霍鵬新

（昔陽縣煤礦安全監(jiān)管巡查隊， 山西 昔陽 045300）

引言

礦井提升機(jī)主要用以運送人員、材料、設(shè)備等，在礦井運輸系統(tǒng)中起著重要作用[1]。隨著礦井生產(chǎn)能力的不斷提升，提升機(jī)故障率有所增加[2-3]。為了降低提升機(jī)故障發(fā)生率，眾多學(xué)者展開了廣泛研究。孫富寶[4]對提升機(jī)鋼絲繩換繩工藝進(jìn)行改進(jìn)，降低了鋼絲繩換繩時間、提高了作業(yè)安全性；徐龍增[5]設(shè)計了一種提升機(jī)鋼絲繩制動機(jī)構(gòu)，降低了提升機(jī)拆裝工作強度。因此，在前人研究基礎(chǔ)上，對提升機(jī)鋼絲繩制動結(jié)構(gòu)、襯墊結(jié)構(gòu)以及鍥盒結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，以期能解決鋼絲繩在使用過程中出現(xiàn)滑動問題，提高提升機(jī)運行可靠性。

1 礦井多繩摩擦提升機(jī)結(jié)構(gòu)分析

礦井多繩摩擦提升機(jī)主要分為井塔式、落地式兩種類型，其中井塔式具有抗震性能好、造價低、井架結(jié)構(gòu)簡單、施工周期短等優(yōu)點，落地式具有鋼絲繩不裸露、結(jié)構(gòu)緊湊、占據(jù)空間小、載荷垂直向下等優(yōu)點。具體井塔式、落地式多繩摩擦提升機(jī)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 多繩摩擦提升機(jī)結(jié)構(gòu)

在提升機(jī)設(shè)計階段就對提升機(jī)鋼絲繩防滑性能進(jìn)行驗算，但是在具體使用過程中提升機(jī)仍會出現(xiàn)滑動事故，具體原因主要為：提升機(jī)啟動或者制動力矩有過大調(diào)整；提升機(jī)配重不足或者提升超載；提升機(jī)摩擦襯墊提供的摩擦系數(shù)過低。

2 提升機(jī)防滑卡繩設(shè)計

在多繩摩擦提升機(jī)上安裝的防滑卡繩應(yīng)具備以下功能：可以監(jiān)控提升機(jī)提升位置、運行速度及運行方向等參數(shù)；能夠?qū)崿F(xiàn)卡繩、防滑等功能切換，同時不會給正常的維修、換繩等工作帶來影響；根據(jù)提升機(jī)運行工況差異，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)；當(dāng)鋼絲繩有滑動時，能夠及時制動滑動鋼絲繩，同時發(fā)出聲光報警信號。

2.1 鋼絲繩摩擦襯墊結(jié)構(gòu)形式

只有在多繩摩擦提升機(jī)出現(xiàn)危險時防滑卡繩機(jī)構(gòu)才會動作，即鋼絲繩出現(xiàn)意外快速下落或者滑而不止時，防滑卡繩機(jī)構(gòu)才會與鋼絲繩直接接觸從而增加鋼絲繩摩擦力，使得鋼絲繩停止運行，為了降低襯墊對鋼絲繩損傷并增加制動時的摩擦力。在制動過程中若摩擦襯墊選用平面布置方式（見圖2），摩擦襯墊出現(xiàn)損傷后鋼絲繩容易嵌入到摩擦襯墊內(nèi)，從而導(dǎo)致無法進(jìn)一步增加摩擦力。為此，提出將摩擦襯墊設(shè)計為鋸齒形（見下頁圖3），摩擦襯墊磨損后仍可以給鋼絲繩提供足夠摩擦力，從而實現(xiàn)高效制動目的。

2.2 鋼絲繩制動機(jī)構(gòu)設(shè)計

圖2 平面防滑襯墊結(jié)構(gòu)

圖3 鋸齒形防滑襯墊結(jié)構(gòu)

具體設(shè)計的鋼絲繩制動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)見下頁圖4，在鋼絲繩制動機(jī)構(gòu)動作時，可以實現(xiàn)對鋼絲繩預(yù)緊；當(dāng)對鋼絲繩進(jìn)行更換或者調(diào)繩時，制動結(jié)構(gòu)仍可應(yīng)可以夾緊鋼絲繩，前者是動態(tài)對鋼絲繩制動，后者則靜態(tài)對鋼絲繩制動。因而設(shè)計的鋼絲繩制動機(jī)構(gòu)可以通過更換防滑鍥塊、卡繩來實現(xiàn)上述功能。鋼絲繩防滑、卡繩過程切換時僅需更換較輕零部件即可，整個過程簡單，可顯著降低作業(yè)人員勞動強度及作業(yè)時間。

