證了上下卡繩機(jī)械手組的初始夾緊力，機(jī)械手組通過雙楔結(jié)構(gòu)連接實(shí)現(xiàn)對(duì)提升繩的夾緊。

圖2 自平衡舉升液壓原理

3）通過安裝在自平衡舉升裝置的導(dǎo)向橫梁和導(dǎo)向底座，保證該裝置的行進(jìn)；通過裝置上部的導(dǎo)向柱，保證卡繩機(jī)械手組在上提、下放過程中的平衡性。

4）通過液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，保證卡繩機(jī)械手組對(duì)鋼絲繩的夾緊力和裝置在調(diào)繩換繩時(shí)行進(jìn)的驅(qū)動(dòng)力。同時(shí)配備有一定的自動(dòng)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)該裝置在調(diào)繩換繩時(shí)的遠(yuǎn)程操作控制，提高了工作的靈活性，保證了調(diào)繩換繩的工作效率。

經(jīng)過以上所述對(duì)改裝置的優(yōu)化改進(jìn)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了卡繩機(jī)械手組對(duì)鋼絲繩的夾緊力，裝置行進(jìn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力等。再配備以自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)該裝置在調(diào)繩換繩時(shí)各結(jié)構(gòu)部位能夠有效協(xié)調(diào)的進(jìn)行工作，保證了裝置的有效可靠運(yùn)行，極大提高了工作效率。

3.2 自平衡舉升首繩調(diào)換裝置特征

通過以上優(yōu)化改進(jìn)，該裝置有以下幾大特征：

1）配備的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有效保證了卡繩機(jī)構(gòu)對(duì)鋼絲繩的夾緊力，且可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要，可同時(shí)夾緊4 根鋼絲繩或單獨(dú)1 根。

2）液壓系統(tǒng)的存在保證了該裝置的工作負(fù)荷能力和上提、下放時(shí)的平衡性。

3）通過油缸與液壓系統(tǒng)的聯(lián)合作用，保證了卡繩機(jī)械手組對(duì)鋼絲繩的平衡性。

通過以上的優(yōu)化改進(jìn)，該自平衡調(diào)繩換繩舉升裝置在液壓系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制下，保證了卡繩機(jī)械手組對(duì)鋼絲繩受力、位移的平衡性，也有效保證了該裝置的工作負(fù)荷能力，還能夠在導(dǎo)向底座和橫梁的作用下行進(jìn)，等等。以上諸多功能的實(shí)現(xiàn)使得該裝置不僅適用于不同環(huán)境空間的礦井，還可用于對(duì)提升機(jī)的檢修，調(diào)繩換繩等工作，極大便利了礦井的有效運(yùn)行，尤其是高產(chǎn)能礦井，極大提高了工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。

4 自平衡舉升多繩調(diào)繩裝置應(yīng)用效果

經(jīng)過對(duì)該裝置的優(yōu)化改進(jìn)后，將該裝置投入實(shí)際使用，與之前相比發(fā)揮了極大作用，取得了不錯(cuò)的效果。具體如下：通過液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的有效作用，保證了上下卡繩機(jī)械手組對(duì)鋼絲繩的夾緊力及一定的工作負(fù)荷；通過裝置底部的導(dǎo)向橫梁和導(dǎo)向底座，保證了該裝置平移行進(jìn)能力；通過裝置上部的導(dǎo)向柱和油缸的相互配合和作用，保證了該裝置對(duì)罐籠上提、下放時(shí)的水平性；通過自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了該裝置在調(diào)繩換繩的遠(yuǎn)程操作功能，提高了工作的靈活性和便利性。以上措施的改進(jìn)和優(yōu)化，使得該裝置在礦井的實(shí)際應(yīng)用過程中，減少了工作人員的工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度且節(jié)省了大量人工成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。