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斜井提升機鋼絲繩防松問(wèn)題分析
發(fā)布時(shí)間：
2024-02-20
來(lái)源：
介紹了斜井提升機的工作原理，從設備運行、制造兩方面分析了引起鋼絲繩松繩的原因，從制動(dòng)減速度的控制、鋼絲繩排繩、鋼絲繩防松預警、鋼絲繩脫槽防護等角度，探討鋼絲繩松繩防護措施，提出主動(dòng)預警與主動(dòng)防護的方案，給同類(lèi)斜面式鋼絲繩牽引裝置的鋼絲繩防松設計提供了多種思路。
在礦山斜井提升中，提升容器在斜坡軌道重載上行運行，在緊急制動(dòng)或者在軌道變坡點(diǎn)前后，提升容器受慣性影響，繼續沿斜面軌道上行，這極易引起系統中提升鋼絲繩松繩；提升容器在斜坡軌道下行運行，受到卡阻或者在變坡點(diǎn)前后，也易引起提升鋼絲繩松繩，提升容器處于無(wú)牽引狀態(tài)，給系統造成危害。筆者結合提升容器運行工況以及設備自身狀況，探討提升鋼絲繩松繩原因，提出預警及預防措施，防止事故發(fā)生。
1 斜井提升機工作原理
斜井提升機系統主要由提升主機、提升鋼絲繩、天輪裝置、提升容器、制動(dòng)系統及控制系統等組成，其工作原理如圖1所示。鋼絲繩一端固定在卷筒上，另一端經(jīng)過(guò)天輪裝置與提升容器相連。電動(dòng)機作為動(dòng)力源，經(jīng)過(guò)減速器傳動(dòng)，帶動(dòng)卷筒運轉，從而纏繞鋼絲繩。鋼絲繩帶動(dòng)提升容器在斜坡軌道上運行，制動(dòng)系統控制提升機在井底或井口停車(chē)位置的制動(dòng)，達到提升物料目的。
1.提升容器 2.斜坡軌道 3.提升鋼絲繩 4.天輪裝置 5.提升主機 6.制動(dòng)裝置 7.控制系統
2 鋼絲繩松繩原因分析
設備在運行過(guò)程中，引起鋼絲繩松繩的因素比較多，筆者從提升設備運行使用及制造兩方面進(jìn)行逐一分析。
2.1 從設備運行使用方面分析
（1）《煤礦安全規程》第427 條（一）中規定，各類(lèi)提升機的制動(dòng)裝置發(fā)生作用時(shí)，提升系統的安全制動(dòng)減速度必須符合表1 的要求。
表1 提升系統安全制動(dòng)減速度規定值
表1 中，自然減速度:Ac＝g（sinθ＋fcosθ），式中：g 為重力加速度，m/s2；θ 為井巷傾角，（°）；f為繩端載荷的運行阻力系數，一般取 0.010～0.015。重載提升物料時(shí)，鋼絲繩在卷筒上纏繞，帶動(dòng)提升容器上行，減速時(shí)，由于制動(dòng)力過(guò)大，導致制動(dòng)減速度過(guò)大，超出了安全規程的要求值，造成卷筒的轉動(dòng)速度降幅較快，從而影響鋼絲繩的纏繞線(xiàn)速度。在高速慣性的作用下，提升容器的運行速度大于鋼絲繩的纏繞速度，使得鋼絲繩發(fā)生松繩。
（2）在斜井長(cháng)距離提升時(shí)，安全規程規定斜井提升鋼絲繩可以纏繞3 層。鋼絲繩在卷筒上進(jìn)行多層纏繞，當纏繩混亂時(shí)，易出現鋼絲繩線(xiàn)速度與容器運行速度不匹配的情況，引起鋼絲繩松動(dòng)。
（3）斜坡軌道不平整或存在障礙時(shí)，提升容器下放受阻，造成鋼絲繩線(xiàn)速度與容器運行速度不匹配，引起鋼絲繩松動(dòng)。
2.2 從設備制造方面分析
（1）卷筒圓度超標。當其超標時(shí)，鋼絲繩在卷筒上高速纏繞時(shí)，鋼絲繩上下跳動(dòng)過(guò)大，影響鋼絲繩在卷筒繩槽的纏繞以及容器在軌道上的運行，極易引起鋼絲繩從天輪輪槽中跳出，造成鋼絲繩松動(dòng)，引起事故。
（2）通過(guò)天輪的鋼絲繩與天輪輪緣的高差不滿(mǎn)足安全規程的要求。規程要求高差不得小于鋼絲繩直徑的1.5 倍，否則鋼絲繩易從天輪輪槽中跳出，造成鋼絲繩松動(dòng)，引起事故。
3 鋼絲繩松繩防護措施
根據上述分析，結合實(shí)際使用情況，筆者主要從制動(dòng)減速度的控制、鋼絲繩排繩、鋼絲繩防松預警監測、鋼絲繩脫槽防護等角度，探討分析鋼絲繩松繩防護措施。
3.1 控制制動(dòng)減速度
《煤礦安全規程》第 426 條（三）中規定：對質(zhì)量模數較小的提升機，上提重載保險閘的制動(dòng)減速度超過(guò)本規程規定值時(shí)，K 值可以適當降低，但不得小于 2。
