斜井提升机钢丝绳松绳原因分析及其预防措施研究

2023-01-26李正汉

机械管理开发 2022年11期

李正汉

（中国平煤神马集团平煤股份二矿，河南平顶山 467000）

引言

矿井斜井提升机主要用于重载运行，提升容器整体质量较大，因此在上行过程中一旦出现紧急制动或者轨道变坡等情况，其很容易在惯性的影响下无法及时改变状态，导致上行距离超出预期，造成钢丝绳松绳；下行过程中因过大的惯性导致下行距离超出预期，造成钢丝绳松绳。钢丝绳松绳会导致提升容器无牵引力作用，运行方向难以控制，给系统带来破坏。本文对提升容器自身结构以及不同工况下的实际运行情况进行综合分析，总结出钢丝绳松动的影响因素，以此为依据制定合理的解决方案，降低此类事故发生的概率。

1 斜井提升机工作原理

斜井提升机的主要组成部分包括提升主机、提升钢丝绳、天轮装置、提升容器、制动系统和控制系统等，斜井提升机的工作原理如图1 所示。钢丝绳的两端分别与提升容器以及提升主机相连接，通过天轮装置起到限位导向的作用。电动机负责提供提升容器所需的牵引力，经过减速器降速带动外层卷筒运转，确保提升容器能在钢丝绳的作用下沿轨道上升，控制系统和制动装置用于提升设备工况的控制，确保物料能够被准确运输至指定位置。

图1 斜井提升机工作原理

2 钢丝绳松绳原因分析

2.1 从设备运行使用方面分析

1）依照《煤矿安全规程》中的相关内容[1-2]，根据矿井倾角的不同，提升设备制动装置的减速度参数应当满足以下要求，提升系统安全制动减速度规定值如表1 所示。

表1 提升系统安全制动减速度规定值

表1 中，自然减速度公式为：

式中：g 为重力加速度，m/s2；θ 为井巷倾角，（°）；f 为绳端载荷的运行阻力系数，一般取0.010～0.015。

重载状态下，通过滚筒的转动带动钢丝绳不断缠绕提升物料，由于提升容器质量过大，减速过程中所需制动力较大，过大的制动力会导致卷筒转动速度减小超出安全规程规定要求，钢丝绳的缠绕速度难以跟上卷筒的转动速度，造成钢丝绳出现松绳现象。

2）长距离提升过程中。为了确保牵引力充足以及提升过程稳定可靠，通常在卷筒上缠绕3 层钢丝绳。由于不同钢丝绳之间的速度难以保持完全一致，因此提升过程中很容易出现钢丝绳线速度和卷筒转速不协调，导致速度较慢的钢丝绳出现松动现象。

2.2 从设备制造方面分析

1）卷筒圆度超标。圆度误差是卷筒形状的评价参数，如果圆度误差不符合相关标准，就会导致运行过程中，钢丝绳沿卷筒持续跳动，使得钢丝绳极易从轮槽中跳出，造成钢丝绳出现松动。

2）天轮轮槽的深度不符合相关要求，会导致使用过程中钢丝绳由于跳动现象极易从轮槽中跳出，导致钢丝绳出现松动现象。因此制造过程中轮槽深度不得小于钢丝绳直径的1.5 倍[3]。

3 钢丝绳松绳防护措施

针对上述问题，本文从制动减速度参数设置、钢丝绳缠绕数量、松动报警设置以及轮槽加工制造等方面提出针对钢丝绳的防松措施。

3.1 钢丝绳排绳

为了避免多排钢丝绳在卷筒转动过程中出现缠绕混乱现象，可以通过事前引导的方式确保缠绕过程中钢丝绳的有序排布，也可以通过监测系统，在钢丝绳排布混乱时及时发出警报，提升调节效率。

1）设计一种事前引导装置，确保钢丝绳的有序排布。排绳器的工作原理如图2 所示。排绳器的主要原理是将钢丝绳缠绕在导杆、丝杠机构上，卷筒转动过程中排绳装置、导杆、丝杠有序运动，确保钢丝绳的合理排布。装置制造过程中应当确保丝杠螺距和卷筒绳槽节距相同，确保卷筒转动过程中，丝杠和卷筒的角速度大小相同，卷筒每转动一周，钢丝绳沿丝杠横向运动一个螺距。通过排绳装置的设置，能够确保卷筒转动过程中钢丝绳的有序排布，避免了钢丝绳缠绕导致提升设备难以正常工作。