圖4 鋼絲繩制動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

2.3 鍥盒設(shè)計

鍥盒的主要功能是固定鍥塊及圓形滾子，當(dāng)需要對鋼絲繩進(jìn)行制動時通過圓形滾子作用將鋼絲繩與鍥塊作用力傳輸給鍥盒。在設(shè)計鍥盒時，結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單，從而提升鍥盒可用性，具體設(shè)計的鍥盒結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5 鍥盒結(jié)構(gòu)示意圖

3 鋼絲繩制動機(jī)構(gòu)卡繩結(jié)構(gòu)受力分析

3.1 卡繩鍥塊受力校核

采用ANSYS 對設(shè)計的鋼絲繩制動機(jī)構(gòu)卡繩鍥塊受力狀態(tài)進(jìn)行分析，從模擬得出，卡繩鍥塊在制動時，鍥塊受到的最大應(yīng)力為80 MPa，位于鍥塊斜面底部位置；鋼絲繩與鍥塊接觸面積較大，接觸區(qū)域內(nèi)應(yīng)力均值為36 MPa，在接觸區(qū)兩側(cè)的應(yīng)力值較中間位置高；從卡繩鍥塊變形模擬分析發(fā)現(xiàn)，鍥塊最大變形量為0.010 5 mm，變形量最大位置出現(xiàn)在鋼絲繩與鍥塊接觸區(qū)域的下端，在垂直面由內(nèi)向外鍥塊變形趨勢逐漸增加?？ɡK鍥塊總體受力、變形均在合理范圍內(nèi)。

3.2 鍥盒受力校核

鍥盒是鋼絲繩制動的關(guān)鍵零部件，采用ANSYS對制動時鍥盒受力進(jìn)行分析，當(dāng)圓形滾子組件預(yù)先設(shè)定的摩擦力為11.9 kN 時，鍥盒受到的來至于圓形滾子壓力設(shè)定為396.7 kN，在鍥盒底部施加約束。

從模擬得出，鍥盒受力最大位置出現(xiàn)在鍥盒連接孔側(cè)，最大受力達(dá)到110.6 MPa，應(yīng)變量最大點位于鍥盒斜面上段，最大值為0.026 9 mm。通過模擬得出，設(shè)計的鍥盒受力、應(yīng)變量均在允許范圍內(nèi)，可以確保鍥盒正常運行。

4 防滑卡繩電控系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)礦井多摩擦提升機(jī)鋼絲繩制動機(jī)構(gòu)功能需要，采用的防滑卡繩應(yīng)可以自動對鋼絲繩進(jìn)行制動，具體設(shè)計的防滑卡繩電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖6。

圖6 防滑卡繩電控系統(tǒng)運行原理

多繩摩擦提升機(jī)通過摩擦輪與鋼絲繩間的摩擦力進(jìn)行動力傳到，導(dǎo)向輪、鋼絲繩間不存在摩擦力傳遞，因此可以通過監(jiān)測導(dǎo)向輪、摩擦輪運行速度來判定鋼絲繩是否出現(xiàn)滑動問題；通過監(jiān)控加載液壓缸壓力可以得到制動機(jī)構(gòu)實時制動壓力值，從而實現(xiàn)制動力閉環(huán)反饋控制；通過檢測加載油缸伸縮狀態(tài)可以掌握摩擦襯墊磨耗以及液壓油缸加裝狀態(tài)。電控系統(tǒng)控制中心為PLC300 控制器，并采集來至于導(dǎo)向輪、摩擦輪、液壓油壓力、伸縮量等信號，通過控制電液比例閥、液壓油缸及液壓站電機(jī)從而綜合實現(xiàn)多繩摩擦提升機(jī)防滑制動，同時系統(tǒng)的運行信息可以在屏上顯示。

5 結(jié)論

1）依據(jù)礦井采用的多繩摩擦提升機(jī)結(jié)構(gòu)，對防滑襯墊、鋼絲繩制動機(jī)構(gòu)以及鍥盒進(jìn)行設(shè)計。設(shè)計的提升機(jī)防滑結(jié)構(gòu)可以增加提升機(jī)運行可靠性及穩(wěn)定性。

2）采用ANSYS 軟件對設(shè)計的卡繩鍥塊、鍥盒受力、變形情況進(jìn)行校核，結(jié)果顯示，卡繩鍥塊受力、變形均在合理的范圍內(nèi)，性能可以滿足后續(xù)使用需要。

3）對防滑卡繩電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，該系統(tǒng)控制中心為PLC300，通過監(jiān)控摩擦輪、導(dǎo)向輪速度差來判定鋼絲繩是否出現(xiàn)滑動。通過監(jiān)測液壓油缸伸縮狀態(tài)以及壓力，判定制動機(jī)構(gòu)運行情況，通過控制電液比例閥、液壓油缸及液壓站電機(jī)實現(xiàn)鋼絲繩制動的自動控制。