矿用双钩提升机最大静张力差工况点分析

郭 媛，马峻峰，成高飞，王亚娟，张继军

(1.陕西能源职业技术学院，陕西 咸阳 712000；2.华北科技学院，河北 三河 065201；3.陕西煤监局安全技术中心，陕西 西安 710001)

0 引言

近年来，矿用提升机在高效、大型化、自动化技术等方面取得了飞速的发展。一些大型煤矿使用的先进的摩擦式提升机运行速度已达到20～25 m/s，单次提升量可达50 t[1]。目前，在煤矿中使用较多的双钩提升机有缠绕式和摩擦式两种，为了保证提升机的正常运行，需要定期对其进行检测。《煤矿安全规程》规定，双钩提升机制动力矩与实际提升最大静载荷旋转力矩之比要大于3[2]，而比值大于3的前提是进行制动力矩的测试。又因为这两种提升机平衡尾绳部分、双钩部分的挂载情况不同，导致了很难进行其最大静张力差的分析与计算，无法准确计算出提升机最大制动力矩，进而影响现场检测的效果。为此，分析两种双钩提升机最大静张力差工况点，可以为后续分析计算提供依据，进而确保检测的准确性和提升机的安全运行。

1 双钩提升机结构及运输原理

双钩提升机由提升滚筒、提升容器、提升钢丝绳、提升拖动控制系统、井架(井塔)、天轮及装卸设备等组成[3-5]，仅在提升容器上与单钩提升机不同。图1为煤矿常用的3种双钩提升机简图。

图1 3种常用双钩提升机简图

图1(a)为缠绕式双滚筒提升机。这种提升机的主导轮为滚筒式结构，提升钢丝绳反向缠绕在提升机的两个主导轮上，随着主导轮的旋转，一端荷载上升，同时另一端荷载下降，从而实现提升过程。

图1(b)为落地式摩擦提升机。其提升钢丝绳绕过主导轮，分别在钢丝绳两个末端连接提升容器，通过主导轮摩擦衬垫的摩擦力作用，实现主导轮旋转时提升容器的上下运输。与缠绕式不同的是，该提升机需安装尾绳(图1(b)中虚线)以达到运输时的平衡。

图1(c)为塔式摩擦提升机。其工作原理与摩擦落地式大致相同，区别主要在于该提升机的主导轮位于整个提升系统的最上端。

2 最大静张力差工况点分析

最大静张力差是指提升机在静止状态下，双钩提升机一边承载的最大重量减去另一边承载的最小重量的差值[6-8]。双钩两边的重量差包括提升钢丝绳最大重量差，提升容器最大重量差与载重最大重量差，这3部分的差值之和即为提升机最大静张力差的值，其值最大时所处状态即为提升机最大静张力产生的工况点。将单钩提升机的最大制动力矩作为测试的最小参照值，其值为其最大静张力差乘以3再乘以距离；将双钩提升机最大制动力矩作为测试的最小参照值，其值为最大静张力差乘以3再乘以距离。双钩提升容器可分为提升容器自重相等、提升容器自重不等、一端为容器另一端为配重[9-11]；因提升机提升容器不同，双钩提升机的最大静张力差产生的工况点也就不同。现对各类不同条件下、不同提升容器的双钩提升机最大静张力差工况点进行分析。由于斜井双钩提升机只需要在立井双钩提升机的基础上进行力的分解，因此，本文选取立井双钩提升机作为研究对象。

2.1 缠绕式双滚筒提升机

提升容器自重相等：缠绕式双滚筒提升机容器差值在任何工况下均为0。载荷最大差值可确立为一容器为最大载荷、另一容器为空载工况，其载荷差值为最大；钢丝绳最大重量差可假定为一端运行距离最长，而另一端运行距离最短，此工况下钢丝绳重量差最大。当一容器最大载重并静止于井底时，其所在钢丝绳端的钢丝绳最大悬长重量、提升载重之和减去另一侧容器空载并置于地面时的钢丝绳悬垂重量，所得差值即为该提升机最大静张力差，该值所在工况即为该提升机最大静张力产生最大工况点。

提升容器自重不等：对于自重不等的情况，可类比提升容器自重相等时的分析方法。即当自重较大的容器满载并置于井底静止状态，而自重较轻的容器空载并处于井口静止状态时，即为该提升机最大静张力差工况点。

