多绳摩擦提升机钢丝绳张力不平衡问题探研

李树林

摘 要：多绳摩擦提升机由于结构紧凑，深井提升适应性强，安全系数高，在矿山广泛得到应用。文章以大红山铜矿箕斗竖井出现钢丝绳断丝、变形、松绳为例，分析多绳摩擦提升机张力不平衡形成的原因，提出消除钢丝绳张力不平衡方法，延长钢丝绳的使用寿命。

关键词：多绳摩擦提升机；张力不平衡；问题；方法

中图分类号：TD534 文献标志码：A 文章编号：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

多绳摩擦提升机是依靠钢丝绳与衬垫之间摩擦力来传递动力的，它承担着钢丝绳的重量、提升容器的重量、人员及物料重量、平衡尾绳重量以及在运行中出现的各种动载荷与冲击载荷。摩擦衬垫的性能及工况直接关系到提升机的工作能力、工作效率和安全可靠性，因此摩擦衬垫是多绳提升机的重要部件。钢丝绳的张力不均匀就会造成衬垫的磨损，钢丝绳寿命降低，甚至造成提升容器倾斜、卡罐、断绳等重大事故。《金属非金属矿山安全规程》（GB16423-2006）规定：6.3.3.15 运转中的多绳摩擦提升机，应每周检查一次首绳的张力，若各绳张力反弹波时间差超过10%，应进行调绳。6.3.4.8钢丝绳的钢丝有变黑、锈皮、点蚀麻坑等损伤时，不应用于升降人员。钢丝绳锈蚀严重，或点蚀麻坑形成沟纹，或外层钢丝松动时，不论断丝数多少或绳径是否变化，应立即更换。6.3.4.9多绳摩擦提升机的首绳，使用中发现有一根不合格的，应全部更换。

玉溪矿业公司大红山铜矿2016年9月26日投运的箕斗竖井，为井塔式多绳摩擦提升机，共有6根首绳。采用徐州煤矿安全设备厂生产的张力平衡首绳悬挂装置（如图1）。

主要技术参数： 提升机规格：JKM4.5×6（IV）井塔式提升机；导向轮直径：3600mm；提升方式：双箕斗提升；箕斗规格：15m3底卸式箕斗；箕斗自重：23550kg（不包括辅助设施）；箕斗有效载重量：27000kg，核定实际载荷24000kg；提升机钢丝绳规格：6×K36WS+FC，Φ44，1670N/mm2，1220kN；提升绳数量：6根；提升绳间距：300mm；提升绳长度：1050m；平衡尾绳规格：ZAAΦ52-35（W）×7-1670，1630kN；平衡尾绳数量：4根；平衡尾绳间距：500mm；平衡尾绳长度：1040m；罐道形式：钢丝绳罐道，罐道绳数量8根（左右捻向各4根）；提升高度：951m；最大提升速度：12.7m/s；最大不平衡载荷：40t。为保障提升安全，有必要对钢丝绳张力不平衡的问题进行分析，找出消除张力不平衡的方法。

2 张力不平衡的理论

根据虎克定律，钢丝绳的伸长量△L=FL/EA，其中：F为钢丝绳承受的拉力；L为钢丝绳悬挂长度；E为钢丝绳弹性模量；A为钢丝绳截面面积。

6绳摩擦提升绳，若受力一致，则：

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

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

式中：Qt為悬挂载荷；令Ki=EiAi得：Fi=KiQi/（K1+K2+K3+K4+K5+K6）

从公式可以看出，钢丝绳作为受拉柔性构件，当绕过卷筒时钢丝绳出现附加的压应力和弯曲应力，其状态极其复杂。提升钢丝绳的载荷、弹性模量、截面积、悬挂长度都影响钢丝绳之间的张力差（表1）。钢丝绳的弹性模量与其结构、新旧程度、钢丝绳长短及钢丝绳受力大小有关。

3 张力不平衡产生的原因

（1）从表1可以看出，钢丝绳的弹性模量是存在差异的，绳股与绳股以及股内丝与丝之间的密实程度，很难保证绝对一致。新钢丝绳的弹性大，随拉力的增减而伸缩，在使用初期弹性特别大，随着使用时间的增加，弹性逐渐减小，直到钢丝绳破断之前为止，是一个动态变化的过程。

