多繩摩擦提升機鋼絲繩張力不平衡問題探研

李樹林

摘 要：多繩摩擦提升機由于結構緊湊，深井提升適應性強，安全系數高，在礦山廣泛得到應用。文章以大紅山銅礦箕斗豎井出現鋼絲繩斷絲、變形、松繩為例，分析多繩摩擦提升機張力不平衡形成的原因，提出消除鋼絲繩張力不平衡方法，延長鋼絲繩的使用壽命。

關鍵詞：多繩摩擦提升機；張力不平衡；問題；方法

中圖分類號：TD534 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）09-0169-03

Abstract： Multi-rope friction hoist is widely used in mines because of its compact structure， strong adaptability to deep shaft lifting and high safety coefficient. In this paper， taking the broken， deformed and loose rope of steel wire rope in the skip shaft of Dahongshan Copper Mine as an example， the causes of the tension imbalance of the multi-rope friction hoist are analyzed， and the method of eliminating the tension imbalance of the steel wire rope is put forward， to prolong the service life of steel wire rope.

Keywords： multi-rope friction hoist； tension imbalance； problem； method

1 概述

多繩摩擦提升機是依靠鋼絲繩與襯墊之間摩擦力來傳遞動力的，它承擔著鋼絲繩的重量、提升容器的重量、人員及物料重量、平衡尾繩重量以及在運行中出現的各種動載荷與沖擊載荷。摩擦襯墊的性能及工況直接關系到提升機的工作能力、工作效率和安全可靠性，因此摩擦襯墊是多繩提升機的重要部件。鋼絲繩的張力不均勻就會造成襯墊的磨損，鋼絲繩壽命降低，甚至造成提升容器傾斜、卡罐、斷繩等重大事故。《金屬非金屬礦山安全規程》（GB16423-2006）規定：6.3.3.15 運轉中的多繩摩擦提升機，應每周檢查一次首繩的張力，若各繩張力反彈波時間差超過10%，應進行調繩。6.3.4.8鋼絲繩的鋼絲有變黑、銹皮、點蝕麻坑等損傷時，不應用于升降人員。鋼絲繩銹蝕嚴重，或點蝕麻坑形成溝紋，或外層鋼絲松動時，不論斷絲數多少或繩徑是否變化，應立即更換。6.3.4.9多繩摩擦提升機的首繩，使用中發現有一根不合格的，應全部更換。

玉溪礦業公司大紅山銅礦2016年9月26日投運的箕斗豎井，為井塔式多繩摩擦提升機，共有6根首繩。采用徐州煤礦安全設備廠生產的張力平衡首繩懸掛裝置（如圖1）。

主要技術參數： 提升機規格：JKM4.5×6（IV）井塔式提升機；導向輪直徑：3600mm；提升方式：雙箕斗提升；箕斗規格：15m3底卸式箕斗；箕斗自重：23550kg（不包括輔助設施）；箕斗有效載重量：27000kg，核定實際載荷24000kg；提升機鋼絲繩規格：6×K36WS+FC，Φ44，1670N/mm2，1220kN；提升繩數量：6根；提升繩間距：300mm；提升繩長度：1050m；平衡尾繩規格：ZAAΦ52-35（W）×7-1670，1630kN；平衡尾繩數量：4根；平衡尾繩間距：500mm；平衡尾繩長度：1040m；罐道形式：鋼絲繩罐道，罐道繩數量8根（左右捻向各4根）；提升高度：951m；最大提升速度：12.7m/s；最大不平衡載荷：40t。為保障提升安全，有必要對鋼絲繩張力不平衡的問題進行分析，找出消除張力不平衡的方法。

2 張力不平衡的理論

根據虎克定律，鋼絲繩的伸長量△L=FL/EA，其中：F為鋼絲繩承受的拉力；L為鋼絲繩懸掛長度；E為鋼絲繩彈性模量；A為鋼絲繩截面面積。

6繩摩擦提升繩，若受力一致，則：

F1L1/E1A1=F2L2/E2A2=F3L3/E3A3=F4L4/E4A4=F5L5/E5A5=F6L6/E6A6

F1+F2+F3+F4+F5+F6=Qt

式中：Qt為懸掛載荷；令Ki=EiAi得：Fi=KiQi/（K1+K2+K3+K4+K5+K6）

從公式可以看出，鋼絲繩作為受拉柔性構件，當繞過卷筒時鋼絲繩出現附加的壓應力和彎曲應力，其狀態極其復雜。提升鋼絲繩的載荷、彈性模量、截面積、懸掛長度都影響鋼絲繩之間的張力差（表1）。鋼絲繩的彈性模量與其結構、新舊程度、鋼絲繩長短及鋼絲繩受力大小有關。

