礦井提升機制動液壓系統的設計及特性研究

郝強強

（山西焦煤集團嵐縣正利煤業有限公司，山西 呂梁 033000）

隨著對礦井的不斷開采，礦井設備也在不斷增多，其中，多繩摩擦式的提升機設備被大力用作礦井的提升裝置，用以運輸礦物材料以及工作人員。多繩摩擦式提升機是利用設備上的鋼絲繩以及滾筒之間產生的滑動摩擦力來達到提升物體的目的。由于鋼絲繩在使用中經常摩擦，我國的礦井安全規程中有相關規定，在這種提升機設備上鋼絲繩的首繩需要兩年更換一次，尾繩需要4年更換一次，保證設備的安全運行，減少開采事故的發生。傳統的換繩工藝速度較慢，會產生新舊繩纏繞等問題，因此，使用一種高效率的、高安全性的換繩裝置并且保證提升機的安全工作是十分重要的，可以極大地保證開采工作的正常運行。

1 礦井概況

正利礦在礦井開采過程中使用型號為JKM2.3 的多摩擦式提升機設備。配套使用了直徑24mm的鋼絲繩，鋼絲繩為順時針2根逆時針2根互捻的形式。該產品自使用以來進行過8次鋼絲繩的更換工作，使用過多種換繩方式。但是在工作過程中，由于換繩時的操作失誤或者設備管理不當，造成了鋼絲銹蝕、新舊繩扭死[2]等問題，使得剛換好的新繩產生損傷，嚴重影響了鋼絲繩的使用壽命。針對這一問題，需要一種安全、高效、簡潔、操作簡單以及可靠性強的換繩裝置并配有相應的液壓制動裝置來解決這一問題。

2 換繩技術

目前國內主要存在的換繩方式有以下幾種方式：

(1)通過絞車[3]進行幫助來實現換繩操作，利用大量的絞車來收取舊的鋼絲繩，放下新的鋼絲繩，這種方式在實現換繩的同時，還需要人工輔助來實現繩索的更換。不僅費時費力，而且占用大量空間、人力、物力和財力，換繩需要的時間也很長，嚴重影響工作效率。

(2)將新的鋼絲繩進入提升機系統與舊的鋼絲繩退出提升機系統同時進行，在礦井井口的位置將舊繩裁斷，然后將新的鋼絲繩與舊的鋼絲繩連接在一起，通過設備將新繩帶入提升機中，同時舊繩從工作系統中退出并回收，這種方式操作較為簡單，占用的場地也不多，但同時換繩耗費的時間也較長，沒有相應的設施給予保障，具有極大的風險。

(3)采用換繩裝置進行換繩，只需要將新繩裝在機器開頭，將舊繩作為牽引一方來牽引新繩進行過渡，最后再用新繩牽引舊繩脫離繩槽進而完成更換工作。這種方式不用其他別的方式來進行輔助，操作簡單，安全可靠，占地面積小，節省了許多資源，提升了礦井開采效率。

3 提升機裝置

3.1 換繩裝置

首先需要有防跑繩裝置的存在，防跑繩裝置[3]主要是依靠彈簧、導繩部件、楔形塊以及摩擦塊實現鎖繩功能，在進行換繩的過程中，如果鋼絲繩的速度超過了閾值，或者發生故障，裝置就會啟動用彈簧推動楔形塊以及摩擦塊前移，進而鎖住鋼絲繩，防止鋼絲繩脫落，起到安全保護的作用。而在沒有問題的情況下，液壓裝置會推開楔形塊，打開通道，使得鋼絲繩正常通過。防跑繩裝置的結構簡圖如圖1所示。

整體的換繩裝置如圖2 所示，在進行換繩工作之前，需要打好裝置的地基，將新繩滾筒、防跑繩裝置、車軌裝置、送繩油缸、步進移動小車以及導向輪固定在地基上；用新的鋼絲繩依次穿過滾筒、防跑繩裝置、小車以及導向輪；之后要用鋼絲繩卡來連接新舊鋼絲繩，進而整個換繩工作的準備階段大致結束。

