矿井提升机制动液压系统的设计及特性研究

2023-07-31郝强强

西部探矿工程 2023年7期

郝强强

（山西焦煤集团岚县正利煤业有限公司，山西吕梁 033000）

随着对矿井的不断开采，矿井设备也在不断增多，其中，多绳摩擦式的提升机设备被大力用作矿井的提升装置，用以运输矿物材料以及工作人员。多绳摩擦式提升机是利用设备上的钢丝绳以及滚筒之间产生的滑动摩擦力来达到提升物体的目的。由于钢丝绳在使用中经常摩擦，我国的矿井安全规程中有相关规定，在这种提升机设备上钢丝绳的首绳需要两年更换一次，尾绳需要4年更换一次，保证设备的安全运行，减少开采事故的发生。传统的换绳工艺速度较慢，会产生新旧绳缠绕等问题，因此，使用一种高效率的、高安全性的换绳装置并且保证提升机的安全工作是十分重要的，可以极大地保证开采工作的正常运行。

1 矿井概况

正利矿在矿井开采过程中使用型号为JKM2.3 的多摩擦式提升机设备。配套使用了直径24mm的钢丝绳，钢丝绳为顺时针2根逆时针2根互捻的形式。该产品自使用以来进行过8次钢丝绳的更换工作，使用过多种换绳方式。但是在工作过程中，由于换绳时的操作失误或者设备管理不当，造成了钢丝锈蚀、新旧绳扭死[2]等问题，使得刚换好的新绳产生损伤，严重影响了钢丝绳的使用寿命。针对这一问题，需要一种安全、高效、简洁、操作简单以及可靠性强的换绳装置并配有相应的液压制动装置来解决这一问题。

2 换绳技术

目前国内主要存在的换绳方式有以下几种方式：

(1)通过绞车[3]进行帮助来实现换绳操作，利用大量的绞车来收取旧的钢丝绳，放下新的钢丝绳，这种方式在实现换绳的同时，还需要人工辅助来实现绳索的更换。不仅费时费力，而且占用大量空间、人力、物力和财力，换绳需要的时间也很长，严重影响工作效率。

(2)将新的钢丝绳进入提升机系统与旧的钢丝绳退出提升机系统同时进行，在矿井井口的位置将旧绳裁断，然后将新的钢丝绳与旧的钢丝绳连接在一起，通过设备将新绳带入提升机中，同时旧绳从工作系统中退出并回收，这种方式操作较为简单，占用的场地也不多，但同时换绳耗费的时间也较长，没有相应的设施给予保障，具有极大的风险。

(3)采用换绳装置进行换绳，只需要将新绳装在机器开头，将旧绳作为牵引一方来牵引新绳进行过渡，最后再用新绳牵引旧绳脱离绳槽进而完成更换工作。这种方式不用其他别的方式来进行辅助，操作简单，安全可靠，占地面积小，节省了许多资源，提升了矿井开采效率。

3 提升机装置

3.1 换绳装置

首先需要有防跑绳装置的存在，防跑绳装置[3]主要是依靠弹簧、导绳部件、楔形块以及摩擦块实现锁绳功能，在进行换绳的过程中，如果钢丝绳的速度超过了阈值，或者发生故障，装置就会启动用弹簧推动楔形块以及摩擦块前移，进而锁住钢丝绳，防止钢丝绳脱落，起到安全保护的作用。而在没有问题的情况下，液压装置会推开楔形块，打开通道，使得钢丝绳正常通过。防跑绳装置的结构简图如图1所示。

整体的换绳装置如图2 所示，在进行换绳工作之前，需要打好装置的地基，将新绳滚筒、防跑绳装置、车轨装置、送绳油缸、步进移动小车以及导向轮固定在地基上；用新的钢丝绳依次穿过滚筒、防跑绳装置、小车以及导向轮；之后要用钢丝绳卡来连接新旧钢丝绳，进而整个换绳工作的准备阶段大致结束。

图2 换绳装置

接下来的换绳具体操作步骤为：首先将两个罐笼在井口位置和井下位置分别放置，对置于井口以及井下位置的罐笼做穿绳的工作，同时对这两个罐笼进行固定，在置于井下的罐笼的上方设置分绳器[4]，进行分绳工作，之后将需要更换的旧钢丝绳与准备更换的新的钢丝绳连接在一起，实际操作为，先将新的钢丝绳放置在换绳装置上，之后使用钢丝绳卡将新的钢丝绳与旧的钢丝绳连接在一起。再实施旧钢丝绳的裁剪，先放出1m左右的新绳，然后在进口位置罐笼位置的钢丝绳进行裁割，这种措施可以有效预防钢丝绳松弛所带来的安全问题，保证了裁割工作的安全性。在新的钢丝绳下放的任务完成之后，将旧的钢丝绳从罐笼之中分离出来，然后将位于绞车上的盘闸给打开，在绞车没有其他工作运行的情况下，再接着进行新钢丝绳的下放工作，主要通过换绳装置来进行完成，与此同时，还应该将旧的钢丝绳进行收回。在进行新钢丝绳的下放工作结束之后，在井口和井底的位置的钢丝绳要留出1m 左右的长度用以当作绳头。最后进行整体设备的调试，发现问题要及时解决，对相应的故障排查并改进。

3.2 液压制动装置

液压制动装置是保证提升机安全运行的一种装置，主要负责提升机的制动部分，其中矿井中用的是恒力矩减速液压装置。目前的制动器多以盘形制动器为主要方式来产生制动力矩，来减缓提升机的速度。盘形制动器原理如图3所示。

图3 盘形制动器原理

在制动器开始工作时，会对整个装置进行制动减速，然后盘形制动器之中的活塞会受到来自制动盘带来的一各作用力FN,并且油缸之中的存在的液压油也会自己产生一种作用力F2，弹簧自我互因为压迫而产生一种作用力F1，整个装置的阻力为FZ。受力平衡公式为：

将制动盘所受的力FN为反作用力，而制动产生的正压力为N，N大小与FN相同，大小相同，油缸中液压油的作用力面积记为S，液压油的压力记为P，可以得出N与P的平衡关系为：

恒力矩减速液压装置如图4所示。

图4 恒力矩减速液压装置

在工作时，先给电磁铁通电，然后电磁换向阀[5]开始工作，将盘形制动器之中的油缸与油泵连接，通过电动机来带动油泵工作，然后给整个系统供给油量。同时通过管道的截止阀和单向阀给恒力矩减速液压装置的储能器进行油量补充。然后溢流阀开始工作，当控制信号到达开闸油压时，制动器开闸，提升机开始工作。当溢流阀中的控制信号降到0V时，电磁换向阀换方向工作，将盘形制动器的油压降到零，从而导致制动器开始抱闸，使得提升机停止工作直至下一次工作开始。整个装置可以通过设置溢流阀的开闸油压的最大值来做到一个安全阀的作用。整个液压装置参数见表1。