礦井提升機鋼絲繩使用與維護研究

趙化，王忠臣，蔣國彬，寇磊

（中天合創(chuàng)能源有限責任公司，內蒙古 鄂爾多斯 017000）

千萬噸礦井中較多采用主立井提升方式，大載荷箕斗運輸尚未成熟，礦井提升機鋼絲繩在實際使用過程中屬于損耗性材料，其安全性在整個提升系統(tǒng)中十分重要，目前針對多繩摩擦式提升機鋼絲繩的各種載荷情況已有學者對其進行受力模擬分析以及疲勞壽命研究，為了能夠細化鋼絲繩保養(yǎng)內容，減小鋼絲繩磨損，文章以JKMΦ5×6 多繩摩擦式提升機為例，對鋼絲繩加速段受力情況進行分析計算，并提出具體的安全使用措施。

1 礦用提升機鋼絲繩分類

1.1 鋼絲繩的組成

提升鋼絲繩是若干細鋼絲捻成股，再由6 個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，纖維芯可以起到緩沖作用，而且纖維芯儲油性能良好，內部有足夠潤滑，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，結合成本等原因礦用提升機一般選用纖維芯鋼絲繩。

1.2 鋼絲繩的分類、特點及應用

（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)捻制方向用兩個字母(Z 或S身)表示。第一個字母表示鋼絲在股中服的捻制方式，第二個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鋼絲繩的使用過程中的使用數(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程中極易受力松散。

同向捻鋼絲繩優(yōu)點：鋼絲成股和股成繩時繞制方向相同，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。缺點：若不采用預變形處理，易松散和扭轉。交互捻鋼絲繩優(yōu)點：鋼絲成股和股成繩時繞制方向相反，不容易松散，相比較同向捻鋼絲繩來講不容易松散就不容易產生斷絲，在大功率摩擦式提升機使用的過程中松繩必然會導致斷絲增加。缺點：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較小，摩擦力較小，提升機在運行過程中會出現(xiàn)輕微滑繩現(xiàn)象，在這種運行條件下，對提升機鋼絲繩首繩油缸的調節(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、線、面三種接觸形式，故分為點、線、面接觸鋼絲繩。①點接觸鋼絲繩。各層鋼絲之間呈點接觸。這種鋼絲繩的繩股均用同一規(guī)格型號鋼絲捻制而成，但鋼絲間接觸應力大，特別是鋼絲繩在繞過滾筒和導向輪時，鋼絲受到二次彎曲、拉伸和橫向擠壓，受力情況復雜，鋼絲易產生滑移。鋼絲繩耐疲勞行較差，安全性較低，目前提升機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相鄰鋼絲是等捻距捻成，呈線狀態(tài)接觸，股內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，股內相對滑動較小，結構緊密，無二次彎曲現(xiàn)象，使用壽命相對較長。③面接觸鋼絲繩。面接觸鋼絲繩是由線接觸鋼絲繩發(fā)展來的，它是將線接觸鋼絲繩股進行鍛打、軋制或模拔加工，使鋼絲產生塑性變形而呈面接觸狀態(tài)。面接觸鋼絲繩具有結構緊密，表面光滑，不易變形，鋼絲間接觸面積大、剛性強和耐磨損等優(yōu)點，除無二次彎曲，三次彎曲應力也同樣較小，破斷拉力高，但是相比較線性鋼絲繩其柔韌性較差。

2 礦用提升機鋼絲繩的使用與維護

2.1 鋼絲繩使用的影響因素

（1）提升機加速段受力分析。在礦用提升機正常運行過程當中，運行軌跡分為4 段，第1 段為加速度段，在提升機開始運行后，主電機通過變頻器來進行調速，變頻器通過矢量控制將提升機加速度控制在額定數(shù)值，當在加速段主電機力矩將達到峰值，第2 段為勻速段，當提升機速度達到給定速度后將保持進行一段時間，提升機勻速運行時主電機力矩數(shù)值將保持平穩(wěn)，第3 段為減速段，提升機通過變頻器控制進行減速，在此期間制動系統(tǒng)不會產生制動力矩，主電機力矩數(shù)值將降低。第4 段為爬行段，提升容器即將到達規(guī)定位置時會以低速進行爬行，減少提升容器進入四角罐道的沖擊。提升機在加速段產生力矩峰值，而提升機產生力矩峰值的點即鋼絲繩在滾筒上受力最大點，以50T 有效載荷、滾筒及導向直徑5m、加速度0.85m/s2，具體計算如下：