3 張力不平衡產生的原因

（1）從表1可以看出，鋼絲繩的彈性模量是存在差異的，繩股與繩股以及股內絲與絲之間的密實程度，很難保證絕對一致。新鋼絲繩的彈性大，隨拉力的增減而伸縮，在使用初期彈性特別大，隨著使用時間的增加，彈性逐漸減小，直到鋼絲繩破斷之前為止，是一個動態變化的過程。

（2）鋼絲繩處于水平或傾斜位置時，由于其自重與集中載荷作用的影響，擾度的變化也影響其彈性性能。

（3）更換新鋼絲繩在長度上不可能絕對一致，存在長度誤差。

（4）鋼絲繩加工直徑上的誤差，經過摩擦輪旋轉后，將引起鋼絲繩不同步而出現長度上的偏差。

（5）摩擦襯墊的直徑不可能完全一致。一是車削過程中的誤差；二是提升鋼絲繩張力不等，造成繩槽襯墊徑向受壓彈性變形，加劇張力不平衡；運行過程中由于受力程度的不一致，繩槽磨損也不一致，鋼絲繩每經過摩擦襯墊一次時，都承受拉伸a和壓縮b（如圖2），直徑發生變化。

可以看出，多繩摩擦提升機張力不平衡是由于鋼絲繩的彈性模量E、截面積A和長度L之間不相等造成的，且相互影響，相互作用，共同加劇鋼絲繩張力不平衡。鋼絲繩的彈性模量隨著卷繞長度、工作壽命、受拉載荷、載荷交變次數以及載荷頻率值得以增加而提高。

4 張力自動平衡裝置

玉溪礦業公司大紅山銅礦JKM4.5×6（IV）井塔式提升機鋼絲繩張力自動平衡裝置采用密閉自動連通方式，是一個能夠實現張力平衡的液壓自動平衡系統。

懸掛裝置的工作原理（如圖1）：液壓系統通過加壓泵將液壓油注入液壓自動平衡裝置油缸內，平衡裝置利用串聯方式將液壓缸連接起來，使油缸相互連通，6根鋼絲繩分別懸掛在6個液壓自動平衡裝置上，提升過程中鋼絲繩張緊或放松，從而實現調繩的目的。該液壓系統能夠實現6個油缸同步運行，滿足控制多繩摩擦提升機調繩的工作，從而使張力達到平衡。

5 存在問題

多繩摩擦提升機雖然采用了張力平衡裝置，但由于在點巡檢和日常維護檢查中，發現問題不及時，檢修維護不到位，經常會造成鋼絲繩張力差超限，鋼絲繩出現斷絲、松繩現象（圖3）從而導致鋼絲繩失效。其原因主要有以下幾個方面：

（1）摩擦襯墊的磨損量不一，繩槽直徑的差異，造成張力不一致。

（2）平衡油缸在每次提升過程中的液壓油的壓力不可能完全一致，張力始終處于不平衡到平衡這樣一個周而復始的過程，從而造成張力不一致。

（3）箕斗提升過程中的擺動，也會造成張力不平衡。

（4）由于該豎井為回風井，井筒內溫差和濕度大（濕度大于90），形成冷凝水附在鋼絲繩上，其銹蝕程度、伸長的長度也不相同，也會造成張力不一致。

（5）鋼絲繩制造時不可能保證每根鋼絲繩質量、材質完全一致，使用過程中磨損、斷絲也不可能完全相同，也會造成張力不平衡。

6 消除張力不平衡方法

（1）選擇優質的摩擦襯墊。摩擦襯墊應當具有高強度、耐磨性好、較高的摩擦系數，彈性好等特點。

（2）選擇性能好的鋼絲繩，包括整繩的破斷拉力，單絲抗拉強度，單絲扭轉和反復彎曲等符合檢驗規范要求。采用同期生產的同一幾何參數和機械性能的鋼絲繩。

（3）微小的繩槽直徑變化都會產生較大的張力差，加劇繩槽的磨損。《金屬非金屬礦山安全規程》（GB16423-2006）6.3.3.15……對主導輪和導向輪的摩擦襯墊，應視其磨損情況及時車削繩槽。繩槽直徑差應不大于0.8mm。襯墊磨損達2/3，應及時更換。

（4）定期檢查油缸的使用情況，檢查油管接頭、油管部位是否有滲漏現象，發現問題及時處理。

（5）改善礦井通風條件，加強對井筒設施的檢查和維修工作，定期加強對罐道、罐道繩、罐耳的檢查和防腐工作，做好潤滑保養工作。

（6）完善鋼絲繩張力差監測系統，及時預報預警。

7 結束語

通過上述分析可以看出，多繩摩擦提升機張力不平衡不是單一原因造成的，它與鋼絲繩的彈性模量、截面積、懸掛長度等有直接的關系，它們相互影響、相互作用，加劇鋼絲繩張力的不平衡。在今后礦山提升系統實際使用過程中，還要不斷探索和分析，總結經驗和不足，通過有效的管理手段，不斷消除張力不平衡的問題，延長鋼絲繩的使用壽命，確保礦山提升系統的安全運行。

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