K 值為制動(dòng)裝置產(chǎn)生的制動(dòng)力矩與實(shí)際提升最大載荷旋轉力矩之比，簡(jiǎn)稱(chēng)制動(dòng)力矩倍數。制動(dòng)減速度a 與制動(dòng)力矩倍數 K 的關(guān)系如下。
重物上提工況時(shí)，
重物下放工況時(shí)，
式中：ΣM 為旋轉部分的變位質(zhì)量，kg；m 為系統直線(xiàn)運動(dòng)部分質(zhì)量，kg。
對于選型已經(jīng)確定了的礦井或已建成的礦井，提升機規格、提升容器、鋼絲繩、載荷量、巷道傾角等參數已經(jīng)確定了，具體到式（1）、（2）來(lái)說(shuō)，A、θ、f為已知值，可根據上述公式調整 K 值，使制動(dòng)減速度滿(mǎn)足規程要求。具體可以按照以下兩種方法實(shí)施：
（1）調整實(shí)際提升載荷以改變 K 值，從而獲得合適的制動(dòng)減速度；
（2）采用可變力矩液壓站，根據上提、下放不同工況，分別設定不同的制動(dòng)油壓，以實(shí)現制動(dòng)力矩的控制調整，從而獲得與上提、下放工況相匹配的制動(dòng)減速度。
3.2 鋼絲繩排繩
為防止鋼絲繩在卷筒上纏繞時(shí)出現混亂，可以從主動(dòng)引導鋼絲繩有序排列、進(jìn)行事前預防的角度考慮，也可以對排繩混亂進(jìn)行監測并施行相關(guān)干預，采取適當的措施預防事故發(fā)生。
（1）設計一種排繩裝置，引導鋼絲繩進(jìn)行有序纏繞。排繩裝置的工作原理如圖2 所示。排繩器安裝在排繩裝置的絲杠和導桿上，引導鋼絲繩在卷筒上有序排列，并沿導桿進(jìn)行軸向移動(dòng)。絲杠的上螺距與卷筒繩槽的節距一致，在導輪 a、b 的帶動(dòng)下，絲杠的轉速與卷筒的轉速保持一致，卷筒轉動(dòng)一周，排繩器在絲杠上移動(dòng)一個(gè)螺距。在排繩器的引導下，鋼絲繩將順利且有序地纏繞，防止鋼絲繩脫槽，避免發(fā)生事故。
圖2 排繩器的工作原理 1.導輪 a 2.導輪 b 3.排繩器 4.鋼絲繩 5.導桿 6.絲杠 7.卷筒
（2）設計鋼絲繩排繩監測裝置，當排繩混亂時(shí)，提前預警。如圖3 所示，排繩監測裝置位于鋼絲繩下方，當排繩混亂時(shí)，會(huì )觸碰監測裝置的傳感器并發(fā)出信號，控制系統接收到信號后，可及時(shí)進(jìn)行安全制動(dòng)，避免發(fā)生事故。
圖3 鋼絲繩排繩監測裝置1.卷筒 2.鋼絲繩 3.排繩監測裝置
3.3 鋼絲繩松繩預防
鋼絲繩松繩極易造成排繩混亂，引發(fā)事故。對于鋼絲繩松繩的預防，可以從鋼絲繩受力狀態(tài)的變化和位置狀態(tài)的變化兩方面考慮。當上述狀態(tài)發(fā)生變化并達到預警值時(shí)，控制系統得到信號并及時(shí)采取安全措施，預防事故發(fā)生。
（1）設置鋼絲繩拉力監測裝置，如圖4 所示。當提升鋼絲繩拉力小于預設值時(shí)，拉力監測裝置提前預警。在天輪軸上設置測力銷(xiāo)，當發(fā)生松繩時(shí)，滑輪軸受力減小，測力銷(xiāo)中的傳感器輸出值發(fā)生變化，并將信號傳送到控制系統，當超出系統設定的范圍后，控制系統發(fā)出制動(dòng)指令，系統進(jìn)行及時(shí)安全制動(dòng)，防止事故發(fā)生。
圖4 鋼絲繩拉力監測裝置1.卷筒 2.鋼絲繩 3.天輪 4.測力銷(xiāo)
（2）設置鋼絲繩防松保護裝置，如圖5 所示。當鋼絲繩發(fā)生松弛時(shí)，觸壓防松裝置中的張緊繩，使防松裝置中的觸碰裝置與行程開(kāi)關(guān)分離，觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)發(fā)出信號，信號并入 PLC 控制系統，使系統采取安全措施，進(jìn)而避免事故發(fā)生。
圖5 鋼絲繩防松保護裝置1.鋼絲繩 2.防松裝置 3.行程開(kāi)關(guān)
4 結語(yǔ)
分析了斜井提升機鋼絲繩松繩原因，提出了被動(dòng)監測到主動(dòng)防護的措施，給同類(lèi)斜坡式鋼絲繩牽引裝置的鋼絲繩防松設計提供了多種思路，為今后鋼絲繩牽引斜面提升系統的安全運行提供指導。
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