①有效載荷力矩

②加速度力矩

③加速點力矩

通過計算分析出，加速點力矩為等速段力矩的1.7 倍左右，所以日常檢查與維護時，運行在加速段的鋼絲繩要進行重點檢查。

（2）制動系統(tǒng)對鋼絲繩的影響。目前礦井提升機制動系統(tǒng)多采用雙制動盤、雙液壓站、多制動單元方式，制動單元常閉，液壓松閘，并且使用多種制動方式，包括恒減速制動、恒力矩制動，提升機通過閘控系統(tǒng)、液壓站相配合，將安全制動減速度控制在1.5～5m/s2，保證在各種載荷和提升狀態(tài)下不會產生滑繩。如制動系統(tǒng)不能滿足更減速或恒力矩制動要求，減速度大于5m/s2時提升機極易產生滑繩，對于提升機鋼絲繩乃至整個提升系統(tǒng)都會產生較大影響。

（3）摩擦襯塊。目前國內提升機摩擦襯塊大多采用德國進口K25 摩擦襯塊，摩擦系數(shù)能達到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到1 根鋼絲繩直徑深度，或者沿側面磨損達到鋼絲繩直徑的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70mm。合理的繩槽尺寸，應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有向兩側分開的傾向。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

（1）潤滑與防腐。礦用提升機鋼絲繩一般采用A 級或AB 級鍍鋅鋼絲繩，繩芯采用纖維繩芯，繩芯內部存有增摩脂（戈培油）。其作用為減少鋼絲繩繩絲之間的磨損，在提升機運行過程中會受到拉伸力、扭轉力、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，在新鋼絲繩運行一段時間后，鋼絲繩出油量會加大，這時需進行及時清理，而且大多數(shù)提升機安裝在井筒較深的礦井，井筒淋水較大，因此，井筒內淋水對鋼絲繩也存在腐蝕，為防止鋼絲繩腐蝕，當纖維芯中戈培油流失較多后，應及時對鋼絲繩進行涂油。

（2）防止超載。由于立井提升系統(tǒng)較為復雜，礦井生產過程中，主立井提升機會因二次裝載、定容裝置超載等原因造成提升機超載，在超載運行期間整段鋼絲繩受力均較正常運行偏大，尤其在提升機加速段，提升機鋼絲繩受力更大，所以在運行過程中嚴防提升機超載。

（3）防止鋼絲繩脫槽。受井筒整備質量、首繩調節(jié)油缸、滾輪罐耳、摩擦襯塊等影響，提升容器在井筒內運行過程中擺動量會發(fā)生變化，受上述因素影響鋼絲繩擺動量也會發(fā)生變化，所以在日常維護中要加強首繩油缸調節(jié)，防止出現(xiàn)首繩油缸不受力等情況，而且滾輪罐耳的調節(jié)也會對鋼絲繩運行產生影響。而且受外部環(huán)境影響，鋼絲繩繩芯出油量也會發(fā)生變化，尤其在冬季溫度較低情況下，戈培油容易結塊，在運行過程中戈培油容易在繩槽內堆積，當戈培油堆積極較多時極易引發(fā)鋼絲繩脫槽，鋼絲繩脫槽會對鋼絲繩產生磨損甚至會導致鋼絲繩無法使用，所以在運行過程中要加強系統(tǒng)維護，增加鋼絲繩擺動監(jiān)測保護，防止出現(xiàn)鋼絲繩脫槽。

3 結語

總之，鋼絲繩在使用過程中受多方面因素影響，要根據(jù)每個影響因素制定相應的維護措施或檢修方案，在檢修期間，一定要做好鋼絲繩的合理使用，消除安全隱患，注重提升過程中的重點環(huán)節(jié)，對于提升機加速段鋼絲繩要加強檢查，防止出現(xiàn)提升運輸事故，延長鋼絲繩使用壽命，提高系統(tǒng)運行可靠性。