图2 排绳器的工作原理

2）设置钢丝绳缠绕状态监测系统，在钢丝绳缠绕混乱时及时发出警报。钢丝绳排绳监测装置如图3 所示，排绳监测装置布置在卷筒的下端，和卷筒间存在一定的间隙，正常情况下钢丝绳有序排布，由于间隙的存在排绳监测装置上集成的传感器不会被触发，装置不会发出警报，一旦钢丝绳缠绕混乱，卷筒直径增大，间隙被填满，传感器被触发，控制系统发出警报并控制设备及时制动，避免事故出现。

图3 钢丝绳排绳监测装置

3.2 钢丝绳松绳预防

为避免钢丝绳出现松绳现象，从钢丝绳受力状态的变化以及位置状态的变化进行分析。通过控制系统对信号采集模块的采集信息进行实时判断，一旦发现相关数值超过预警，控制系统发出警报并采取对应措施，避免事故的出现。

1）设置钢丝绳拉力监测装置，钢丝绳拉力监测装置如图4 所示。将测力销和钢丝绳相连接，卷筒正常运行时钢丝绳有序缠绕，测力销受力几乎不变，一旦钢丝绳出现松绳现象，测力销传感器数值减小，控制系统进行故障判断，发出信号确保提升系统及时制动。

图4 钢丝绳拉力监测装置

2）设置钢丝绳防松保护装置，钢丝绳防松保护装置如图5 所示。防松装置设置在卷筒的下方，钢丝绳正常缠绕时防松装置中的张紧绳处于松弛状态，行程开关断开，一旦钢丝绳缠绕混乱，张紧绳受到触压，行程开关发出信号，控制系统发出警报并及时采取相应的安全措施。

图5 钢丝绳防松保护装置

4 钢丝绳的应用管理

4.1 备用钢丝绳管理

4.1.1 备用钢丝绳验收

钢丝绳在使用过程中由于持续受到较大的拉应力和摩擦力，经常会出现不同种类的故障导致其无法正常工作。因此应当定期对钢丝绳进行质量检测，发现问题及时进行更换或者维修，更换备用绳后应当及时进行质量检测，确保备用绳的质量满足要求。

4.1.2 备用钢丝绳储存注意事项

为确保备用钢丝绳使用时的质量满足要求，存储过程中应当注意以下几点：存储区域应当干燥通风，避免钢丝绳受到腐蚀；存储时间较长时应当定期进行转动，确保油脂的均匀分布；存储区域尽量保持恒温状态，避免因为温度的频繁变化导致钢丝绳的物理性能下降。

4.2 在用钢丝绳管理

4.2.1 钢丝绳检查管理

1）根据钢丝绳种类制定不同的质检周期，提升钢丝绳每日一检，平衡钢丝绳每周一检，每次检查过程中及时将检查结果进行记录，相关人员填写检查内容，明确责任划分，检查内容应当包括断丝、锈蚀、直径缩小、捻距变化等。

2）驱动电机的检查不得低于每月一次，检查后应当注明检查日期，便于统一管理。

4.2.2 钢丝绳数据管理

1）钢丝绳的直径。钢丝绳直径指的是钢丝绳的外径数值。

2）钢丝绳捻距。捻距分为股的捻距和绳的捻距，前者指的是钢丝围绕中心丝旋转一周相对应的两点的直线距离；后者指的是股围绕钢丝绳芯旋转一周相对应的两点的直线距离。

3）断丝。钢丝绳检查过程中，对于发现的断丝位置，应当以提升容器为参考进行位置标定，对于断丝频率较高的区域应当重点进行检查。常见的断丝检查方式有人工检查和机器检查两种，由于断丝检查准确度较高，因此根据实际情况任选其一，均可满足检查要求。相关人员每周进行一次断丝全面检查，并根据检查数据确定下周检查的重点区域；每15 d 左右采用机器检测的方式进行钢丝绳检测，将检测结果和人工检测相比较进行断丝判断。对于不影响钢丝绳正常使用的断丝，直接剪去避免断丝在缠绕过程中被拉长。