一端为容器另一端为配重：根据对提升容器相等和不等时的分析可知，当双钩提升一端为容器，另一端为配重时，有可能出现两种情况。①配重端钢丝绳悬垂最大，其所在端与钢丝绳自重的和减去放置于井口位置的空载容器的重量差，差值记为a；②配重端处于井口位置，容器满载并处于井底位置时，钢丝绳两端的差值记为b。比较a值与b值的大小，所得大值即为提升机最大静张力差，且产生该差值的状态即为最大静张力差工况点。

2.2 落地摩擦式提升机

提升容器自重相等：摩擦式提升机有尾绳平衡系统，要格外注意。由于提升容器自重差为0，所以其最大静张力差产生的工况点依然是两端钢丝绳差值与载荷差值，而由于摩擦式提升机尾绳平衡系统的存在，在计算分析最大静张力产生的工况点时，需考虑尾绳平衡系统的影响。按照尾绳每米重量与主绳每米重量的不同，可分为以下3种情况。①尾绳每米重量大于主绳每米重量时，尾绳平衡系统为重尾绳提升系统；其最大静张力差产生工况点为任意一个容器满载并置于井口位置，而另一个容器空载并置于井底位置时的工况点；②尾绳每米重量小于主绳每米重量时，尾绳平衡系统为轻尾绳系统；其最大静张力差产生工况点为一容器满载并处于井底位置，而另一容器空载处于井口位置时的工况点；③尾绳与主绳每米重量相差3%以内时，可视为等尾绳提升系统；当一容器满载，另一容器空载，而双容器放置于井巷的任意位置时，即为其最大静张力差产生的工况点。

提升容器自重不等：①尾绳每米重量大于主绳每米重量时，为重尾绳提升系统；其最大静张力差产生工况点为当自重较大容器满载并置于井口位置，而自重较轻的容器空载并置于井底位置时的工况点；②尾绳每米重量小于主绳每米重量时，为轻尾绳系统；其最大静张力差产生工况点为自重较大容器满载并处于井底位置，而自重较轻的容器空载处于井口位置时的工况点；③尾绳与主绳每米重量相差3%以内时，视为等尾绳提升系统；自重较大容器满载并静置于运行井巷的任意位置，而自重较轻的容器空载并静置于井巷的任意位置时的工况点，即为其最大静张力差产生工况点。

一端为容器另一端为配重：①尾绳每米重量大于主绳每米重量。其最大静张力差工况点可分为两种情况，即配重自重大于容器自重和配重小于容器自重。配重自重大于容器自重时，将配重置于井口而空容器置于井底时，钢丝绳两端载荷差值记为c；将配重置于井底而容器满载置于井口时，钢丝绳两端载荷差记为d；比较c与d值的大小，所得大者即为最大静张力差。配重小于容器自重时，容器满载并静置于井口，而配重静置于井底的状态便为其最大静张力产生工况点；②尾绳每米重量小于主绳每米重量。其最大静张力差工况点也分为两种情况，即配重自重大于容器自重和配重小于容器自重。配重自重大于容器自重时，将配重置于井底而空容器置于井口时，钢丝绳两端载荷的差值记为e；将配重置于井口而容器满载置于井底时，钢丝绳两端载荷的差值记为f；比较e与f值的大小，大者即为最大静张力差工况点。配重小于容器自重时，容器满载并静置于井底而配重静置于井口时的状态，即为其最大静张力产生工况点；③尾绳与主绳每米重量相差3%以内时，将配重置于井巷任意位置而空容器也静置于井巷任意位置时，钢丝绳两端载荷差值记为g；将配重置于井巷任意位置而容器满载也静置于井巷任意位置时，钢丝绳两端载荷差值记为h；比较g与h值的大小，大者即为最大静张力差。

综上，分别介绍了缠绕式双钩提升机与落地摩擦式提升机最大静张力差产生的几种工况。塔式摩擦提升机与落地摩擦提升机最大静张力产生的原理基本相同，可参考上述过程进行相应分析。

3 结语

双钩提升机最大静张力差的计算不但是衡量该提升机的物理剪切力的一个重要指标，亦是提升机制动力检测检验时的一个重要参数。矿用双钩提升机提升钢丝绳两端的提升设备不尽相同，通过上述的几种示例分析，可以为最大静张力差工况点的有效确定提供一定参考。