（2）钢丝绳处于水平或倾斜位置时，由于其自重与集中载荷作用的影响，扰度的变化也影响其弹性性能。

（3）更换新钢丝绳在长度上不可能绝对一致，存在长度误差。

（4）钢丝绳加工直径上的误差，经过摩擦轮旋转后，将引起钢丝绳不同步而出现长度上的偏差。

（5）摩擦衬垫的直径不可能完全一致。一是车削过程中的误差；二是提升钢丝绳张力不等，造成绳槽衬垫径向受压弹性变形，加剧张力不平衡；运行过程中由于受力程度的不一致，绳槽磨损也不一致，钢丝绳每经过摩擦衬垫一次时，都承受拉伸a和压缩b（如图2），直径发生变化。

可以看出，多绳摩擦提升机张力不平衡是由于钢丝绳的弹性模量E、截面积A和长度L之间不相等造成的，且相互影响，相互作用，共同加剧钢丝绳张力不平衡。钢丝绳的弹性模量随着卷绕长度、工作寿命、受拉载荷、载荷交变次数以及载荷频率值得以增加而提高。

4 张力自动平衡装置

玉溪矿业公司大红山铜矿JKM4.5×6（IV）井塔式提升机钢丝绳张力自动平衡装置采用密闭自动连通方式，是一个能够实现张力平衡的液压自动平衡系统。

悬挂装置的工作原理（如图1）：液压系统通过加压泵将液压油注入液压自动平衡装置油缸内，平衡装置利用串联方式将液压缸连接起来，使油缸相互连通，6根钢丝绳分别悬挂在6个液压自动平衡装置上，提升过程中钢丝绳张紧或放松，从而实现调绳的目的。该液压系统能够实现6个油缸同步运行，满足控制多绳摩擦提升机调绳的工作，从而使张力达到平衡。

5 存在问题

多绳摩擦提升机虽然采用了张力平衡装置，但由于在点巡检和日常维护检查中，发现问题不及时，检修维护不到位，经常会造成钢丝绳张力差超限，钢丝绳出现断丝、松绳现象（图3）从而导致钢丝绳失效。其原因主要有以下几个方面：

（1）摩擦衬垫的磨损量不一，绳槽直径的差异，造成张力不一致。

（2）平衡油缸在每次提升过程中的液压油的压力不可能完全一致，张力始终处于不平衡到平衡这样一个周而复始的过程，从而造成张力不一致。

（3）箕斗提升过程中的摆动，也会造成张力不平衡。

（4）由于该竖井为回风井，井筒内温差和湿度大（湿度大于90），形成冷凝水附在鋼丝绳上，其锈蚀程度、伸长的长度也不相同，也会造成张力不一致。

（5）钢丝绳制造时不可能保证每根钢丝绳质量、材质完全一致，使用过程中磨损、断丝也不可能完全相同，也会造成张力不平衡。

6 消除张力不平衡方法

（1）选择优质的摩擦衬垫。摩擦衬垫应当具有高强度、耐磨性好、较高的摩擦系数，弹性好等特点。

（2）选择性能好的钢丝绳，包括整绳的破断拉力，单丝抗拉强度，单丝扭转和反复弯曲等符合检验规范要求。采用同期生产的同一几何参数和机械性能的钢丝绳。

（3）微小的绳槽直径变化都会产生较大的张力差，加剧绳槽的磨损。《金属非金属矿山安全规程》（GB16423-2006）6.3.3.15……对主导轮和导向轮的摩擦衬垫，应视其磨损情况及时车削绳槽。绳槽直径差应不大于0.8mm。衬垫磨损达2/3，应及时更换。

（4）定期检查油缸的使用情况，检查油管接头、油管部位是否有渗漏现象，发现问题及时处理。

（5）改善矿井通风条件，加强对井筒设施的检查和维修工作，定期加强对罐道、罐道绳、罐耳的检查和防腐工作，做好润滑保养工作。

（6）完善钢丝绳张力差监测系统，及时预报预警。

7 结束语

通过上述分析可以看出，多绳摩擦提升机张力不平衡不是单一原因造成的，它与钢丝绳的弹性模量、截面积、悬挂长度等有直接的关系，它们相互影响、相互作用，加剧钢丝绳张力的不平衡。在今后矿山提升系统实际使用过程中，还要不断探索和分析，总结经验和不足，通过有效的管理手段，不断消除张力不平衡的问题，延长钢丝绳的使用寿命，确保矿山提升系统的安全运行。

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