圖2 換繩裝置

接下來的換繩具體操作步驟為：首先將兩個罐籠在井口位置和井下位置分別放置，對置于井口以及井下位置的罐籠做穿繩的工作，同時對這兩個罐籠進行固定，在置于井下的罐籠的上方設置分繩器[4]，進行分繩工作，之后將需要更換的舊鋼絲繩與準備更換的新的鋼絲繩連接在一起，實際操作為，先將新的鋼絲繩放置在換繩裝置上，之后使用鋼絲繩卡將新的鋼絲繩與舊的鋼絲繩連接在一起。再實施舊鋼絲繩的裁剪，先放出1m左右的新繩，然后在進口位置罐籠位置的鋼絲繩進行裁割，這種措施可以有效預防鋼絲繩松弛所帶來的安全問題，保證了裁割工作的安全性。在新的鋼絲繩下放的任務完成之后，將舊的鋼絲繩從罐籠之中分離出來，然后將位于絞車上的盤閘給打開，在絞車沒有其他工作運行的情況下，再接著進行新鋼絲繩的下放工作，主要通過換繩裝置來進行完成，與此同時，還應該將舊的鋼絲繩進行收回。在進行新鋼絲繩的下放工作結束之后，在井口和井底的位置的鋼絲繩要留出1m 左右的長度用以當作繩頭。最后進行整體設備的調試，發現問題要及時解決，對相應的故障排查并改進。

3.2 液壓制動裝置

液壓制動裝置是保證提升機安全運行的一種裝置，主要負責提升機的制動部分，其中礦井中用的是恒力矩減速液壓裝置。目前的制動器多以盤形制動器為主要方式來產生制動力矩，來減緩提升機的速度。盤形制動器原理如圖3所示。

圖3 盤形制動器原理

在制動器開始工作時，會對整個裝置進行制動減速，然后盤形制動器之中的活塞會受到來自制動盤帶來的一各作用力FN,并且油缸之中的存在的液壓油也會自己產生一種作用力F2，彈簧自我互因為壓迫而產生一種作用力F1，整個裝置的阻力為FZ。受力平衡公式為：

將制動盤所受的力FN為反作用力，而制動產生的正壓力為N，N大小與FN相同，大小相同，油缸中液壓油的作用力面積記為S，液壓油的壓力記為P，可以得出N與P的平衡關系為：

恒力矩減速液壓裝置如圖4所示。

圖4 恒力矩減速液壓裝置

在工作時，先給電磁鐵通電，然后電磁換向閥[5]開始工作，將盤形制動器之中的油缸與油泵連接，通過電動機來帶動油泵工作，然后給整個系統供給油量。同時通過管道的截止閥和單向閥給恒力矩減速液壓裝置的儲能器進行油量補充。然后溢流閥開始工作，當控制信號到達開閘油壓時，制動器開閘，提升機開始工作。當溢流閥中的控制信號降到0V時，電磁換向閥換方向工作，將盤形制動器的油壓降到零，從而導致制動器開始抱閘，使得提升機停止工作直至下一次工作開始。整個裝置可以通過設置溢流閥的開閘油壓的最大值來做到一個安全閥的作用。整個液壓裝置參數見表1。

表1 液壓制動裝置主要參數

4 實際應用

將液壓制動裝置應用在實際中，從運用效果上來看，整個換繩工作從開始到結束僅僅用了5h，相比于之前的25h，極大地減少了工作時間。液壓制動裝置安裝后，提升機速度從3.5m/s降為0所需時間為6s，減速度為0.6m/s2，速度趨勢符合理想狀態。提升機速度曲線如圖5所示。

圖5 提升機速度曲線

液壓制動裝置的安裝，降低了提升機制動成本，減少了事故發生的可能性，保證了提升機運行的穩定性和安全性，為礦井安全開采提供了必要保障。

5 結論

通過對換繩裝置的具體應用及分析，得出以下結論：(1)整個換繩工作從開始到結束僅僅用了5h，相比于之前的25h，極大地減少了換繩所需要的工作時間，有利于礦井開采工作的正常運行。

(2)液壓制動裝置的安裝，提升機速度從3.5m/s降為0 所需時間為6s，減速度為0.6m/s2，符合預期效果。降低了提升機制動成本，減少了事故發生的可能性，保證了提升機運行的穩定性和安全性，對礦井的安全開采有重要意義。